CN105659745B - 一种航天器密封舱内部的轻量化设备安装结构 - Google Patents
一种航天器密封舱内部的轻量化设备安装结构Info
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Abstract
本发明属于航天航空技术领域，涉及一种航天器密封舱安装结构，特别涉及一种航天器密封舱内部的轻量化设备安装结构。包括拉杆、第一层仪器板组、第二层仪器板组、第三层仪器板组、第四层仪器板组、第一层立板、第二层立板、第三层立板和隔板，所述每组仪器板组布局设置相同，所述每组仪器板组均有四块结构相同的仪器板；所述仪器板为扇面结构，所述隔板的高度与第一层立板的高度相等；所述每块仪器板、立板和隔板均为铝合金蜂窝夹层结构；本发明在密封舱内部用复合材料结构板搭建成多个“框架”结构，结构简单紧凑，零件数量少，重量轻，结构使用效率高。此外，充分利用复合材料的可设计性，实现结构接口的标准化设计并实现扩展功能。<pb pnum="1" />
Description
技术领域
本发明属于航天航空技术领域，涉及一种航天器密封舱安装结构，特别涉及一种航天器密封舱内部的轻量化设备安装结构。
背景技术
航天器密封舱内部安装大量用于在轨支持和空间试验的仪器设备，对于载人密封舱来说，还需要为航天员提供工作和生活的场所。密封舱内部结构就是为仪器设备提供安装接口，并将这些载荷有效的传递到密封舱主结构上，在满足上述要求的同时，密封舱内部结构应具备重量轻、空间大、安装精度高、结构适应性强并具有可扩展的功能。
目前，国内外航天器密封舱内部结构的主要形式有以下几种：
一、在密封舱侧壁设置纵向和环向传力件，如桁条和隔框，将仪器设备直接或通过转接支架安装在桁条和隔框上。这种方式的优点是设备直接挂在舱壁上，载荷传递路线较短，缺点是密封舱内部空间使用效率较低，仅适用于直径较小的密封舱。对于尺寸大或重量大的设备，安装接口设计复杂，结构受力恶劣，不适宜采用这种壁挂的方式。
二、密封舱内部结构为金属梁搭建的框架结构，仪器设备直接安装在框架上，载荷由框架传递到密封舱侧壁上。这种方式，结构安装精度高，通过金属梁的布局和截面参数设计，可显著提高框架的整体强度和刚度。内部空间使用效率较高，但结构的适应性较差，结构很难对接口的更改进行适应性调整，此外，结构接口无法实现标准化设计，并且，一旦框架布局确定后，不再具有可扩展功能。该方式另一大缺点是结构重量较大，因此，只适用于安装质量较大的集中载荷，例如相机等，对于密封舱内部而言，仪器设备多而且布局分散，如果采用这种方法，势必造成结构重量的大幅提高。
三、国际空间站密封舱内部普遍采用标准机柜，机柜采用机电热一体化、模块式设计，仪器设备安装在机柜的“抽屉”里。机柜的外部结构形式以及与舱壁的安装接口均为标准化设计，内部次级结构根据设备的具体要求进行二次设计，机柜安装在密封舱内部搭建的框架上。这种安装方式要解决机电热之间的接口匹配问题，接口设计复杂，技术难度较高，此外结构重量较大。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，设计一种为密封舱内部设备的安装提供一种结构重量轻，易于实现标准化设计，且结构的适应性较强并具有可扩展功能的安装结构。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是设计一种航天器密封舱内部的轻量化设备安装结构，包括拉杆、第一层仪器板组、第二层仪器板组、第三层仪器板组、第四层仪器板组、第一层立板、第二层立板、第三层立板和隔板，所述每组仪器板组布局设置相同，所述每组仪器板组均有四块结构相同的仪器板；所述仪器板为扇面结构，所述隔板的高度与第一层立板的高度相等；所述每块仪器板、立板和隔板均为铝合金蜂窝夹层结构；
其外部设备为航天器密封舱，所述航天器密封舱由前端框、前锥段、前连接框、第一柱段、第一中间框、第二柱段、第二中间框、第三柱段、第三中间框、第四柱段、后连接框和密封球底依次首尾顺序焊接组成，在所述前连接框和后连接框的内壁沿径向延伸有环形凸台，在第一中间框、第二中间框和第三中间框内壁中部沿径向延伸有环形凸台；
