CN109209683A - 固体火箭发动机喷管双柔性接头结构设计 - Google Patents

Abstract

本文设计了一种新式的的柔性喷管接头。此接头包括扩散段法兰，前法兰，后法兰，前接头和后接头。前法兰和扩散段法兰之间通过后法兰，前接头和后接头相连接。首先后接头的一端与扩散段法兰相连接，后接头的另外一端通过后法兰与前法兰相连接；前法兰的另一端在与前接头连接。前接头与后接头都是由弹性件组和增强件组层层粘结而成。双柔性接头的优点在于可以实现全轴摆动且摆动性能重复性比较好，满足较大的侧向力要求。双接头的摆动力矩更小，在减小伺服机构研制难度的同时，使用较小的伺服机便可满足正常工作需求，且可减轻喷管质量。双柔性接头位置的特点还可以缓解摆心的漂移。

Description

固体火箭发动机喷管双柔性接头结构设计

技术领域

本发明涉及固体火箭发动机喷管柔性接头的结构设计领域，具体是指一种新式双柔性接头的火箭发动机喷管结构的设计。

背景技术

喷管是固体火箭发动机推力向量控制系统的重要组成部分，其作用是将燃烧产物的热能转化为高速射流的动能，从而提供可控轴向和侧向飞行推力，是发动机能量转换产生推力的装置。柔性喷管由活动体，固定体，上接头，下接头以及作动器组成。接头是喷管实现摆动的部件。两个变截面柔性接头之间以活动体为连接，分别与上，下法兰连接。两个接头在连接固定体和活动体的同时还是载荷支撑件。应喷管系统工作性能的要求，上、下柔性接头的橡胶弹性件和金属增强件都需要设计成具有公共几何转动中心，且半径不同的球形截面环，按照相应的尺寸，橡胶层与金属增强件交替叠加粘结而成。整个喷管系统在作动器的动作下，带动活动体以一定的角度拉伸或压缩柔性接头，从而实现全轴摆动运动。

发明内容

本发明的目的在于改善单柔性接头的技术缺陷，双柔性接头的全轴摆动性能更好，做动力矩更小，质量更轻，缓解单柔性喷管的大摆心漂移，弹塑性更好，承载各向负载的能力更强。为了实现上述比单柔性接头更好的性能，对喷管接头做如下结构调整。

接头由弹性组件和刚性组件层层交叉粘结而成，且具有公共几何转动中心，与两个柔性接头直接接触的后法兰为了与接头紧密配合连接，将与最外层的接头有相同的几何中心。此设计首先将前法兰与前接头粘结面的几何中心置于喷管与火箭尾部连接方向，且在喷管几何中心线上。前接头组件对称中心线与喷管几何中心线之间的夹角为40°，前接头与后接头之间由后法兰过渡连接，后法兰与前接头的接触面也呈弧面，与前接头具有相同的几何中，再将后接头与后法兰粘结面的几何中心置于喷管尾部活动体方向，且在喷管几何中心线上，后接头组件对称中心线与喷管几何中心线之间的夹角为50°，后法兰与后接头的接触面呈弧面，与后接头具有相同的几何中心，扩散段法兰与后接头的接触面为弧面，此弧面与接头具有相同的几何中心。

前法兰与前接头最外层的组件的外直径直接发生接触。此接触面的直径与前接头最外层组件的外直径相等。前法兰上部分结构设计呈现碗状，对前接头起托举作用。

前接头一共由七层弹性件和六层刚性件交叉叠加粘结而成。接头粘接的第一层以弹性件起始，每层接头组件的厚度相同。成型的接头结构呈现最内层和最外层都是弹性件。以最外层接头起始，由于每层接头组件层相互叠加，则相邻接头组件层中，直径较大的接头层的外直径与直径较小的接头层的内直径相等。每层接头层按照厚度相等的规律逐层递减。

后法兰的下端与前接头的最内层的接头组件层(弹性组件)直接接触，则后法兰下端接触面的外直径和前接头最内层的接头组件层的内直径相同。下端接触体的厚度不宜过厚，应与后接头的侧端面保持一定的距离。后法兰上端与后接头的最外层的接头组件直接发生接触。则上端接触面的直径与后接头的最外层的接头组件外直径相等。

后接头一共由五层弹性件和四层刚性件交叉叠加粘结而成。

扩散段法兰上端后接头最内层接头组件直接接触。其接触面直径与后接头最内层接头组件的内直径相等。

附图说明

图1为一种用于固体火箭发动机柔性喷管的柔性接头总成的结构示意图

图2为图1中的后接头的结构示意图

图3为图1中的后法兰的结构示意图

图4为图1中的前接头的结构示意图

图5为图1中的前法兰的结构示意图

图6为图1中的扩散段法兰的结构示意图

具体实施方式

图1所示的用于固体火箭发动机柔性喷管的双柔性接头总成，包括后接头体A，后法兰体B，前接头体C，前法兰体D和扩散段法兰体E。扩散段法兰体A和后法兰体B通过后接头体A相连。

