CN105416566B - 一种适用于再入飞行器的榫卯式翼舵结构 - Google Patents

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Abstract

一种适用于再入飞行器的榫卯式翼舵结构，包括：框梁骨架(1)、上侧蒙皮(2)、下侧蒙皮(3)、固定端盖(4)；框梁骨架(1)包括翼梁、后纵墙、桁条、翼肋，为网格式骨架结构；上侧蒙皮(2)、下侧蒙皮(3)分别覆盖在框梁骨架(1)的上方和下方，翼舵前缘与翼梁之间分布有前缘翼肋，翼舵前缘处对称开有用于安装连接挂轴的开口，开口处安装有固定端盖(4)，固定端盖(4)与翼梁垂直且与上侧蒙皮(2)、下侧蒙皮(3)相连；端部翼肋、中部翼肋、固定端盖(4)与上侧蒙皮(2)、下侧蒙皮(3)之间分别使用榫卯连接结构连接。本发明通过榫卯式连接降低了再入飞行器翼舵的结构质量，提高了热承载能力。

Description

一种适用于再入飞行器的榫卯式翼舵结构
技术领域
本发明涉及一种适用于再入飞行器的翼舵结构。
背景技术
再入飞行器在快速再入大气层过程中需要承受强烈的气动热载条件一直困扰着其热防护系统的设计者。高达兆瓦每平米级别的气动加热使航天器表面温度最高可达1300℃以上，远远超过传统金属材料的耐温极限。因此，熔点较高的非金属成为了再入飞行器热防护系统耐热部组件的主要材料。尽管国内外大量的地面及飞行试验完整地验证了非金属热防护部组件本身对高热载环境条件的耐受能力，但与传统金属材料相比，非金属材料的材质较脆、强度较低且容易因局部应力过大而导致结构破坏。因此，非金属材料的使用对再入飞行器热结构设计，特别是热结构的连接设计方面提出了较高的要求，对再入飞行器的安全具有重大影响，是制约再入飞行器研制的关键技术。
现有的前苏联和美国航天飞机中广泛采用了以陶瓷瓦、C/C、C/SiC等非金属制成的热防护部组件，并通过铆钉及螺钉等机械连接方式，利用大量的连接紧固件进行固定及连接。但由于再入过程中的高热载环境条件，在铆钉及螺钉的连接部位极易出现较大的局部热应力而造成结构破坏，影响飞行安全。特别是在前苏联和美国航天飞机的多次实际飞行过程中均出现了不同程度的热防护部组件脱落现象，大幅提高了维修成本并对飞行安全造成了极大威胁。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，本发明提出了一种适用于再入飞行器的榫卯式翼舵结构，解决再入飞行器翼舵结构在高热载环境条件下容易因局部应力过大而导致结构破坏的问题，通过榫卯式连接降低翼舵的结构质量，提高热承载能力，同时保证其内部连接牢固，具备快速安装能力。
本发明所采用的技术方案是：一种适用于再入飞行器的榫卯式翼舵结构，包括：框梁骨架、上侧蒙皮、下侧蒙皮、固定端盖；框梁骨架包括翼梁、后纵墙、桁条和翼肋，翼肋包括端部翼肋、中部翼肋和前缘翼肋；端部翼肋为楔形平板，大端外轮廓线为弧形且与上侧蒙皮、下侧蒙皮对接后形成的弧形前缘一致，端部翼肋在大端与翼梁固定连接且与翼梁垂直；端部翼肋之间沿翼舵展向分布有中部翼肋，中部翼肋为楔形平板，中部翼肋大端与翼梁相连且与翼梁垂直；端部翼肋和中部翼肋的尾部与后纵墙垂直连接，翼梁与后纵墙之间分布有桁条；上侧蒙皮、下侧蒙皮分别覆盖在框梁骨架的上方和下方；前缘翼肋为平板形，后端与翼梁连接且与翼梁垂直，前端与上侧蒙皮、下侧蒙皮对接后形成的弧形前缘相连，且前端外轮廓线与弧形前缘一致；弧形前缘处的上侧蒙皮和下侧蒙皮上对称开有用于安装连接挂轴的开口，固定端盖安装在开口端面处的前缘翼肋上，固定端盖与前缘翼肋的形状一致，与翼梁垂直且在弧形外轮廓处与上侧蒙皮、下侧蒙皮相连；端部翼肋、中部翼肋、固定端盖与上侧蒙皮、下侧蒙皮之间分别使用榫卯连接结构连接。
所述榫卯连接结构包括：端部翼肋与上侧蒙皮、下侧蒙皮连接的上缘和下缘处“L”字形的第一榫卯连接结构；中部翼肋与上侧蒙皮、下侧蒙皮连接的上缘和下缘处“T”字形的第二榫卯连接结构；端部翼肋与后纵墙连接处由两边上的“L”字结构垂直连接形成凹沟形的第三榫卯连接结构；上侧蒙皮与下侧蒙皮连接边内侧、上侧蒙皮开口处与固定端盖配合的侧边内侧、上侧蒙皮与端部翼肋配合的侧边内侧、上侧蒙皮与后纵墙配合的侧边内侧凸出形成阶梯状的第四连接榫卯结构；上侧蒙皮上与中部翼肋配合处开有沟槽；下侧蒙皮与上侧蒙皮连接边内侧凹陷、下侧蒙皮开口处与固定端盖配合的侧边内侧、下侧蒙皮与端部翼肋配合的侧边内侧、下侧蒙皮与后纵墙配合的侧边内侧凸出形成阶梯状的第五榫卯连接结构；下侧蒙皮上与中部翼肋配合处开有沟槽；固定端盖与上侧蒙皮、下侧蒙皮相连处“L”字形的第六榫卯连接结构。