其连接关系在于：所述每块仪器板的弧形边均与舱体内壁贴合，所述第一层仪器板组的仪器板通过弧形边水平安装在前连接框环形凸台上端面并呈中心对称排布，第一层仪器板组的每块仪器板上端面与前端框之间由拉杆连接，在第一层仪器板组每块仪器板弧形边两侧直边上各安装一块第一层立板，在第一层仪器板组每块仪器板弧形边对边安装隔板，两块第一层立板和隔板均位于仪器板的下方并使第一层仪器板组的仪器板、第一层立板、隔板和舱壁之间形成框架结构；所述第二层仪器板组的仪器板通过弧形边水平安装在第二中间框环形凸台上端面并呈中心对称排布，第二层仪器板组的每块仪器板上端面与第一中间框的环形凸台之间由拉杆连接，所述第三层仪器板组的仪器板通过弧形边水平安装在第三中间框环形凸台上端面，所述第四层仪器板组的仪器板通过弧形边水平安装在后连接框环形凸台上端面，所述第三层仪器板组和第四层仪器板组的仪器板与第二层仪器板组的仪器板呈相同的中心对称排布；在第二层仪器板组的每块仪器板弧形边两侧直边和第三层仪器板组的每块仪器板弧形边两侧直边之间分别垂直固定安装第二层立板，在第三层仪器板组的每块仪器板弧形边两侧直边和第四组仪器板组的每块仪器板弧形边两侧直边之间分别垂直固定安装第三层立板，在第二层仪器板组每块仪器板弧形边对边下端、在第三层仪器板组每块仪器板弧形边对边下端和第四仪器板组每块仪器板弧形边对边上端分别固定安装隔板，在第二层仪器板组的每块仪器板、第二层立板、隔板和舱壁之间形成框架结构，在第三层仪器板组的每块仪器板、第三层立板、隔板和舱壁之间形成框架结构，在第四层仪器板组的每块仪器板、第三层立板、隔板和舱壁之间形成框架结构。
本发明的优点和有益效果在于：第一、目前，这种蜂窝板组成“框架”结构已成功安装在TG-1目标飞行器实验舱内部，是我国载人航天器密封舱内部首次使用这种轻量化结构安装仪器设备，与全金属框架相比结构强度刚度相当，重量降低47％，仪器设备安装可安装在仪器板、立板、隔板等的正反两面上，设备容积率高，显著提高了结构使用效率。其性能和提供的功能有力的保证了交汇对接任务的圆满完成。二、对于不同直径和高度的密封舱，只需修改仪器板的外形尺寸和布局层数，就可实现设备安装并使结构重量最优，因此这种内部结构形式的使用范围不受限制，更加灵活。三、一块仪器板上的孔位数量最多可达到几百个，结构的扩展功能潜力巨大。仪器板上的孔位可布置在任意位置，对于发生变化的设备接口，结构的适应性很强。此外，板与板之间的连接、板与舱壁的连接、板与拉杆的连接易于实现标准化设计，与金属框架结构相比结构零件的数量减少约50％。四、与金属结构相比，蜂窝板受到的外部设计约束较少。在研制过程中，如果设备安装接口不能及时确定时，只要确定了蜂窝板的外形尺寸和设计参数就可先期投产蜂窝板，待设备接口确定后，采用后埋的工艺方法实现设备安装孔位，避免了研制过程出现没有设备安装孔位无法进行结构设计和投产的局面，使产品设计与生产并行，优化了研制流程。五、本发明在密封舱内部用复合材料结构板搭建成多个“框架”结构，结构简单紧凑，零件数量少，重量轻，结构使用效率高。此外，充分利用复合材料的可设计性，实现结构接口的标准化设计并实现扩展功能。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明第二层仪器板组、第二层立板、第三层仪器板组、第四层仪器板组和第三层立板组装图。
其中，1-前端框；2-前锥段；3-前连接框；4-第一柱段；5-第一中间框；6-第二柱段；7-第二中间框；8-第三柱段；9-第三中间框；10-第四柱段；11-后连接框；12-密封球底；13-第一层仪器板组；14-第一层立板；15-第二层仪器板组；16-第二层立板；17-第三层仪器板组；18-第四层仪器板组；19-第三层立板。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式作进一步描述，以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1、图2所示，本发明具体实施的技术方案是：一种航天器密封舱内部的轻量化设备安装结构，包括拉杆、第一层仪器板组13、第二层仪器板组15、第三层仪器板组17、第四层仪器板组18、第一层立板14、第二层立板16、第三层立板19和隔板，所述每组仪器板组布局设置相同，所述每组仪器板组均有四块结构相同的仪器板；所述仪器板为扇面结构，所述隔板的高度与第一层立板14的高度相等；所述每块仪器板、立板和隔板均为铝合金蜂窝夹层结构；
