CN108725808A - 用于飞行器的异形油箱 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于飞行器的异形油箱，该异形油箱包括：板形组件；环形舱体件，环形舱体件具有第一容纳腔，第一容纳腔用于容纳发动机，第一容纳腔的结构与发动机的外形相适配，板形组件沿环形舱体件的长度方向固定设置在环形舱体件上以形成组合件，组合件的外形结构与飞行器的外形结构相适配；第一端框件和第二端框件，第一端框件固定设置在板形组件和环形舱体件的一端，第二端框件固定设置在板形组件和环形舱体件的另一端，第一端框件、第二端框件、板形组件以及环形舱体件共同围成第二容纳腔，第二容纳腔用于容纳油液。应用本发明的技术方案，以解决现有技术中圆筒状油箱装油量小、适应性差的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及高速飞行器结构设计技术领域，尤其涉及一种用于飞行器的异形油箱。
背景技术
目前，随着飞行器速度越来越快，高马赫数飞行器需要更低的结构重量，更大的装油量。传统油箱为圆柱形结构，油箱设计已有成熟的标准规范。然而，由于飞行器中多部件均具有复杂外形，如果采用现有技术中的圆筒状结构的油箱，无法实现空间的最大化利用。因此，传统的圆筒状结构形式已经不在适用未来高马赫数飞行器油箱的研制，轻量化、随型、外形精度高的油箱设计已经成为高速飞行器发展的关键因素。
发明内容
本发明提供了一种用于飞行器的异形油箱，能够解决现有技术中圆筒状油箱装油量小、适应性差的技术问题。
本发明提供了一种用于飞行器的异形油箱，异形油箱包括：板形组件；环形舱体件，环形舱体件具有第一容纳腔，第一容纳腔用于容纳发动机，第一容纳腔的结构与发动机的外形相适配，板形组件沿环形舱体件的长度方向固定设置在环形舱体件上以形成组合件，组合件的外形结构与飞行器的外形结构相适配；第一端框件和第二端框件，第一端框件固定设置在板形组件和环形舱体件的一端，第二端框件固定设置在板形组件和环形舱体件的另一端，第一端框件、第二端框件、板形组件以及环形舱体件共同围成第二容纳腔，第二容纳腔用于容纳油液。
进一步地，环形舱体件包括第一圆弧曲面板、第一连接平面板、第二圆弧曲面板和第二连接平面板，第一圆弧曲面板的半径小于第二圆弧曲面板的半径，第一圆弧曲面板、第一连接平面板、第二圆弧曲面板和第二连接平面板依次首尾连接形成两端开口且具有第一容纳腔的空心筒形结构。
进一步地，环形舱体件还包括第一加强件和第二加强件，第一加强件同时设置在第一圆弧曲面板、第一连接平面板和第二连接平面板的远离第一容纳腔的一侧，第二加强件设置在第二圆弧曲面板的靠近第一容纳腔的一侧。
进一步地，板形组件包括第三圆弧曲面板，第三圆弧曲面板的半径与第二圆弧曲面板的半径相同，第三圆弧曲面板分别与环形舱体件的第一连接平面板和第二连接平面板固定连接，组合件的外形结构为圆柱形结构。
进一步地，板形组件还包括第三加强件，第三加强件设置在板形组件的靠近第一容纳腔的一侧。
进一步地，板形组件、环形舱体件、第一端框件和第二端框件均由金属材料制成，金属材料包括Mg、Al、Ti和高温合金。
进一步地，板形组件可采用板材机加工成型、钣金焊接成型、冲压成型、旋压成型或超塑成型工艺方法制成；环形舱体件可采用钣金焊接成型、超塑成型或铸造的工艺方法制成；第一端框件和第二端框件均可采用板材机加工成型方法制成。
进一步地，异形油箱的长度根据飞行器所需的油量来调节。
进一步地，异形油箱还包括多个第三端框件，各个第三端框件均套设在组合件的外侧，多个第三端框件沿组合件的长度方向间隔设置在第一端框件和第二端框件之间。
进一步地，板形组件的壁厚和/或环形舱体件的壁厚根据油箱的压力来确定，板形组件的壁厚范围和/或环形舱体件的壁厚范围为1mm至8mm。
应用本发明的技术方案，提供了一种用于飞行器的异形油箱，该异形油箱的板形组件固定设置在环形舱体件上以形成组合件，组合件的外形结构与飞行器的外形结构相适配，环形舱体件具有第一容纳腔，发动机设置在第一容纳腔内，且第一容纳腔的结构与发动机的外形相适配，此种方式能够很好地适应飞行器复杂外形，将所有可利用的空间用于储存油液。此外，本发明通过将发动机设置在第一容纳腔内，能够很好地对发动机进行防热，无需进行专门的防隔热设计。同时，由于本发明的油箱的结构形状没有限制，因此适应性强，尤其适合异型外形面的飞行器。
附图说明
所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了根据本发明的具体实施例提供的用于飞行器的异形油箱的结构示意图；
