CN108569422A - 一种火箭分段结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种火箭分段结构，包括同轴嵌套贴合的外筒体和内筒体，内筒体两端连接有内层裙端盖，外筒体两端连接有外层裙端盖，外层裙端盖与内层裙端盖一一对应地同轴嵌合，两端的外层裙端盖之和间连有加固桥臂，加固桥臂沿外筒体的轴向设置。本发明通过设置加固桥臂可强化外层裙端盖、内层裙端盖与外筒体、内筒体的结合强度，提高火箭分段的整体结构强度，优化火箭箭体自身结构，提高火箭质量比。

Description

一种火箭分段结构

技术领域

本发明涉及一种航空航天装备的结构，更具体地说，它涉及一种火箭分段结构。

背景技术

火箭的质量比是指火箭的原始质量与火箭的最后质量的比值。科学研究表明，对于使用硝酸和肼类推进剂的火箭来说，要使最后速度达到第一宇宙速度7.9公里/秒，火箭的质量比应等于23.5，推进剂的质量占到火箭总质量的96%。若加上地球引力因素，则要求的质量比应更大。鸡蛋的全重和它的蛋壳的质量比是20，这使鸡蛋脆弱到一碰即破的地步。可想而知，要把火箭的质量比提高到23.5以上，火箭的壳体必须造得很薄，同时又要耐受高温、高速、真空等恶劣的工作环境，这对火箭的壳体制造提出了极其严苛的要求。而人类已不满足于仅获得第一宇宙速度，希望能获得更快的速度，这样一来，如何提高火箭的质量比，便成为一个亟待解决的课题。前苏联科学家齐奥尔科夫斯基为解决这一难题作出了巨大贡献，创造性地提出了火箭由多个分段组合，分级连接的方案。分级火箭有利于提高火箭的最终速度，但是级数太多，各级之间的连接和分离机构部分也要相应增多，这也会影响火箭的整体强度，并带来一些复杂的技术问题。目前人类所掌握的技术手段还难以做到无限增加火箭分级，所以，现代火箭通常采用两级或三级来发射运载普通航天器，深空航天器则多用四级火箭来发射运载。除了设法消除或减弱火箭分级对整体强度的影响外，还可以通过优化火箭箭体自身结构、改进箭体制造材料或推进剂材料的途径达到提高火箭质量比的目的。

发明内容

现有的多级火箭难以通过无限制增加级数持续提高火箭质量比，为克服这一缺陷，本发明提供了一种可通过优化火箭箭体自身结构达到提高火箭质量比目的的火箭分段结构。

本发明的技术方案是：一种火箭分段结构，包括同轴嵌套贴合的外筒体和内筒体，内筒体两端连接有内层裙端盖，外筒体两端连接有外层裙端盖，外层裙端盖与内层裙端盖一一对应地同轴嵌合，两端的外层裙端盖之和间连有加固桥臂，加固桥臂沿外筒体的轴向设置。多级火箭箭体由多个分段通过串联、并联或混联方式组合而成，单个分段均为筒状结构且两端封有端盖，因此分段大致为封闭结构，以现有的机加工手段很难实现一体成型，通常端盖与筒体互为独立，装配连接为一体。但以现有的装配结构及工艺难以再深度挖掘潜力，因此所能提供的连接强度难有大的提高。本发明在内层裙端盖、外层裙端盖与内筒体、外筒体连接的基础上，通过加固桥臂锁定两端外层裙端盖的距离，加强外层裙端盖在外筒体上的结合力，继而也限制了两端内层裙端盖的距离，加强内层裙端盖在内筒体上的结合力。在火箭飞行过程中，加固桥臂可一定程度分担火箭分段轴向上的材料拉伸应力。因此，加固桥臂可强化火箭分段的整体结构强度，优化火箭箭体自身结构，提高火箭质量比。

作为优选，外筒体与内筒体的端部接合部套接有环箍，环箍与外层裙端盖间设有轴向定位结构，环箍与内层裙端盖环箍外端口设有环形的分段连接面，环箍内端设有缩口，外筒体套接在缩口上，环箍上设有加固桥臂卡口，加固桥臂端部设有卡钩，卡钩卡在加固桥臂卡口内。两端的环箍通过加固桥臂的卡接连为一体，环箍又通过轴向定位结构，以及外筒体端口与缩口形成的单向定位结构的共同作用下，构成平衡的力学结构，强化外层裙端盖、内层裙端盖与外筒体、内筒体的结合强度。

