CN105346732A - 薄壁轻型一体化贮箱安装装置及实施方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种薄壁轻型一体化贮箱安装装置及实施方法，包括水平框架和拱形构架；其中，所述水平框架包括外环形梁、外环直梁以及内环形梁；所述外环直梁和所述内环形梁设置在所述外环形梁内侧，所述外环直梁的两端分别连接所述外环形梁的两内侧端，所述内环形梁的外壁连接所述外环形梁和所述外环直梁的内壁；所述拱形构架包括拱形梁和第一竖梁；所述拱形梁的两端分别连接所述外环形梁的两侧上端；所述第一竖梁的一端连接所述拱形梁的内壁，另一端连接所述外环直梁的上表面。本发明重量轻，本发明与目前常规的装载4只70kg～115kg贮箱安装结构相比，重量减少34.91％；材料成本低，本发明采用铸造镁合金制成，成本降低87.5％。

Description

薄壁轻型一体化贮箱安装装置及实施方法

技术领域

本发明涉及卫星应用技术领域，具体地，涉及一种薄壁轻型一体化贮箱安装装置及实施方法。

背景技术

贮箱安装装置为卫星应用技术领域中常用的一种承力结构，用来安装固定卫星的燃料贮箱。通常由贮箱安装平板、加强肋板及连接紧固件组成，属于板式的叠装结构。贮箱安装平板用来提供贮箱的安装以及与卫星主结构的安装。通常为蜂窝夹层结构，夹层结构的面板为高模量纤维，夹层结构内置金属或高强的碳纤维框架。由于面板与内置框架材料的不同，在加温加压复合成型时，极易发生结构翘屈及面板局部脱粘现象，一次的成品率较低。加强肋板用来提高贮箱安装平板的刚度与强度。通常为蜂窝夹层结构，夹层结构的面板为高模量纤维。板式加强结构存在强度及刚度富余现象，是一种不经济的结构设计。紧固件是用来连接贮箱安装平板与加强肋板的结构件。紧固件螺接设计需要在两个结构上单独设计连接接口，并进行局部加强，增加了整个结构的重量。此外，高模量碳纤维M55J的大范围使用增加了整个贮箱安装装置的材料成本。重量重、成本高以及一次成品率低问题，说明目前的贮箱安装结构还不是一种更优的结构，有极大的改进空间。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种薄壁轻型一体化贮箱安装装置及实施方法。

根据本发明的一个方面提供的薄壁轻型一体化贮箱安装装置，包括水平框架和拱形构架；

其中，所述水平框架包括外环形梁、外环直梁以及内环形梁；所述外环直梁和所述内环形梁设置在所述外环形梁内侧，所述外环直梁的两端分别连接所述外环形梁的两内侧端，所述内环形梁的外壁连接所述外环直梁和所述外环形梁的内壁；

所述拱形构架包括拱形梁和第一竖梁；所述拱形梁的两端分别连接所述外环形梁的两侧上端；所述第一竖梁的一端连接所述拱形梁的内壁，另一端连接所述外环直梁的上表面。

优选地，所述水平框还包括内环直梁；所述内环直梁的一端连接所述内环形梁的外壁，另一端连接所述外环形梁的内壁。

优选地，所述拱形构架还包括第二竖梁和斜梁；所述第二竖梁的一端连接所述拱形梁的内壁，另一端连接所述外环直梁的上表面；

所述斜梁的一端连接所述第二竖梁的一端，另一端连接所述第一竖梁的另一端。

优选地，所述外环直梁包括第一外环直梁和第二外环直梁；所述第一外环直梁和所述第二外环直梁交叉连接；所述内环形梁的外壁分别连接所述第一外环直梁、所述第二外环直梁和所述外环形梁的内壁；