所述固定端盖中心处开有挂轴孔，直径为40mm～60mm。
所述开口端面处安装的前缘翼肋中心开有与固定端盖中心挂轴孔对应的通孔，通孔周围分布有安装孔。
所述上侧蒙皮或下侧蒙皮厚度为4mm～8mm。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明中蒙皮与翼肋之间的连接采用榫卯连接，利用了构件之间凹凸部分的相互约束，实现了结构的气密性，其内部传力和传热过程平缓自然，结构变形协调，避免了传统铆钉及螺钉等机械连接方式中出现集中热应力的现象，能够大幅提高其热承载能力，保证飞行安全。
(2)本发明提供的榫卯式翼舵结构避免了铆钉及螺钉等机械连接方式中大量的连接紧固件，能够明显降低翼舵结构质量，并使其结构内部连接牢固。
(3)本发明的榫卯式翼舵结构与现有技术相比，结构简单，榫卯式结构实现了翼舵结构的快速安装，易于工程实现。
附图说明
图1为本发明榫卯式翼舵的结构图；
图2为本发明榫卯式翼舵结构的组装流程图；
图3为本发明榫卯式翼舵结构的框梁骨架图；
图4为本发明榫卯式翼舵结构的上侧蒙皮结构图；
图5为本发明榫卯式翼舵结构的下侧蒙皮结构图；
图6为本发明榫卯式翼舵结构的挂轴部位的固定端盖和螺钉结构图。
具体实施方式
如图1所示，一种适用于再入飞行器的榫卯式翼舵结构，包括：框梁骨架1、上侧蒙皮2、下侧蒙皮3、固定端盖4；如图3所示，框梁骨架1包括翼梁、后纵墙、桁条和翼肋，翼肋包括端部翼肋、中部翼肋和前缘翼肋；端部翼肋为楔形平板，大端外轮廓线为弧形且与上侧蒙皮2、下侧蒙皮3对接后形成的弧形前缘一致，端部翼肋在大端与翼梁固定连接且与翼梁垂直，在翼梁后部，端部翼肋之间沿翼舵的展向垂直分布有多个中部翼肋，中部翼肋为楔形平板，中部翼肋大端与翼梁相连且与翼梁垂直，端部翼肋和中部翼肋的尾部与后纵墙垂直连接，翼梁与后纵墙之间分布有多个桁条，用于结构加强；上侧蒙皮2、下侧蒙皮3分别覆盖在框梁骨架1的上方和下方，前缘翼肋为平板形，后端与翼梁连接且与翼梁垂直，前端与上侧蒙皮2、下侧蒙皮3对接后形成的弧形前缘相连，且前端外轮廓线与弧形前缘一致，弧形前缘与翼梁之间用多个前缘翼肋进行结构加强；在上侧蒙皮2和下侧蒙皮3上弧形前缘处对称开有用于安装翼舵的连接挂轴的两个开口，开口端面处安装的前缘翼肋中心开有与固定端盖中心通孔对应的通孔，通孔周围分布有螺钉5的安装孔，固定端盖4通过螺钉5安装在开口端面处的前缘翼肋上，固定端盖4与翼梁垂直且在弧形外轮廓处与上侧蒙皮2、下侧蒙皮3相连，如图6所示，固定端盖4与前缘翼肋的形状一致，中心处开有直径为40mm～60mm的挂轴孔6，用于本榫卯式翼舵与再入飞行器的连接挂轴连接，材料均为非金属C/C或C/SiC，与上侧蒙皮2、下侧蒙皮3相连处的第八榫卯连接结构41为“L”字结构。
如图3所示，端部翼肋与上侧蒙皮2、下侧蒙皮3连接的上缘和下缘处的第一榫卯连接结构11、12为“L”字结构，中部翼肋与上侧蒙皮2、下侧蒙皮3连接的上缘和下缘处的第二榫卯连接结构13、14为“T”字结构，端部翼肋与后纵墙连接处由两边上的“L”字结构垂直连接形成了凹沟形的第三榫卯连接结构15。
如图4所示，上侧蒙皮2与下侧蒙皮3连接边内侧、上侧蒙皮2开口处与固定端盖4配合的侧边内侧、上侧蒙皮2与端部翼肋配合的侧边内侧及上侧蒙皮2与后纵墙配合的侧边内侧均凸出形成阶梯状的第四连接榫卯结构21、22、24、25，上侧蒙皮2上与中部翼肋配合处开有沟槽23。
如图5所示，下侧蒙皮3与上侧蒙皮2连接边内侧凹陷、下侧蒙皮3开口处与固定端盖4配合的侧边内侧、下侧蒙皮3与端部翼肋配合的侧边内侧及下侧蒙皮3与后纵墙配合的侧边内侧均凸出形成阶梯状的第五榫卯连接结构31、32、34、35，下侧蒙皮3上与中部翼肋配合处开有沟槽33。
上侧蒙皮2厚度为4～8mm；下侧蒙皮3厚度为4～8mm。
如图2所示为榫卯式翼舵结构中框梁骨架1、上侧蒙皮2、下侧蒙皮3、固定端盖4和螺钉5的组装步骤及状态，其中步骤①中将下侧蒙皮3通过榫卯连接结构与框梁骨架1相连接，步骤②中将上侧蒙皮2通过榫卯连接结构与下侧蒙皮3和框梁骨架1相连接，步骤③中将固定端盖4与上侧蒙皮2、下侧蒙皮3和框梁骨架1相连接，并通过螺钉5将固定端盖4与框梁骨架1进行固定连接。本发明的榫卯式翼舵结构能够满足再入飞行器的翼舵中高热载条件及气密性的设计要求，具备快速安装能力。
本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知技术。