作为优选，所述轴向定位结构为多个对称布设并固定在环箍上的挡块，挡块抵压在外层裙端盖的端面上。此种形式的轴向定位结构简单且易于实施。

作为优选，挡块通过螺栓固定在环箍的内周面上。在环箍的内周面上安装挡块，采用螺栓固定的方法相对更容易实施，且更易保证安装结构强度的一致性。

作为优选，加固桥臂位于外筒体和内筒体的夹层中。内筒体内的腔体是火箭推进剂的贮存处，加固桥臂设于内筒体之外，外筒体以内，既不占用火箭的推进剂的贮存空间，又可被外筒体屏蔽，避免在火箭飞行过程中产生过大气动阻力。

作为优选，内筒体上沿轴向固设有桥臂压条，桥臂压条的横断面呈几字形，桥臂压条的两侧底端与内筒体贴合，加固桥臂位于桥臂压条构成的槽体中。固定在内筒体上的桥臂压条对加固桥臂进行安装限位。

作为优选，内层裙端盖与外层裙端盖之间设有分段接头，分段接头的外周面与同端的外层裙端盖内周面适配贴合并焊接，分段接头的内周面与同端的内层裙端盖外周面适配贴合并焊接，分段接头中心设有环形的连接端面，连接端面上均布有环绕排列的连接螺栓孔。分段接头与相邻火箭分段的分段接头通过连接端面的对接贴合及爆炸螺栓在连接螺栓孔中的固定，实现火箭分段间的连接。

作为优选，内层裙端盖、外层裙端盖均呈球台状。有些型号的火箭分段相互连接时并不是端面全部贴合，而是轴线周围部分贴合，壳体外周的端面却并不接触，只是通过爆炸连杆或爆炸索连接，对于此类分段间连接部分外周镂空的火箭，球台状的内层裙端盖、外层裙端盖使火箭分段的两端的曲面具有较理想的空气动力外形，可更好地降低飞行阻力。

本发明的有益效果是：

优化火箭箭体自身结构，加强火箭箭体强度，提高火箭质量比。本发明通过设置加固桥臂可强化外层裙端盖、内层裙端盖与外筒体、内筒体的结合强度，提高火箭分段的整体结构强度，优化火箭箭体自身结构，提高火箭质量比。

附图说明

图1为本发明的一种结构示意图；

图2为本发明的半剖视图；

图3为本发明移除外筒体后的结构示意图；

图4为本发明移除外筒体、内筒体后的结构示意图；

图5为本发明中加固桥臂和桥臂压条的配合结构示意图；

图6为本发明中外层裙端盖的一种结构示意图；

图7为本发明中环箍的一种结构示意图；

图8为本发明中分段接头的一种结构示意图；

图9为本发明中分段接头上A处的局部结构示意图；。

图中，1-外筒体，2-内筒体，3-内层裙端盖，4-外层裙端盖，5-分段接头，6-连接螺栓孔，7-加固桥臂，8-环箍，9-卡钩，10-桥臂压条，11-挡块，12-加固桥臂卡口。