其外部设备为航天器密封舱，所述航天器密封舱由前端框1、前锥段2、前连接框3、第一柱段4、第一中间框5、第二柱段6、第二中间框7、第三柱段8、第三中间框9、第四柱段10、后连接框11和密封球底12依次首尾顺序焊接组成，前端框1为下端开口、上端封闭的圆锥形壳体；前连接框3是上半部分为圆锥面、下半部分为圆柱面的壳体结构，在前连接框3上下部分交汇处的内壁沿径向延伸有环形凸台；所述后连接框11是上半部分为圆柱面、下半部分为圆锥面的壳体结构，在后连接框11上下部分交汇处的内壁沿径向延伸有环形凸台；所述第一中间框5、第二中间框7和第三中间框9均为直径相同的壳体结构，在第一中间框5、第二中间框7和第三中间框9内壁中部沿径向延伸有环形凸台；所述前锥段2为空腔圆锥形结构，所述第一柱段4、第二柱段6、第三柱段8和第四柱段10的直径相同的壳体结构；所述密封球底12为球面结构，所述密封球底12的开口端与后连接框11下半部分结构相同；所述前锥段2的锥度与前端框1的锥度相同并且前锥段2的小端直径与前端框1的下端开口处直径相同，所述前锥段2的大端直径与前连接框3上半部分圆柱面小端直径相同；
其连接关系在于：所述每块仪器板的弧形边均与舱体内壁贴合，所述第一层仪器板组13的仪器板通过弧形边水平安装在前连接框3环形凸台上端面并呈中心对称排布，第一层仪器板组13的每块仪器板上端面与前端框1之间由拉杆连接，在第一层仪器板组13每块仪器板弧形边两侧直边上各安装一块第一层立板14，在第一层仪器板组13每块仪器板弧形边对边安装隔板，两块第一层立板和隔板均位于仪器板的下方并使第一层仪器板组13的仪器板、第一层立板14、隔板和舱壁之间形成框架结构；所述第二层仪器板组15的仪器板通过弧形边水平安装在第二中间框7环形凸台上端面并呈中心对称排布，第二层仪器板组15的每块仪器板上端面与第一中间框5的环形凸台之间由拉杆连接，所述第三层仪器板组17的仪器板通过弧形边水平安装在第三中间框9环形凸台上端面，所述第四层仪器板组18的仪器板通过弧形边水平安装在后连接框11环形凸台上端面，所述第三层仪器板组17和第四层仪器板组18的仪器板与第二层仪器板组15的仪器板呈相同的中心对称排布；在第二层仪器板组15的每块仪器板弧形边两侧直边和第三组仪器板组17的每块仪器板弧形边两侧直边之间分别垂直固定安装第二层立板16，在第三层仪器板组17的每块仪器板弧形边两侧直边和第四组仪器板组18的每块仪器板弧形边两侧直边之间分别垂直固定安装第三层立板19，在第二层仪器板组15每块仪器板弧形边对边下端、在第三层仪器板组17每块仪器板弧形边对边下端和第四仪器板组18每块仪器板弧形边对边上端分别固定安装隔板，在第二层仪器板组15的每块仪器板、第二层立板16、隔板和舱壁之间形成框架结构，在第三层仪器板组17的每块仪器板、第三层立板19、隔板和舱壁之间形成框架结构，在第四层仪器板组18的每块仪器板、第三层立板19、隔板和舱壁之间形成框架结构。
所述第一层仪器板组13的每块仪器板上端面与前端框1之间由两根拉杆连接。
所述第二层仪器板组15的每块仪器板上端面与第一中间框5的环形凸台之间由两根拉杆连接。
所述第一层立板14的高度为第一柱段4高度的三分之一至二分之一。
如图2所示，在第一层仪器板组13的仪器板下方、在第二层仪器板组15与第三层仪器板组的仪器板17之间以及第三层仪器板组17与第四层仪器板组18的仪器板之间垂直设有辅助立板。
所述仪器板与立板以及立板与隔板之间通过金属角条连接，所述金属角条为LY12铝合金制成。
所述仪器板与隔板、仪器板与辅助立板以及辅助立板与隔板通过板板之间的侧向埋件连接。
所述拉杆通过拉杆座与每块仪器板连接，所述拉杆为2mm壁厚的5A06铝合金薄壁管。
所述每块仪器板的厚度为30mm，所述立板和隔板的厚度为25mm。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种航天器密封舱内部的轻量化设备安装结构，其特征在于：包括拉杆、第一层仪器板组(13)、第二层仪器板组(15)、第三层仪器板组(17)、第四层仪器板组(18)、第一层立板(14)、第二层立板(16)、第三层立板(19)和隔板，所述每组仪器板组布局设置相同，所述每组仪器板组均有四块结构相同的仪器板；所述仪器板为扇面结构，所述隔板的高度与第一层立板(14)的高度相等；所述每块仪器板、立板和隔板均为铝合金蜂窝夹层结构；