所述拱形梁包括第一拱形梁和第二拱形梁；所述第一拱形梁和所述第二拱形梁交叉连接；

所述第一竖梁的一端连接所述第一外环直梁和所述第二外环直梁交叉连接点，另一端连接所述第一拱形梁和所述第二拱形梁交叉连接点。

优选地，所述第一外环直梁和第二外环直梁将所述外环形梁分为四个内环形梁安装区域；

四个所述内环形梁安装区域的面积和形状相同；所述内环形梁与所述内环形梁安装区域的内壁相切且形成三个切点；

一个所述内环形梁对应两个连接直梁；两个连接直梁分别设置在所述内环形梁与所述外环形梁切点的两侧。

优选地，所述第二竖梁的一端连接在拱形梁的中点和端点之间，另一端连接在所述外环直梁的中点和端点之间。

优选地，所述外环直梁的截面呈工字形；所述内环形梁的截面呈L形；所述拱形梁的截面呈T形；所述第一竖梁的截面呈十字型。

优选地，所述外环形梁、所述外环直梁、所述内环形梁、所述内环直梁、所述拱形梁、所述第一竖梁、所述第二竖梁和所述斜梁采用铸造镁合金制成，且通过砂形模铸造成型；

所述外环形梁、所述外环直梁、所述内环形梁、所述内环直梁、所述拱形梁、所述第一竖梁、所述第二竖梁和所述斜梁进行黑色阳极化处理。

根据本发明的一个方面的薄壁轻型一体化贮箱安装装置的实施方法，包括如下步骤：

步骤1：根据贮箱的对外接口和所述薄壁轻型一体化贮箱安装装置的对外接口，设计外环形梁、内环形梁的安装接口以及多个内环形梁的相对位置；

步骤2：根据装载燃料后贮箱的重量和所述薄壁轻型一体化贮箱安装装置刚度要求设计拱形构架的矢跨比；

步骤3：根据所述薄壁轻型一体化贮箱安装装置的初步静力分析结果，设计水平框架和拱形构架的截面尺寸；

步骤4：水平框架和拱形构架采用铸造镁合金进行低压砂型铸造成型；

步骤5：对成型后的水平框架和拱形构架的安装面机械加工，非安装面机械打磨；

步骤6：对水平框架和拱形构架进行黑色阳极化表面处理。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、重量轻，本发明与目前常规的装载4只70kg～115kg贮箱安装结构相比，重量减少34.91％；

2、材料成本低，本发明采用铸造镁合金制成，成本降低87.5％，铸造镁合金系航天飞行验证产品，材料来源充分，易于实现；

3、可靠性好，结构强度、刚度满足卫星结构设计要求；

4、本发明结构合理，实现方法简单，易于实现。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中外环直梁的截面示意图；

图3为本发明中内环形梁的截面示意图；

图4为本发明中拱形梁的截面示意图；

图5为本发明中第一竖梁的截面示意图。

图中：

1为外环形梁；

2为外环直梁；

3为内环形梁；

4为内环直梁；

5为拱形梁；

6为第一竖梁；

7为第二竖梁；

8为斜梁。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

在本实施例中，本发明提供的薄壁轻型一体化贮箱安装装置，包括水平框架和拱形构架；其中，所述水平框架包括外环形梁1、外环直梁2以及内环形梁3；所述外环直梁2和所述内环形梁3设置在所述外环形梁1内侧，所述外环直梁2的两端分别连接所述外环形梁1的两内侧端，所述内环形梁3的外壁连接所述外环直梁和所述外环形梁的内壁；所述拱形构架包括拱形梁5和第一竖梁6；所述拱形梁5的两端分别连接所述外环形梁1的两侧上端；所述第一竖梁6的一端连接所述拱形梁5的内壁，另一端连接所述外环直梁的上表面。

所述水平框还包括内环直梁4；所述内环直梁4的一端连接所述内环形梁3的外壁，另一端连接所述外环形梁1的内壁。所述拱形构架还包括第二竖梁7和斜梁8；所述第二竖梁7的一端连接所述拱形梁5的内壁，另一端连接所述外环直梁2的上表面；所述斜梁8的一端连接所述第二竖梁7的一端，另一端连接所述第一竖梁6的另一端。所述第二竖梁7的一端连接在拱形梁5的中点和端点之间，另一端连接在所述外环直梁2的中点和端点之间。