具体实施方式

下面结合附图具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

如图1至图9所示，一种火箭分段结构，包括同轴嵌套贴合的外筒体1和内筒体2，内筒体2两端连接有内层裙端盖3，外筒体1两端连接有外层裙端盖4，外层裙端盖4与内层裙端盖3一一对应地同轴嵌合，内层裙端盖3、外层裙端盖4均呈球台状。两端的外层裙端盖4之间连有加固桥臂7，加固桥臂7沿外筒体1的轴向设置。外筒体1与内筒体2的端部接合部套接有环箍8，环箍8与外层裙端盖4间设有轴向定位结构，环箍8外端口设有环形的分段连接面，分段连接面上均布固定孔，用以安装爆炸螺栓，实现火箭分段间的连接。环箍8内端设有缩口，外筒体1套接在缩口上，环箍8上设有加固桥臂卡口12，加固桥臂7端部设有卡钩9，卡钩9卡在加固桥臂卡口12内。所述轴向定位结构为6个对称布设并固定在环箍8上的挡块11，挡块11通过螺栓固定在环箍8的内周面上，挡块11抵压在外层裙端盖4的端面上。加固桥臂7位于外筒体1和内筒体2的夹层中，内筒体2上沿轴向固定有桥臂压条10，桥臂压条10的横断面呈几字形，桥臂压条10的两侧底端与内筒体2贴合焊接，加固桥臂7位于桥臂压条10构成的槽体中，桥臂压条10整体被外筒体1覆盖。内层裙端盖3与外层裙端盖4之间设有分段接头5，分段接头5的外周面与同端的外层裙端盖4内周面适配贴合并焊接，分段接头5的内周面与同端的内层裙端盖3外周面适配贴合并焊接，分段接头5中心设有环形的连接端面，连接端面上均布有环绕排列的98个连接螺栓孔6。

两端的环箍8通过加固桥臂7的卡接连为一体，环箍8又通过轴向定位结构，以及外筒体1端口与环箍8缩口形成的单向定位结构的共同作用下，构成平衡的力学结构，强化外层裙端盖4、内层裙端盖3与外筒体1、内筒体2的结合强度。加固桥臂7锁定两端外层裙端盖4的距离，加强外层裙端盖4在外筒体1上的结合力，继而也限制了两端内层裙端盖3的距离，加强内层裙端盖3在内筒体2上的结合力。在火箭飞行过程中，加固桥臂7可一定程度分担火箭分段轴向上的材料拉伸应力。因此，加固桥臂7可强化火箭分段的整体结构强度，优化火箭箭体自身结构，提高火箭质量比。

实施例2：

挡块11为8个。其余同实施例1。

Claims (8)

1.一种火箭分段结构，其特征是包括同轴嵌套贴合的外筒体（1）和内筒体（2），内筒体（2）两端连接有内层裙端盖（3），外筒体（1）两端连接有外层裙端盖（4），外层裙端盖（4）与内层裙端盖（3）一一对应地同轴嵌合，两端的外层裙端盖（4）之间连有加固桥臂（7），加固桥臂（7）沿外筒体（1）的轴向设置。

2.根据权利要求1所述的火箭分段结构，其特征是外筒体（1）与内筒体（2）的端部接合部套接有环箍（8），环箍（8）与外层裙端盖（4）间设有轴向定位结构，环箍（8）外端口设有环形的分段连接面，环箍（8）内端设有缩口，外筒体（1）套接在缩口上，环箍（8）上设有加固桥臂卡口，加固桥臂（7）端部设有卡钩（9），卡钩（9）卡在加固桥臂卡口内。

3.根据权利要求2所述的火箭分段结构，其特征是所述轴向定位结构为多个对称布设并固定在环箍（8）上的挡块（11），挡块（11）抵压在外层裙端盖（4）的端面上。

4.根据权利要求3所述的火箭分段结构，其特征是挡块（11）通过螺栓固定在环箍（8）的内周面上。

5.根据权利要求1所述的火箭分段结构，其特征是加固桥臂（7）位于外筒体（1）和内筒体（2）的夹层中。

6.根据权利要求5所述的火箭分段结构，其特征是内筒体（2）上沿轴向固设有桥臂压条（10），桥臂压条（10）的横断面呈几字形，桥臂压条（10）的两侧底端与内筒体（2）贴合，加固桥臂（7）位于桥臂压条（10）构成的槽体中。

7.根据权利要求1所述的火箭分段结构，其特征是内层裙端盖（3）与外层裙端盖（4）之间设有分段接头（5），分段接头（5）的外周面与同端的外层裙端盖（4）内周面适配贴合并焊接，分段接头（5）的内周面与同端的内层裙端盖（3）外周面适配贴合并焊接，分段接头（5）中心设有环形的连接端面，连接端面上均布有环绕排列的连接螺栓孔（6）。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的火箭分段结构，其特征是内层裙端盖（3）、外层裙端盖（4）均呈球台状。