CN109625671B - 一种适用于低温贮箱带环向变形补偿的大刚度防晃结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了属于结构技术领域的一种适用于低温贮箱带环向变形补偿的大刚度防晃结构，包括筒段壁板，所述筒段壁板上固定连接有焊接角片，且焊接角片上固定连接有角撑，所述角撑上固定连接有防晃板。本发明设计新颖，结构合理，整圈防晃板进行分块设计，可以消除拉扯变形，降低脱焊和焊点折痕的风险，同时在防晃板靠近箱体壳体一侧沿半径方向设计了优化槽，在贮箱增压膨胀后，防晃板上的细槽会随箱体张开或闭合，可以补偿防晃板的环向变形，抵消掉变形应力，采用耳片与角撑预先安装，最后进行防晃板的安装方式，不存在安装过程中的变形协调问题，使装配流程和难度大大简化，大刚度防晃板结构设计，可以更有效的降低液体晃动能量。

Description

一种适用于低温贮箱带环向变形补偿的大刚度防晃结构

技术领域

本发明涉及结构技术领域，尤其涉及一种适用于低温贮箱带环向变形补偿的大刚度防晃结构。

背景技术

防晃结构安装在液体贮箱内部，是用于抑制液体晃动运动和改变晃动频率的一种机械装置，防止发生液体晃动频率与控制频率耦合现象。新一代运载火箭采用低温推进剂，贮箱直径从3.5m跨越到5m，与传统防晃板结构相比除晃动载荷外还要经受更大的内压变形及推进剂加注时的低温变形，对于防晃板面板、焊点节点强度都是考验。目前防晃结构主要为以下两种：1、整体环向防晃板应用于大型贮箱壁面的防晃装置，能够增强贮箱结构刚度。是防晃装置与贮箱结合元件，其阻尼值可按迈尔斯公式估算，环板所提供的总阻尼在设计中取平均值，环板钻孔面积达到3％时，阻尼略有增加，当达到6％时，阻尼有所降低。曾用于直径5m贮箱内部，其主要依靠一字型拉条与贮箱内壁焊接连接，环向通过搭接板进行连接。环向防晃装置面板沿环向覆盖面积较大，2、非对称型扇形防晃板布置在箱体横截面上，对箱体的轴线不对称，板面呈现半圆扇形，其设计原理是利用非对称设计使得激励产生传递，将第一阶振型的能量转移到二阶振型上。一阶振型非对称而到二阶振型即为对称，且二阶模态频率为一阶频率的1.95倍。故而非对称扇形防晃板使液体产生高频且对称的频率振型。目前多用于直径3.35米直径的贮箱结构内部，连接方式通过撑板与贮箱壁板焊接连接，以上结构在防晃措施上已经取得显著效果，但是面临新一代运载火箭采用低温推进剂，在加注中箱内热环境降低200℃以上，箱体结构出现收缩变形，箱体轴向变形量可达90mm,径向单边收缩量达到15mm；在充压后，由于箱体刚度不同，变形分布不均匀在防晃结构与贮箱连接处以及放晃结构搭接部分会出现变形不协调问题，会出现防晃板面失稳褶皱，或者焊点及连接结构失效。若防晃结构失效，不仅无法抑制液体晃动，脱落的焊点、螺栓等会在箱内形成多余物，导致飞行失败，为此，我们提出了一种适用于低温贮箱带环向变形补偿的大刚度防晃结构投入使用，用以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出一种适用于低温贮箱带环向变形补偿的大刚度防晃结构。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种适用于低温贮箱带环向变形补偿的大刚度防晃结构，包括筒段壁板，所述筒段壁板上固定连接有焊接角片，且焊接角片上固定连接有角撑，所述角撑上固定连接有防晃板。

优选的，所述焊接角片通过点焊焊接在筒段壁板上，所述焊接角片包括有直角角片和斜角片，所述直角角片与斜角片焊接位置互相垂直。

优选的，所述焊接角片为四组，所述角撑为两组，四组所述焊接角片通过螺栓分别与两组角撑固定连接。

优选的，所述防晃板在靠近筒段壁板一侧沿半径方向设有补偿缝，所述补偿缝长度为120mm，宽度为4mm。

优选的，所述防晃板角度为20度，所述防晃板通过四排铆钉与角撑固定连接。

优选的，所述焊接角片采用可焊接性能好的高强铝合金板材加工而成，所述角撑采用高强铝合金板材加工而成，所述防晃板采用铝合金板材加工而成。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)整圈防晃板进行分块设计，可以消除贮箱箱壁在低温收缩或增压膨胀过程中对防晃板的拉扯变形，减少防晃板扭曲和塑性变形，降低由防晃板受力对箱壁焊点的应力作用，降低脱焊和焊点折痕的风险。