所述外环直梁2包括第一外环直梁和第二外环直梁；所述第一外环直梁和所述第二外环直梁交叉连接；所述内环形梁3的外壁分别连接所述第一外环直梁、所述第二外环直梁和所述外环形梁的内壁；所述拱形梁5包括第一拱形梁和第二拱形梁；所述第一拱形梁和所述第二拱形梁交叉连接；所述第一竖梁6的一端连接所述第一外环直梁和所述第二外环直梁交叉连接点，另一端连接所述第一拱形梁和所述第二拱形梁交叉连接点。

所述第一外环直梁和第二外环直梁将所述外环形梁1分为四个内环形梁安装区域；四个所述内环形梁安装区域的面积和形状相同；所述内环形梁3与所述内环形梁安装区域的内壁相切且形成三个切点；一个所述内环形梁1对应两个连接直梁；两个连接直梁分别设置在所述内环形梁3与所述外环形梁1切点的两侧。

所述外环直梁2的截面呈工字形；所述内环形梁3的截面呈L形；所述拱形梁5的截面呈T形；所述第一竖梁6的截面呈十字型。所述外环形梁1、所述外环直梁2、所述内环形梁3、所述内环直梁4、所述拱形梁5、所述第一竖梁6、所述第二竖梁7和所述斜梁8采用铸造镁合金制成，且通过砂形模铸造成型；所述外环形梁1、所述外环直梁2、所述内环形梁3、所述内环直梁4、所述拱形梁5、所述第一竖梁6、所述第二竖梁7和所述斜梁8进行黑色阳极化处理。

在本实施例中，拱形梁5的矢跨比根据装载贮箱重量和结构刚度不同可进行选取设计。对于装载4只70kg～115kg贮箱，水平框架跨度为1160mm～1190mm的结构，拱形梁5的矢跨比为0.21～0.26。

本发明提供的薄壁轻型一体化贮箱安装装置的实施方法，包括如下步骤：

步骤1：根据贮箱的对外接口和所述薄壁轻型一体化贮箱安装装置的对外接口，设计外环形梁1、内环形梁3的安装接口以及多个内环形梁3的相对位置；

步骤2：根据装载燃料后贮箱的重量和所述薄壁轻型一体化贮箱安装装置刚度要求设计拱形构架的矢跨比；

步骤3：根据所述薄壁轻型一体化贮箱安装装置的初步静力分析结果，设计水平框架和拱形构架的截面尺寸；

步骤4：水平框架和拱形构架采用铸造镁合金进行低压砂型铸造成型；

步骤5：对成型后的水平框架和拱形构架的安装面机械加工，非安装面机械打磨，；

步骤6：对水平框架和拱形构架进行黑色阳极化表面处理。

更为具体的，还包括如下步骤：

-根据内环形梁3的安装接口的接触尺寸，设计内环形梁3的截面尺寸；

-在外环形梁1与内环形梁3间设计长直梁2；

-在外环形梁1与内环形梁3间设计短直梁4；

-以外环形梁1与长直梁2的交叉点为拱形梁的支撑脚点，设置拱形梁5；拱形梁5的矢跨比根据装载贮箱重量以及结构刚度要求分析选取；

-在长直梁2的交差点以及拱形梁5的交差点间设立第一竖梁6；

-以内环形梁3与长直梁2的交差点为端点设计第二竖梁7与拱形梁5相交；

-在第一竖梁6与第二竖梁7的端部设计斜梁8；

-对所有交差连接点进行倒圆角设计。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (9)

1.一种薄壁轻型一体化贮箱安装装置，其特征在于，包括水平框架和拱形构架；

其中，所述水平框架包括外环形梁、外环直梁以及内环形梁；所述外环直梁和所述内环形梁设置在所述外环形梁内侧，所述外环直梁的两端分别连接所述外环形梁的两内侧端，所述内环形梁的外壁连接所述外环直梁和所述外环形梁的内壁；

