CN105659788B - 一种用于航天器的金属型变轨发动机支架 - Google Patents
一种用于航天器的金属型变轨发动机支架Info
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Abstract
一种用于航天器的金属型变轨发动机支架，由一个发动机连接环与四个支撑臂组合而成。四个支撑臂沿发动机连接环的圆周方向轴对称分布，发动机连接环与支撑臂连接采用螺接方式。发动机连接环提供与发动机的安装接口，结构形式为筒状结构。支撑臂提供与航天器承力筒的接口，结构形式为变截面的工字梁。在支撑臂腹板上设有减重孔，可实现结构轻量化。发动机连接环与支撑臂均采用TC4钛合金材料，以满足温度环境和力学性能要求。本发明发动机支架结构简单、易于加工实现，能够满足航天器产品定型化设计与生产的需要。<pb pnum="1" />
Description
技术领域
本发明涉及一种航天器用的主结构产品，特别是一种能够适应高温度环境要求的发动机支架。
背景技术
目前，国内航天器用的已有成功飞行经验的变轨发动机支架采用的是碳纤维/环氧复合材料桁架式结构，由接头、连接杆、法兰盘及连接角盒组成，接头与连接杆胶接，接头与法兰盘和连接角盒螺接，如DFH-3平台、DFH-4平台用的变轨发动机支架。碳纤维/环氧复合材料桁架式发动机支架结构的接头与连接杆均采用复合材料编织而成，法兰盘与连接角盒采用铝合金。由于复合材料玻璃化温度较低，铝合金材料在高温下性能较差，同时接头与法兰盘、连接角盒的热膨胀性能差别较大，这些因素导致碳纤维/环氧复合材料桁架式发动机结构耐高温性能较差。然而，为延长整星的在轨使用寿命，高比冲的变轨发动机将在航天器上逐步采用，高比冲的变轨发动机要求发动机支架具有足够的刚度、强度、精度及热环境适应性，特别是在热环境适应性上，高比冲的变轨发动机要求发动机支架具有足够的耐高温性能。目前所使用的碳纤维/环氧复合材料桁架式发动机支架已无法满足这种需求。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种能够适应高比冲变轨发动机要求的发动机支架，以满足变轨发动机支架刚度、强度、精度以及热环境适应性的要求。
本发明的技术解决方案是：一种用于航天器的金属型变轨发动机支架，包括发动机连接环和四个支撑臂，发动机连接环为筒状结构，所述筒状结构的下表面为用于安装发动机的法兰面，筒状结构的侧壁上开有发动机管路开口，筒状结构的上边缘设有一圈外翻边即上翻边，筒状结构的下边缘与支撑臂的连接部位局部设有外翻边即下翻边；支撑臂为变截面的工字梁，所述工字梁的腹板上设有减重孔，工字梁的翼板上设有电缆孔及隔热屏固定孔；四个支撑臂沿发动机连接环的圆周方向轴对称分布，支撑臂的截面较大的一端连接在发动机连接环的上翻边、下翻边以及侧壁上，支撑臂的截面较小的一端与航天器承力筒连接。
所述的发动机连接环和四个支撑臂的材料均为TC4钛合金。
所述的支撑臂与发动机连接环的上翻边、下翻边以及侧壁的连接方式为螺接，连接装置包括调整垫片、螺钉、垫圈、弹垫和自锁螺母，螺钉依次穿过调整垫片、连接面、垫圈和弹垫，自锁螺母锁紧在螺钉的末端。
本发明与现有技术相比的优点在于：本发明发动机支架在构型上选用发动机连接环与支撑臂组合的形式，发动机连接环的结构形式为筒状结构，上边缘增加一圈外翻边以提高支架径向刚度，下边缘与支撑臂的连接部位局部增加外翻边提高与支撑臂的连接刚度。支撑臂的结构形式为变截面的工字梁，在支撑臂的腹板上设有减重孔，实现结构轻量化设计原则，支撑臂2的一端连接在发动机连接环上，另一端提供与航天器承力筒的接口。因此本发明支架的结构件较少，结构形式和装配简单，易于加工实现，能够满足产品定型化设计与生产的需要。这种结构设计，使得支架与变轨发动机以及卫星承力筒的接口在装配后组合加工，不存在装配造成的精度误差，可以满足航天器用变轨发动机安装高精度的要求。另外，本发明发动机连接环与支撑臂均采用TC4钛合金材料，其耐高温性能好，满足高比冲变轨发动机对发动机支架高温度环境适应性的要求。
附图说明
图1为本发明金属型变轨发动机支架的结构示意图；
图2为本发明支撑臂端头与连接环侧壁的连接示意图；
图3为本发明支撑臂上下翼板与连接环上下翻边的连接示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的金属型变轨发动机支架作进一步说明。