其外部设备为航天器密封舱，所述航天器密封舱由前端框(1)、前锥段(2)、前连接框(3)、第一柱段(4)、第一中间框(5)、第二柱段(6)、第二中间框(7)、第三柱段(8)、第三中间框(9)、第四柱段(10)、后连接框(11)和密封球底(12)依次首尾顺序焊接组成，在所述前连接框(3)和后连接框(11)的内壁沿径向延伸有环形凸台，在第一中间框(5)、第二中间框(7)和第三中间框(9)内壁中部沿径向延伸有环形凸台；
其连接关系在于：所述每块仪器板的弧形边均与舱体内壁贴合，所述第一层仪器板组(13)的仪器板通过弧形边水平安装在前连接框(3)环形凸台上端面并呈中心对称排布，第一层仪器板组(13)的每块仪器板上端面与前端框(1)之间由拉杆连接，在第一层仪器板组(13)每块仪器板弧形边两侧直边上各安装一块第一层立板(14)，在第一层仪器板组(13)每块仪器板弧形边对边安装隔板，两块第一层立板(14)和隔板均位于仪器板的下方并使第一层仪器板组(13)的仪器板、第一层立板(14)、隔板和舱壁之间形成框架结构；所述第二层仪器板组(15)的仪器板通过弧形边水平安装在第二中间框(7)环形凸台上端面并呈中心对称排布，第二层仪器板组(15)的每块仪器板上端面与第一中间框(5)的环形凸台之间由拉杆连接，所述第三层仪器板组(17)的仪器板通过弧形边水平安装在第三中间框(9)环形凸台上端面，所述第四层仪器板组(18)的仪器板通过弧形边水平安装在后连接框(11)环形凸台上端面，所述第三层仪器板组(17)和第四层仪器板组(18)的仪器板与第二层仪器板组(15)的仪器板呈相同的中心对称排布；在第二层仪器板组(15)的每块仪器板弧形边两侧直边和第三组仪器板组(17)的每块仪器板弧形边两侧直边之间分别垂直固定安装第二层立板(16)，在第三层仪器板组(17)的每块仪器板弧形边两侧直边和第四组仪器板组(18)的每块仪器板弧形边两侧直边之间分别垂直固定安装第三层立板(19)，在第二层仪器板组(15)每块仪器板弧形边对边下端、在第三层仪器板组(17)每块仪器板弧形边对边下端和第四仪器板组(18)每块仪器板弧形边对边上端分别垂直固定安装隔板，在第二层仪器板组(15)的每块仪器板、第二层立板(16)、隔板和舱壁之间形成框架结构，在第三层仪器板组(17)的每块仪器板、第三层立板(19)、隔板和舱壁之间形成框架结构，在第四层仪器板组(18)的每块仪器板、第三层立板(19)、隔板和舱壁之间形成框架结构。
2.根据权利要求1所述的一种航天器密封舱内部的轻量化设备安装结构，其特征在于：所述第一层仪器板组(13)的每块仪器板上端面与前端框(1)之间由两根拉杆连接。
3.根据权利要求1所述的一种航天器密封舱内部的轻量化设备安装结构，其特征在于：所述第二层仪器板组(15)的每块仪器板上端面与第一中间框(5)的环形凸台之间由两根拉杆连接。
4.根据权利要求1所述的一种航天器密封舱内部的轻量化设备安装结构，其特征在于：所述第一层立板(14)的高度为第一柱段(4)高度的三分之一至二分之一。
5.根据权利要求1至4任一项所述的一种航天器密封舱内部的轻量化设备安装结构，其特征在于：在第一层仪器板组(13)的仪器板下方、在第二层仪器板组(15)与第三层仪器板组(17)的仪器板之间以及第三层仪器板组(17)与第四层仪器板组(18)的仪器板之间垂直设有辅助立板。
6.根据权利要求1至4任一项所述的一种航天器密封舱内部的轻量化设备安装结构，其特征在于：所述仪器板与立板以及立板与隔板之间通过金属角条连接。
7.根据权利要求6所述的一种航天器密封舱内部的轻量化设备安装结构，其特征在于：所述金属角条为LY12铝合金制成。
8.根据权利要求5所述的一种航天器密封舱内部的轻量化设备安装结构，其特征在于：所述仪器板与隔板、仪器板与辅助立板以及辅助立板与隔板通过板板之间的侧向埋件连接。
9.根据权利要求1至4任一项所述的一种航天器密封舱内部的轻量化设备安装结构，其特征在于：所述拉杆通过拉杆座与每块仪器板连接，所述拉杆为2mm壁厚的5A06铝合金薄壁管。
10.根据权利要求1至4任一项所述的一种航天器密封舱内部的轻量化设备安装结构，其特征在于：所述每块仪器板的厚度为30mm，所述立板和隔板的厚度为25mm。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR03 | Grant of secret patent right | ||
| DC01 | Secret patent status has been lifted |