(2)与常规的一体环形防晃板相比，新型防晃板在靠近箱体壳体一侧，沿半径方向设计了优化槽，在贮箱增压膨胀后，防晃板上的细槽会随箱体张开或闭合，可以补偿防晃板的环向变形，抵消掉变形应力。

(3)与常规的环形防晃板装配方式不同，采用耳片与角撑预先安装，最后进行防晃板的安装方式，装配过程中不会产生较大的初始应力，不存在安装过程中的变形协调问题，使装配流程和难度大大简化。

(4)本发明所述的大刚度防晃板结构，由于其结构刚度要高于传统的环形防晃板，对于液体的阻尼更大，可以更有效的降低液体晃动能量，结构具有广泛的适用性，可以用于各种直径的低温贮箱。

附图说明

图1为本发明主视结构示意图；

图2为本发明焊接角片结构示意图；

图3为本发明角撑结构示意图；

图4为本发明防晃板结构示意图。

图5为本发明筒段壁板与焊接角片配合结构示意图。

图中：1、筒段壁板；2、焊接角片；3、角撑；4、防晃板；41、补偿缝。

具体实施方式

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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

请参照图1-图5所示，本发明提供一种技术方案：一种适用于低温贮箱带环向变形补偿的大刚度防晃结构，包括筒段壁板1，所述筒段壁板1上固定连接有焊接角片2，且焊接角片2上固定连接有角撑3，所述角撑3上固定连接有防晃板4。

本实施例中，优选的，所述焊接角片2通过点焊焊接在筒段壁板1上，所述焊接角片2包括有直角角片和斜角片，所述直角角片与斜角片焊接位置互相垂直。

本实施例中，优选的，所述焊接角片2为四组，所述角撑3为两组，四组所述焊接角片2通过螺栓分别与两组角撑2固定连接。

本实施例中，优选的，所述防晃板4在靠近筒段壁板1一侧沿半径方向设有补偿缝41，所述补偿缝41长度为120mm，宽度为4mm。

本实施例中，优选的，所述防晃板4角度为20度，所述防晃板4通过四排铆钉与角撑3固定连接。

本实施例中，优选的，所述焊接角片2采用可焊接性能好的高强铝合金板材加工而成，所述角撑3采用高强铝合金板材加工而成，所述防晃板4采用铝合金板材加工而成。

工作原理：在本发明中，整体防晃结构主要由三部分组成，分别为焊接角片2，角撑3和防晃板4，焊接角片2材料选用可焊接性能好的高强铝合金板材，焊接方式采用点焊，角撑3采用高强铝合金板材加工而成，焊接角片2与角撑3之间采用螺栓连接并打保险，防晃板4采用铝合金板材，与角撑3之间采用铆接方式连接，每块防晃板4与两组角撑3相连，每组角撑3与防晃板4之间采用2排铆钉连接，其中焊接角片2的厚度，与筒壁焊接区域的大小，由具体的液体晃动载荷和贮箱低温、增压等综合作用下，对角片与筒壁连接处产生的应力来决定，角撑3的板材厚度和几何结构尺寸，由防晃板4在液体晃动载荷下产生的应力来优化设计，保证支撑强度和结构效率，防晃板4的厚度和长度由具体液体晃动情况以及需要对其产生的阻尼来决定，结合有限元分析来进行结构优化，防晃板4表面的补偿缝41的宽度和长度，需要结合贮箱增压压力和低温条件下的变形情况来进行相对应的改变，在抵消环形变形对焊点产生的应力同时，保证防晃板4在液体冲击下的强度足够，不会发生强度失效。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种适用于低温贮箱带环向变形补偿的大刚度防晃结构，包括筒段壁板（1），其特征在于：所述筒段壁板（1）上固定连接有焊接角片（2），且焊接角片（2）上固定连接有角撑（3），所述角撑（3）上固定连接有防晃板（4）;所述焊接角片（2）通过点焊焊接在筒段壁板（1）上，所述焊接角片（2）包括有直角角片和斜角片，所述直角角片与斜角片焊接位置互相垂直;所述焊接角片（2）为四组，所述角撑（3）为两组，所述焊接角片（2）通过螺栓与角撑（3）固定连接;所述防晃板（4）在靠近筒段壁板（1）一侧沿半径方向设有补偿缝（41），所述补偿缝（41）长度为120mm，宽度为4mm。

2.根据权利要求1所述的一种适用于低温贮箱带环向变形补偿的大刚度防晃结构，其特征在于：所述防晃板（4）角度为20度，所述防晃板（4）通过四排铆钉与角撑（3）固定连接。

3.根据权利要求2所述的一种适用于低温贮箱带环向变形补偿的大刚度防晃结构，其特征在于：所述焊接角片（2）采用可焊接性能好的高强铝合金板材加工而成，所述角撑（3）采用高强铝合金板材加工而成，所述防晃板（4）采用铝合金板材加工而成。

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