本发明的金属型变轨发动机支架的结构如图1所示。本发明的变轨发动机支架，在构型上选用发动机连接环1与支撑臂2组合的形式，由一个发动机连接环1和四个支撑臂2组成。发动机连接环1的结构形式为筒状结构，其下表面为法兰面，提供发动机的安装接口，侧壁上开有发动机管路开口。发动机连接环1的上边缘增加一圈外翻边以提高支架径向刚度，发动机连接环1的下边缘与支撑臂2的连接部位局部增加外翻边以提高与支撑臂2的连接刚度，在法兰内表面与发动机连接处局部加厚以提高与发动机的连接刚度并提供足够的螺纹深度。支撑臂2的结构形式为变截面的工字梁，实现等刚度设计原则；在支撑臂2的腹板上设有减重孔，实现结构轻量化设计。支撑臂2的一端连接在发动机连接环1上，另一端提供与航天器承力筒的接口，支撑臂2的翼板上可根据总装、热控要求设置电缆孔及隔热屏固定孔。四个支撑臂2沿发动机连接环1的圆周方向轴对称分布，发动机连接环1与支撑臂2的连接采用螺接方式。在材料选择上为适应高比冲变轨发动机高温度环境的要求，发动机连接环1与支撑臂2均采用TC4钛合金材料。TC4钛合金比强度、比模量、耐热性能均较为理想，是一种常用的航天器结构材料。
如图2和图3所示，装配连接时先根据发动机连接环1、支撑臂2、调整垫片3的结构形式机加各个零件。在机加工前，做好化学成分复验和探伤检验，以满足航天器用材料的要求。在零件状态下，发动机的安装面以及与承力筒的安装面均保留加工余量。
然后根据结构连接关系，进行发动机支架装配体的装配。支撑臂2上下翼板与发动机连接环1上下翻边分别用两组螺钉连接方式连接，支撑臂2的端头与发动机连接环1的侧壁采用四组螺钉连接。为实现高温下的连接可靠性，螺钉连接处采用弹垫+自锁螺母的防松方式。图2和图3中，4为螺钉，5为垫圈，6为弹垫，7为自锁螺母。为保证安装精度要求，在发动机连接环1侧壁内表面采用调整垫片3以减小装配间隙满足航天器用结构部件的连接要求。
装配完成后，组合加工发动机的安装面以及与承力筒的安装面，保证形面精度要求和安装面高度公差要求。最后以统一的基准，组合加工发动机的接口以及与承力筒的接口，保证安装发动机后发动机轴线与卫星基准轴线的同轴度要求。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
Claims (3)
1.一种用于航天器的金属型变轨发动机支架，其特征在于包括：发动机连接环(1)和四个支撑臂(2)，发动机连接环(1)为筒状结构，所述筒状结构的下表面为用于安装发动机的法兰面，筒状结构的侧壁上开有发动机管路开口，筒状结构的上边缘设有一圈外翻边即上翻边，筒状结构的下边缘与支撑臂(2)的连接部位局部设有外翻边即下翻边；支撑臂(2)为变截面的工字梁，所述工字梁的腹板上设有减重孔，工字梁的翼板上设有电缆孔及隔热屏固定孔；四个支撑臂(2)沿发动机连接环(1)的圆周方向轴对称分布，支撑臂(2)的截面较大的一端连接在发动机连接环(1)的上翻边、下翻边以及侧壁上，支撑臂(2)的截面较小的一端与航天器承力筒连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于航天器的金属型变轨发动机支架，其特征在于：所述的发动机连接环(1)和四个支撑臂(2)的材料均为TC4钛合金。
3.根据权利要求1所述的一种用于航天器的金属型变轨发动机支架，其特征在于：所述的支撑臂(2)与发动机连接环(1)的上翻边、下翻边以及侧壁的连接方式为螺接，连接装置包括调整垫片(3)、螺钉(4)、垫圈(5)、弹垫(6)和自锁螺母(7)，螺钉(4)依次穿过调整垫片(3)、连接面、垫圈(5)和弹垫(6)，自锁螺母(7)锁紧在螺钉(4)的末端。
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105659788B true CN105659788B (zh) | 2013-11-27 |
Family
ID=
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107310751A (zh) * | 2017-06-07 | 2017-11-03 | 上海空间推进研究所 | 一种航天变轨发动机复合材料机架 |
| CN110092012A (zh) * | 2019-03-22 | 2019-08-06 | 上海卫星工程研究所 | 卫星发动机安装支架 |
| CN116428077A (zh) * | 2023-03-16 | 2023-07-14 | 大连理工大学 | 具有工字截面承力梁的运载火箭发动机主机架结构 |
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|---|---|---|---|---|
| CN107310751A (zh) * | 2017-06-07 | 2017-11-03 | 上海空间推进研究所 | 一种航天变轨发动机复合材料机架 |
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