Claims (3)

1.一种适用于再入飞行器的榫卯式翼舵结构，其特征在于，包括：框梁骨架(1)、上侧蒙皮(2)、下侧蒙皮(3)、固定端盖(4)；框梁骨架(1)包括翼梁、后纵墙、桁条和翼肋，翼肋包括端部翼肋、中部翼肋和前缘翼肋；端部翼肋为楔形平板，大端外轮廓线为弧形且与上侧蒙皮(2)、下侧蒙皮(3)对接后形成的弧形前缘一致，端部翼肋在大端与翼梁固定连接且与翼梁垂直；端部翼肋之间沿翼舵展向分布有中部翼肋，中部翼肋为楔形平板，中部翼肋大端与翼梁相连且与翼梁垂直；端部翼肋和中部翼肋的尾部与后纵墙垂直连接，翼梁与后纵墙之间分布有桁条；上侧蒙皮(2)、下侧蒙皮(3)分别覆盖在框梁骨架(1)的上方和下方；前缘翼肋为平板形，后端与翼梁连接且与翼梁垂直，前端与上侧蒙皮(2)、下侧蒙皮(3)对接后形成的弧形前缘相连，且前端外轮廓线与弧形前缘一致；弧形前缘处的上侧蒙皮(2)和下侧蒙皮(3)上对称开有用于安装连接挂轴的开口，固定端盖(4)安装在开口端面处的前缘翼肋上，固定端盖(4)与前缘翼肋的形状一致，与翼梁垂直且在弧形外轮廓处与上侧蒙皮(2)、下侧蒙皮(3)相连；端部翼肋、中部翼肋、固定端盖(4)与上侧蒙皮(2)、下侧蒙皮(3)之间分别使用榫卯连接结构连接；
所述榫卯连接结构包括：端部翼肋与上侧蒙皮(2)、下侧蒙皮(3)连接的上缘和下缘处“L”字形的第一榫卯连接结构(11、12)；中部翼肋与上侧蒙皮(2)、下侧蒙皮(3)连接的上缘和下缘处“T”字形的第二榫卯连接结构(13、14)；端部翼肋与后纵墙连接处由两边上的“L”字结构垂直连接形成凹沟形的第三榫卯连接结构(15)；上侧蒙皮(2)与下侧蒙皮(3)连接边内侧、上侧蒙皮(2)开口处与固定端盖(4)配合的侧边内侧、上侧蒙皮(2)与端部翼肋配合的侧边内侧、上侧蒙皮(2)与后纵墙配合的侧边内侧凸出形成阶梯状的第四连接榫卯结构(21、22、24、25)；上侧蒙皮(2)上与中部翼肋配合处开有沟槽(23)；下侧蒙皮(3)与上侧蒙皮(2)连接边内侧凹陷、下侧蒙皮(3)开口处与固定端盖(4)配合的侧边内侧、下侧蒙皮(3)与端部翼肋配合的侧边内侧、下侧蒙皮(3)与后纵墙配合的侧边内侧凸出形成阶梯状的第五榫卯连接结构(31、32、34、35)；下侧蒙皮(3)上与中部翼肋配合处开有沟槽(33)；固定端盖(4)与上侧蒙皮(2)、下侧蒙皮(3)相连处“L”字形的第六榫卯连接结构(41)；所述开口端面处安装的前缘翼肋中心开有与固定端盖中心挂轴孔(6)对应的通孔，通孔周围分布有安装孔。
2.根据权利要求1所述的一种适用于再入飞行器的榫卯式翼舵结构，其特征在于：所述固定端盖(4)中心处开有挂轴孔(6)，直径为40mm～60mm。
3.根据权利要求2所述的一种适用于再入飞行器的榫卯式翼舵结构，其特征在于：所述上侧蒙皮(2)或下侧蒙皮(3)厚度为4mm～8mm。
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