所述拱形构架包括拱形梁和第一竖梁；所述拱形梁的两端分别连接所述外环形梁的两侧上端；所述第一竖梁的一端连接所述拱形梁的内壁，另一端连接所述外环直梁的上表面。

2.根据权利要求1所述的薄壁轻型一体化贮箱安装装置，其特征在于，所述水平框还包括内环直梁；所述内环直梁的一端连接所述内环形梁的外壁，另一端连接所述外环形梁的内壁。

3.根据权利要求2所述的薄壁轻型一体化贮箱安装装置，其特征在于，所述拱形构架还包括第二竖梁和斜梁；所述第二竖梁的一端连接所述拱形梁的内壁，另一端连接所述外环直梁的上表面；

所述斜梁的一端连接所述第二竖梁的一端，另一端连接所述第一竖梁的另一端。

4.根据权利要求3所述的薄壁轻型一体化贮箱安装装置，其特征在于，所述外环直梁包括第一外环直梁和第二外环直梁；所述第一外环直梁和所述第二外环直梁交叉连接；所述内环形梁的外壁分别连接所述第一外环直梁、所述第二外环直梁和所述外环形梁的内壁；

所述拱形梁包括第一拱形梁和第二拱形梁；所述第一拱形梁和所述第二拱形梁交叉连接；

所述第一竖梁的一端连接所述第一外环直梁和所述第二外环直梁交叉连接点，另一端连接所述第一拱形梁和所述第二拱形梁交叉连接点。

5.根据权利要求4所述的薄壁轻型一体化贮箱安装装置，其特征在于，所述第一外环直梁和第二外环直梁将所述外环形梁分为四个内环形梁安装区域；

四个所述内环形梁安装区域的面积和形状相同；所述内环形梁与所述内环形梁安装区域的内壁相切且形成三个切点；

一个所述内环形梁对应两个连接直梁；两个连接直梁分别设置在所述内环形梁与所述外环形梁切点的两侧。

6.根据权利要求3所述的薄壁轻型一体化贮箱安装装置，其特征在于，所述第二竖梁的一端连接在拱形梁的中点和端点之间，另一端连接在所述外环直梁的中点和端点之间。

7.根据权利要求1所述的薄壁轻型一体化贮箱安装装置，其特征在于，所述外环直梁的截面呈工字形；所述内环形梁的截面呈L形；所述拱形梁的截面呈T形；所述第一竖梁的截面呈十字型。

8.根据权利要求3所述的薄壁轻型一体化贮箱安装装置，其特征在于，所述外环形梁、所述外环直梁、所述内环形梁、所述内环直梁、所述拱形梁、所述第一竖梁、所述第二竖梁和所述斜梁采用铸造镁合金制成，且通过砂形模铸造成型；

所述外环形梁、所述外环直梁、所述内环形梁、所述内环直梁、所述拱形梁、所述第一竖梁、所述第二竖梁和所述斜梁进行黑色阳极化处理。

9.一种权利要求1至8任一项所述的薄壁轻型一体化贮箱安装装置的实施方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：根据贮箱的对外接口和所述薄壁轻型一体化贮箱安装装置的对外接口，设计外环形梁、内环形梁的安装接口以及多个内环形梁的相对位置；

步骤2：根据装载燃料后贮箱的重量和所述薄壁轻型一体化贮箱安装装置刚度要求设计拱形构架的矢跨比；

步骤3：根据所述薄壁轻型一体化贮箱安装装置的初步静力分析结果，设计水平框架和拱形构架的截面尺寸；

步骤4：水平框架和拱形构架采用铸造镁合金进行低压砂型铸造成型；

步骤5：对成型后的水平框架和拱形构架的安装面机械加工，非安装面机械打磨；

步骤6：对水平框架和拱形构架进行黑色阳极化表面处理。