图2示出了图1中所提供的用于飞行器的异形油箱的左视图；
图3示出了图2中所提供的用于飞行器的异形油箱的A-A处的剖视图；
图4示出了根据本发明的具体实施例提供的板形组件的结构示意图；
图5示出了根据本发明的具体实施例提供的环形舱体件的结构示意图；
图6示出了根据本发明的具体实施例提供的第一端框件的结构示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：
10、板形组件；11、第三圆弧曲面板；12、第三加强件；20、环形舱体件；20a、第一容纳腔；21、第一圆弧曲面板；22、第一连接平面板；23、第二圆弧曲面板；24、第二连接平面板；25、第一加强件；26、第二加强件；30、第一端框件；40、第二端框件。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
如图1至图6所示，根据本发明的具体实施例提供了一种用于飞行器的异形油箱，该异形油箱包括板形组件10、环形舱体件20、第一端框件30和第二端框件40，环形舱体件20具有第一容纳腔20a，第一容纳腔20a用于容纳发动机，第一容纳腔20a的结构与发动机的外形相适配，板形组件10沿环形舱体件20的长度方向固定设置在环形舱体件20上以形成组合件，组合件的外形结构与飞行器的外形结构相适配，第一端框件30固定设置在板形组件10和环形舱体件20的一端，第二端框件40固定设置在板形组件10和环形舱体件20的另一端，第一端框件30、第二端框件40、板形组件10以及环形舱体件20共同围成第二容纳腔，第二容纳腔用于容纳油液。
应用此种配置方式，提供了一种用于飞行器的异形油箱，该异形油箱的板形组件固定设置在环形舱体件上以形成组合件，组合件的外形结构与飞行器的外形结构相适配，环形舱体件具有第一容纳腔，发动机设置在第一容纳腔内，且第一容纳腔的结构与发动机的外形相适配，此种方式能够很好地适应飞行器复杂外形，将所有可利用的空间用于储存油液。此外，本发明通过将发动机设置在第一容纳腔内，能够很好地对发动机进行防热，无需进行专门的防隔热设计。同时，由于本发明的油箱的结构形状没有限制，因此适应性强，尤其适合异型外形面的飞行器。
作为本发明的一个具体实施例，板形组件10为维持气动外形薄壁结构，环形舱体件20为随型空腔结构，板形组件10沿环形舱体件20的长度方向焊接固定在环形舱体件20上以形成组合件，第一端框件30焊接固定在板形组件10和环形舱体件20的一端，第二端框件40焊接固定在板形组件10和环形舱体件20的另一端，板形组件10、环形舱体件20、第一端框件30和第二端框件40共同焊接组成一个整体，该整体共分为两个容纳腔，上部的第二容纳腔用于容纳油液，下部的第一容纳腔20a用于容纳发动机。本发明的异形油箱焊接形式简单，装油量大。
进一步地，在本发明中，如图5所示，为了能够减轻油箱重量以及提高结构紧凑性，可将环形舱体件20配置为包括第一圆弧曲面板21、第一连接平面板22、第二圆弧曲面板23和第二连接平面板24，第一圆弧曲面板21的半径小于第二圆弧曲面板23的半径，第一圆弧曲面板21、第一连接平面板22、第二圆弧曲面板23和第二连接平面板24依次首尾连接形成两端开口且具有第一容纳腔20a的空心筒形结构。
此外，在本发明中，为了提高异形油箱的强度，可将环形舱体件20配置为还包括第一加强件25和第二加强件26，第一加强件25同时设置在第一圆弧曲面板21、第一连接平面板22和第二连接平面板24的远离第一容纳腔20a的一侧，第二加强件26设置在第二圆弧曲面板23的靠近第一容纳腔20a的一侧。
作为本发明的一个具体实施例，如图5所示，可采用加强筋作为第一加强件25和第二加强件26，第一加强件25包括多个加强筋，多个加强筋间隔设置在第一圆弧曲面板21、第一连接平面板22和第二连接平面板24的远离第一容纳腔20a的一侧，亦即第一加强件25设置在环形舱体件20的近油面。第二加强件26包括多个加强筋，多个加强筋间隔设置在第二圆弧曲面板23的靠近第一容纳腔20a的一侧。
此外，在本发明中，为了能够在保证结构强度的同时尽可能减轻结构重量，可将环形舱体件20配置为由金属材料制成，金属材料包括Mg、Al、Ti和高温合金等现有常规使用的金属材料。环形舱体件20可以采用钣金焊接成型方法、超塑成型或铸造的工艺方法制成。环形舱体件20的内外表面都可以进行机加工，以便于进行减重设计和发动机安装结构设计。
