CN105480435A - 一种大型蜂窝夹层承力筒 - Google Patents

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陈佳
雷磊
王勇
宋林郁
杨颜志
王瑞凤
侯建文
胡震宇
肖余之
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    • B64G1/00—Cosmonautic vehicles
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Abstract

本发明公开了一种大型蜂窝夹层承力筒，应用于探月三期工程的推进舱主承载结构，属于航天领域。该大型蜂窝夹层承力筒产品采用蜂窝夹层圆柱筒式构型，包括上端框(1)、筒壁(2)、下端框(3)，其中，筒壁(2)包括外蒙皮(201)、蜂窝夹芯(202)、内蒙皮(203)、承力梁(204)；外蒙皮(201)、蜂窝夹芯(202)、内蒙皮(203)共同组成蜂窝夹层壁板，并通过胶接方式与上端框(1)、下端框(3)连接；承力梁(204)内置于蜂窝夹层壁板内，与外蒙皮(201)、蜂窝夹芯(202)、内蒙皮(203)通过胶接连接，与上端框(1)、下端框(3)通过螺接连接。本发明满足了探月三期探测器系统的推进舱主结构的承载及轻量化技术要求。

Description

一种大型蜂窝夹层承力筒
技术领域
本发明涉及航天领域，特别涉及适用于空间探测飞行器的轻质大承载结构，具体涉及一种大型蜂窝夹层承力筒。
背景技术
依据我国探月三期工程发展规划，探测器系统需完成月面着陆和采样返回等任务。探测器系统主要由轨道器、返回器、着陆器和上升器组成，其中，轨道器的推进舱位于探测器整器末端，采用外承力筒构型，直径尺寸超过3m，发射阶段需承受来自着陆上升组合体和返回器、推进模块的载荷作用。
目前，国内外类似或更大尺寸的航天飞行器的主结构研制过程中，仍多采用常规金属结构，零部件组成复杂，质量较大。而轻质蜂窝夹层结构由于设计和质量控制难度较大，其尚未在大型航天飞行器的主结构中应用。
据申请人了解，目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大型蜂窝夹层结构应用技术，具体是一种大型蜂窝夹层承力筒，来实现探月工程三期推进舱主结构承载、结构轻量化等任务要求。本发明同样适用于其它空间探测飞行器的主结构承载和轻量化应用需求。
本发明的技术方案如下：
一种大型蜂窝夹层承力筒，采用蜂窝夹层圆柱筒式构型，包括上端框(1)、筒壁(2)、下端框(3)；其中，
上端框(1)、下端框(3)均为一体式环形结构件，采用金属锻环整体机加工成型；上端框(1)、下端框(3)的截面设计为“F”型接口形式，“F”型接口为胶接装配接口，“F”型接口的末端为“刃口式”变刚度结构；上端框(1)、下端框(3)除胶接装配接口外，同时还分别设计有连接分离接口、起吊接口、设备安装接口，便于满足多方使用要求；
筒壁(2)包括外蒙皮(201)、蜂窝夹芯(202)、内蒙皮(203)、承力梁(204)；其中，外蒙皮(201)、蜂窝夹芯(202)、内蒙皮(203)共同组成蜂窝夹层壁板，并与上端框(1)、下端框(3)的“F”型接口进行胶接装配；承力梁(204)内置于所述蜂窝夹层壁板内，承力梁(204)采用金属锻件整体机加工成型，其截面形式选用工字型，同时承力梁(204)的两侧缘板做弧面设计，并分别与外蒙皮(201)、内蒙皮(203)贴合，并胶接装配；承力梁(204)的端头处做封闭设计，承力梁(204)与上端框(1)、下端框(3)沿纵向通过螺栓进行连接装配，对应承力梁(204)连接区域，上端框(1)、下端框(3)的“F”型接口的局部作实心设计，并开设螺栓连接孔；
所述大型蜂窝夹层承力筒为上端框(1)、下端框(3)、外蒙皮(201)、蜂窝夹芯(202)、内蒙皮(203)、承力梁(204)胶接、装配完成后，采用真空热压法整体固化、成型得到的。
本发明的大型蜂窝夹层承力筒整体采用复合承力设计方法，其中承力梁(204)布置于轴向集中载荷作用点处，简化结构传力路径；外蒙皮(201)、蜂窝夹芯(202)、内蒙皮(203)共同组成的蜂窝夹层壁板，同样参与结构承载，并提升结构横向刚度和承力梁(204)的抗失稳能力；这样的复合承力设计降低了结构承载对蜂窝夹层壁板成型质量的依赖；蜂窝夹层壁板作为辅承力结构，对诸多总装开口和接口的设计具有极强的适应性，提高了总装便捷性。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明满足了探月三期探测器系统的推进舱主结构的承载及轻量化技术要求；在实现结构构型和轻量化的同时，通过复合承力设计和整体固化成型技术，提高了结构承载可靠性，取得了大尺寸、大承载、轻质量等有益效果。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
图1是本发明实施例的承力筒结构构型示意图；
图2是本发明实施例的端框的接口结构的构型示意图；
图3是本发明实施例的端框F型接口示意图；
图4是本发明实施例的蜂窝夹层壁板与端框胶接装配示意图；
图5是本发明实施例的承力梁与蜂窝夹层壁板胶接装配示意图；
图6是本发明实施例的承力梁与端框连接装配示意图；
图7是本发明实施例的承力筒承力设计示意图；
图中，1.上端框；2.筒壁；3.下端框；201.外蒙皮；202.蜂窝夹芯；203.内蒙皮；204.承力梁；205.发泡胶；401.“F”型接口；402.承力梁接口；403.连接、分离接口；404.起吊接口；405.设备安装接口。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
实施例
请参见图1，图1是本实施例的大型蜂窝夹层承力筒的结构构型示意图。
本实施例的承力筒产品采用蜂窝夹层圆柱筒式构型，包括上端框(1)、筒壁(2)、下端框(3)。其中，筒壁(2)包括外蒙皮(201)、蜂窝夹芯(202)、内蒙皮(203)、承力梁(204)。
请参见图2和图3，其中图2是端框(上端框(1)和下端框(3))的多个接口构型示意图。图3是端框(上端框(1)和下端框(3))的“F”型接口(401)的结构示意图。
上端框(1)、下端框(3)是本实施例的大型蜂窝夹层承力筒重要的承载部件，其结构形式选用一体式环形结构，采用金属锻环整体机加工成型，以提高结构承载能力；上端框(1)、下端框(3)的截面设计为“F”型接口(401)，可以提供与筒壁(2)之间的胶接装配接口；“F”型接口(401)的末端采用“刃口式”变刚度结构(401a)，以实现与筒壁(2)之间的均匀过渡，避免因刚度突变造成应力集中；上端框(1)、下端框(3)为多功用结构件，请参见图2，除“F”型胶接装配接口外，同时设计有承力梁接口(402)、连接分离接口(403)、起吊接口(404)、设备安装接口(405)等，可满足多方使用要求。
筒壁(2)包括外蒙皮(201)、蜂窝夹芯(202)、内蒙皮(203)、承力梁(204)。其中，外蒙皮(201)、蜂窝夹芯(202)、内蒙皮(203)共同组成蜂窝夹层壁板，与上端框(1)、下端框(3)的“F”型接口(401)进行胶接装配，图4是蜂窝夹层壁板与端框胶接装配示意图，其中蜂窝夹芯(202)内还含有发泡胶(205)。承力梁(204)内置于蜂窝夹层壁板内，采用金属锻件整体机加工成型，截面形式选用工字型，同时两侧缘板做弧面设计，以分别与外蒙皮(201)、内蒙皮(203)贴合，并胶接装配，图5是承力梁(204)与蜂窝夹层壁板胶接装配示意图。承力梁(204)端头处做封闭设计，与上端框(1)、下端框(3)沿纵向通过螺栓进行连接装配，以提高零部件装配精度，减小装配间隙；上端框(1)、下端框(3)对应承力梁(204)连接装配处局部作实心设计，并开设螺栓连接孔，以满足螺栓连接装配设计要求；图6是承力梁(204)与端框连接装配示意图。
上端框(1)、下端框(3)、外蒙皮(201)、蜂窝夹芯(202)、内蒙皮(203)、承力梁(204)装配完成后，采用真空热压法整体固化、成型得到本实施例的大型蜂窝夹层承力筒，保证了结构整体精度和承载能力。图7是承力筒承力设计示意图。
本发明的大型蜂窝夹层承力筒整体采用复合承力设计方法。相比常规蜂窝夹层结构产品，通过在轴向集中载荷作用点处增设承力梁(204)，可有效简化结构传力路径，提升结构承载效率；外蒙皮(201)、蜂窝夹芯(202)、内蒙皮(203)共同组成的蜂窝夹层壁板，与承力梁(204)共同参与结构承载，并提升结构横向刚度和承力梁(204)抗失稳能力；复合承力设计提升了结构承载效率，降低了承力筒结构力学性能对蜂窝夹层壁板成型质量的敏感性；蜂窝夹层壁板作为辅承力结构，对诸多总装开口和接口的设计具有极强的适应性，提高了总装便捷性。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (1)