图2是后接头体A。后接头体A由相匹配的9层同心球环状天然橡胶弹性薄片和刚性增强件A1-A9呈交互间隔粘接组成，各个薄片的厚度均为1.5mm，后接头各层组件的球心在扩散段法兰体D的中心线上，后接头各层组件下边缘与球心的连线和扩散段法兰体D中心线的夹角为50°。

图3是后法兰体B。后法兰上端B1与后接头体A9粘结。后法兰B1与弹性薄片A9的接触面具有和弹性薄片A9相同的球心，且后法兰B1的内直径和弹性薄片A9的外直径相等。后法兰下端B2与前接头的弹性薄片C13粘结。后法兰B2与弹性薄片C13的接触面具有和弹性薄片C13相同的球心，且后法兰B2的外直径和弹性薄片A9的内直径相等。

图4是前接头体C。前接头体C是由相匹配的13层同心球环状天然橡胶弹性薄片和刚性增强件C1-C13呈交互间隔粘接组成，各个薄片的厚度均为1.5mm，前接头各层组件的球心在扩散段法兰体D的中心线上，前接头各层组件下边缘与球心连线和扩散段法兰体D中心线的夹角为40°。

图5是前法兰体D。前法兰体D的上端对前接头体C起托举作用。前法兰体D与前接头C最外层的弹性薄片C1直接接触。前法兰体D的接触面与弹性薄片C1相同的球心。前法兰体D的接触面的直径与前接头C最外层的弹性薄片C1的外直径相等。

图6是扩散段法兰E。扩散段法兰E上端与后接头体A的最内层柔性薄片A1直接接触。扩散段法兰E上端接触面与后接头体A的最内层柔性薄片A1有相同的球心，且扩散段法兰E上端接触面的直径与后接头体A的最内层柔性薄片A1的外直径相等。

Claims (8)

1.一种用于固体火箭发动机柔性喷管的双柔性接头总成，一种用于固体火箭发动机柔性喷管的双柔性接头总成。包括后接头体(A)，后法兰体(B)，前接头体(C)以及前法兰(D)，和扩散段法兰体(E)。

2.后法兰体(B)与扩散段法兰体(E)之间通过后接头体(A)相连，后接头体(A)其特征在于：后接头由相匹配的5层同心球环状弹性薄片和4层相匹配的同心球环状刚性薄片交互间隔粘接组成。

3.后法兰体(B)与前法兰体(D)之间通过前接头体(C)相连。前接头体(C)其特征在于：后接头由相匹配的7层同心球环状弹性薄片和6层相匹配的同心球环状刚性薄片交互间隔粘接组成。

4.根据权利要求1或2所述的用于固体火箭发动机柔性喷管的柔性后接头总成，其特征在于：所述后接头体(A)中各弹性薄片和刚性薄片的厚度为1.5mm，后接头各层组件的球心在扩散段法兰体(D)的中心线上，后接头各层组件下边缘与球心的连线和扩散段法兰体(D)中心线的夹角为50°。

5.根据权利要求1或3所述的用于固体火箭发动机柔性喷管的柔性前接头总成，其特征在于：所述前接头体(C)中各弹性薄片和刚性薄片的厚度为1.5mm，前接头各层组件的球心在扩散段法兰体(D)的中心线上，前接头各层组件下边缘与球心连线和扩散段法兰体(D)中心线的夹角为40°。

6.根据权利要求1所述，后法兰体(B)的特征在于：后法兰(B1)与弹性薄片(A9)的接触面具有和弹性薄片(A9)相同的球心，且后法兰(B1)的内直径和弹性薄片(A9)的外直径相等。后法兰下端(B2)与前接头的弹性薄片(C13)粘结。后法兰(B2)与弹性薄片(C13)的接触面具有和弹性薄片(C13)相同的球心，且后法兰(B2)的外直径和弹性薄片(A9)的内直径相等。

7.根据权利要求1所述，前法兰体(D)的上端对前接头体(C)起托举作用。前法兰体(D)与前接头(C)最外层的弹性薄片(C1)直接接触。前法兰体(D)的接触面与弹性薄片(C1)相同的球心。前法兰体(D)的接触面的直径与前接头(C)最外层的弹性薄片(C1)的外直径相等。

8.根据权利要求1所述，扩散段法兰(E)上端与后接头体(A)的最内层柔性薄片(A1)直接接触。扩散段法兰(E)上端接触面与后接头体(A)的最内层柔性薄片(A1)有相同的球心，且扩散段法兰(E)上端接触面的直径与后接头体(A)的最内层柔性薄片(A1)的外直径相等。