进一步地，在本发明中，板形组件10包括第三圆弧曲面板11，第三圆弧曲面板11的半径与第二圆弧曲面板23的半径相同，第三圆弧曲面板11分别与环形舱体件20的第一连接平面板22和第二连接平面板24固定连接，组合件的外形结构为圆柱形结构。
此外，在本发明中，为了提高异形油箱的强度，可将板形组件10配置为还包括第三加强件12，第三加强件12设置在板形组件10的靠近第一容纳腔20a的一侧。作为本发明的一个具体实施例，如图4所示，第三加强件12包括多个加强筋，多个加强筋间隔设置在板形组件10的靠近第一容纳腔20a的一侧，亦即多个加强筋间隔设置在板形组件10的近油面。
进一步地，在本发明中，为了能够在保证结构强度的同时尽可能减轻结构重量，可将板形组件10配置为由金属材料制成，金属材料包括Mg、Al、Ti和高温合金等现有常规使用的金属材料。板形组件10可以采用板材机加工成型方法、钣金焊接成型方法、冲压成型、旋压成型或超塑成型的工艺方法制成。
在本发明中，如图2和图6所示，第一端框件30和第二端框件40均为平板加筋结构，第一端框件30和第二端框件40均用于连接板形组件10、环形舱体件20、管路系统以及与其他舱体连接。第一端框件30和第二端框件40均可采用金属材料制成，金属材料包括Mg、Al、Ti和高温合金等现有常规使用的金属材料。第一端框件30和第二端框件40的周围外形面均为气动外形面。第一端框件30和第二端框件40均可采用板材机加工成型方法进行制备成型。第一端框件30和第二端框件40的舱内侧进行加强结构设计、焊接止口结构设计，外侧进行管路连接设计、舱段连接设计等。
进一步地，在本发明中，异形油箱的长度根据飞行器所需的油量来调节。当飞行器所需的油量较大，异形油箱的长度过长时，可将异形油箱配置为还包括多个第三端框件，各个第三端框件均套设在组合件的外侧，多个第三端框件沿组合件的长度方向间隔设置在第一端框件30和第二端框件40之间。各个第三端框件之间设计通油管路。
此外，在本发明中，板形组件10的壁厚和/或环形舱体件20的壁厚根据油箱的压力来确定，板形组件10的壁厚范围和/或环形舱体件20的壁厚范围为1mm至8mm，由此能够保证既不超过材料的极限强度，又能够满足设计重量最轻。
为了对本发明有进一步地了解，下面结合图1至图6对本发明的用于飞行器的异形油箱进行详细说明。
如图1至图6所示，根据本发明的具体实施例提供了一种用于飞行器的异形油箱，该异形油箱包括上部的板形组件10、下部的环形舱体件20以及分别设置在油箱两端的第一端框件30和第二端框件40，板形组件10为薄壁结构，其与第一端框件30、第二端框件40以及环形舱体件20焊接成一个封闭的油箱。板形组件10的内表面为近油面，外形面为气动外形面，在内表面上间隔设置有多个加强筋。板形组件10采用金属结构，可以选用Mg、Al、Ti、高温合金等现有常规使用的金属材料。
环形舱体件20的上外形面为近油面，下外形面为气动外形面，环形舱体件20具有第一容纳腔20a，第一容纳腔20a用于容纳发动机，第一容纳腔20a的空腔内型面与发动机随型设计。板形组件10沿环形舱体件20的长度方向固定设置在环形舱体件20上以形成组合件，组合件的外形结构与飞行器的外形结构相适配。环形舱体件20采用金属结构，可以选用Mg、Al、Ti、高温合金等现有常规使用的金属材料。环形舱体件20为空腔结构，具有很好的刚度特性，而且空腔的空间大易于结构减重设计，方便空腔内发动机安装。
第一端框件30固定设置在板形组件10和环形舱体件20的一端，第二端框件40固定设置在板形组件10和环形舱体件20的另一端，第一端框件30、第二端框件40、板形组件10以及环形舱体件20共同围成第二容纳腔，第二容纳腔用于容纳油液。第一端框件30和第二端框件40均采用金属结构，可以选用Mg、Al、Ti、高温合金等现有常规使用的金属材料。第一端框件30和第二端框件40均用于连接板形组件10、环形舱体件20、管路系统及与其他舱体连接，第一端框件30和第二端框件40的周圈外形面为气动外形面。第一端框件30和第二端框件40为金属板机加工成型。
根据油箱长度设计合适的第三端框件，每个第三端框件之间设计通油管路，第一端框件30和第二端框件40用于与其他舱体连接，可在第一端框件30和第二端框件40上设计合适的连接结构。油箱在整体焊接成型后，具有较好的抗内压和抗弯特性，同时空腔结构可以方便进行发动机安装及供油的多种操作。
综上所述，本发明的用于飞行器的异形油箱相对于现有技术而言，具有以下优点。
第一，本发明采用焊接成型制备的油箱结构，具有随型、外形精度高、承受内压能力强、重量轻的优点，适用于未来高马赫数飞行器使用需求。