1.一种大型蜂窝夹层承力筒，其特征在于，采用蜂窝夹层圆柱筒式构型，包括上端框(1)、筒壁(2)、下端框(3)；其中，
上端框(1)、下端框(3)均为一体式环形结构件，采用金属锻环整体机加工成型；上端框(1)、下端框(3)的截面设计为“F”型接口形式，“F”型接口为胶接装配接口，“F”型接口的末端为“刃口式”变刚度结构；上端框(1)、下端框(3)除胶接装配接口外，同时还分别设计有连接分离接口、起吊接口、设备安装接口，便于满足多方使用要求；
筒壁(2)包括外蒙皮(201)、蜂窝夹芯(202)、内蒙皮(203)、承力梁(204)；其中，外蒙皮(201)、蜂窝夹芯(202)、内蒙皮(203)共同组成蜂窝夹层壁板，并与上端框(1)、下端框(3)的“F”型接口进行胶接装配；承力梁(204)内置于所述蜂窝夹层壁板内，承力梁(204)采用金属锻件整体机加工成型，其截面形式选用工字型，同时承力梁(204)的两侧缘板做弧面设计，并分别与外蒙皮(201)、内蒙皮(203)贴合，并胶接装配；承力梁(204)的端头处做封闭设计，承力梁(204)与上端框(1)、下端框(3)沿纵向通过螺栓进行连接装配，对应承力梁(204)连接区域，上端框(1)、下端框(3)的“F”型接口的局部作实心设计，并开设螺栓连接孔；
所述大型蜂窝夹层承力筒为上端框(1)、下端框(3)、外蒙皮(201)、蜂窝夹芯(202)、内蒙皮(203)、承力梁(204)胶接、装配完成后，采用真空热压法整体固化、成型得到的。
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