第二，本发明的油箱结构适应性强，尤其适合异型外形面的飞行器，且可以通过第三端框件个数的调整，适应不同的油箱长度需求。
第三，本发明油箱结构的发动机舱为整体环形结构，刚度好，方便发动机安装，且密封性好，无需进行专门的防隔热设计。
第四，本发明的油箱结构与气动外形面和发动机型面都是随型设计，可以实现最大的装油量。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于飞行器的异形油箱，其特征在于，所述异形油箱包括：
板形组件(10)；
环形舱体件(20)，所述环形舱体件(20)具有第一容纳腔(20a)，所述第一容纳腔(20a)用于容纳发动机，所述第一容纳腔(20a)的结构与发动机的外形相适配，所述板形组件(10)沿所述环形舱体件(20)的长度方向固定设置在所述环形舱体件(20)上以形成组合件，所述组合件的外形结构与飞行器的外形结构相适配；
第一端框件(30)和第二端框件(40)，所述第一端框件(30)固定设置在所述板形组件(10)和所述环形舱体件(20)的一端，所述第二端框件(40)固定设置在所述板形组件(10)和所述环形舱体件(20)的另一端，所述第一端框件(30)、所述第二端框件(40)、所述板形组件(10)以及所述环形舱体件(20)共同围成第二容纳腔，所述第二容纳腔用于容纳油液。
2.根据权利要求1所述的用于飞行器的异形油箱，其特征在于，所述环形舱体件(20)包括第一圆弧曲面板(21)、第一连接平面板(22)、第二圆弧曲面板(23)和第二连接平面板(24)，所述第一圆弧曲面板(21)的半径小于所述第二圆弧曲面板(23)的半径，所述第一圆弧曲面板(21)、所述第一连接平面板(22)、所述第二圆弧曲面板(23)和所述第二连接平面板(24)依次首尾连接形成两端开口且具有所述第一容纳腔(20a)的空心筒形结构。
3.根据权利要求3所述的用于飞行器的异形油箱，其特征在于，所述环形舱体件(20)还包括第一加强件(25)和第二加强件(26)，所述第一加强件(25)同时设置在所述第一圆弧曲面板(21)、所述第一连接平面板(22)和所述第二连接平面板(24)的远离所述第一容纳腔(20a)的一侧，所述第二加强件(26)设置在所述第二圆弧曲面板(23)的靠近所述第一容纳腔(20a)的一侧。
4.根据权利要求2所述的用于飞行器的异形油箱，其特征在于，所述板形组件(10)包括第三圆弧曲面板(11)，所述第三圆弧曲面板(11)的半径与所述第二圆弧曲面板(23)的半径相同，所述第三圆弧曲面板(11)分别与所述环形舱体件(20)的第一连接平面板(22)和第二连接平面板(24)固定连接，所述组合件的外形结构为圆柱形结构。
5.根据权利要求4所述的用于飞行器的异形油箱，其特征在于，所述板形组件(10)还包括第三加强件(12)，所述第三加强件(12)设置在所述板形组件(10)的靠近所述第一容纳腔(20a)的一侧。
6.根据权利要求4所述的用于飞行器的异形油箱，其特征在于，所述板形组件(10)、所述环形舱体件(20)、所述第一端框件(30)和所述第二端框件(40)均由金属材料制成，所述金属材料包括Mg、Al、Ti和高温合金。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的用于飞行器的异形油箱，其特征在于，所述板形组件(10)可采用板材机加工成型、钣金焊接成型、冲压成型、旋压成型或超塑成型工艺方法制成；所述环形舱体件(20)可采用钣金焊接成型、超塑成型或铸造的工艺方法制成；所述第一端框件(30)和所述第二端框件(40)均可采用板材机加工成型方法制成。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的用于飞行器的异形油箱，其特征在于，所述异形油箱的长度根据飞行器所需的油量来调节。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的用于飞行器的异形油箱，其特征在于，所述异形油箱还包括多个第三端框件，各个所述第三端框件均套设在所述组合件的外侧，多个所述第三端框件沿所述组合件的长度方向间隔设置在所述第一端框件(30)和所述第二端框件(40)之间。
10.根据权利要求1至6中任一项所述的用于飞行器的异形油箱，其特征在于，所述板形组件(10)的壁厚和/或所述环形舱体件(20)的壁厚根据油箱的压力来确定，所述板形组件(10)的壁厚范围和/或所述环形舱体件(20)的壁厚范围为1mm至8mm。
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