CN109677635A

CN109677635A - 一种嵌入式承力贮箱壳体

Info

Publication number: CN109677635A
Application number: CN201910028412.9A
Authority: CN
Inventors: 黄立钠; 邱中华; 朱文杰; 庞海红; 周正潮; 景育; 陈志坚; 刘志杰; 晏飞; 王婷婷; 乔艳伟; 程宏川
Original assignee: Shanghai Institute of Space Propulsion
Current assignee: Shanghai Institute of Space Propulsion
Priority date: 2019-01-11
Filing date: 2019-01-11
Publication date: 2019-04-26

Abstract

本发明提供了一种嵌入式承力贮箱壳体，包括：法兰段、设于法兰段顶部的气口、设于法兰段底部的液口、设于法兰段两侧的两只球壳、设于气口外侧的气嘴和设于液口外侧的液嘴。本发明的嵌入式承力贮箱壳体，为首次选用垂直法兰结构，可满足系统嵌入式安装要求；法兰安装面为缺口设计经结构优化，可以满足飞行器飞行主动段考核要求；气液嘴与法兰同面，经局部设计，可既满足气液嘴的功能要求，又有利于推进剂管理装置的集成设计。

Description

一种嵌入式承力贮箱壳体

技术领域

本发明涉及航空航天技术领域，具体地，涉及一种可嵌入飞行器舱段内且可承受飞行器发射主动段过载的嵌入式承力贮箱壳体。

背景技术

飞行器根据其任务特点，整个舱段结构要求贮箱满足法兰垂直安装，贮箱气液嘴与法兰在同一平面内。该结构在目前国内现有的航天器中未见选用，类似功能结构有多星上面级，但其结构侧重于舱段与贮箱的集成设计，通过支撑结构件将贮箱壳体焊接成一个整体，与本文介绍的结构不同；国外的相关文献资料也未见有此报道，只有类似国内多星上面级的结构，如俄罗斯天顶号运载火箭的上面级。嵌入式承力贮箱在国内和国外均属于创新结构。

目前，国内现有的贮箱安装主要分为箍带、拉杆、赤道法兰、裙法兰等结构，其中箍带安装结构多用于小型贮箱，贮箱体积一般不超过100L；拉杆结构根据文献报道，一般被大型探测器选用，如探月一期、探月二期中的月球着陆器就选用了底座法兰和拉杆结构，该结构在贮箱重量、飞行器减重中作用明显，但是贮箱不参与整个舱段力的传递；赤道法兰安装结构因为比较符合贮箱力传递的要求，且与贮箱内管理装置不干涉，因此被较多选用；裙法兰结构在国外贮箱中应用较多，国内近年来也逐渐应用到产品中，该结构的法兰有的为金属法兰结构、也有复合法兰结构，但是否可以应用还与结构的安装有关。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种嵌入式承力贮箱壳体。

根据本发明提供的一种嵌入式承力贮箱壳体，包括：法兰段5、设于法兰段5顶部的气口1、设于法兰段5底部的液口2、设于法兰段5两侧的两只球壳6、设于气口1外侧的气嘴3和设于液口2外侧的液嘴4。

较佳的，所述的法兰段5呈变壁厚的圆柱形结构，所述的圆柱形结构的壁厚变化范围一般为基础壁厚的1.0倍～1.2倍。

较佳的，所述的圆柱形结构上保留一圈法兰盘，法兰盘包括均匀分布的法兰耳片与法兰底部的加强筋。

较佳的，所述法兰耳片中最上端的法兰耳片位置为气口1位置，所述气口1位置的法兰耳片、加强筋铣平并与圆柱形结构同高，圆柱形结构在所述气口1位置处开孔。

较佳的，所述法兰耳片中最下端的法兰耳片位置为液口2位置，所述液口2位置的法兰耳片、加强筋铣平并与圆柱形结构同高，圆柱形结构在所述液口2位置处开孔。

较佳的，所述的法兰耳片均设置有安装孔，用以与飞行器舱段连接。

较佳的，所述的气口1外径不小于气嘴3通径的1.2倍，但不大于18mm，长度不短于20mm。

较佳的，所述的液口1外径不小于液嘴3通径的1.2倍，但不大于18mm，长度不短于20mm。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

(1)本发明的嵌入式承力贮箱壳体，为首次选用垂直法兰结构，可满足系统嵌入式安装要求；

(2)本发明的嵌入式承力贮箱壳体，法兰安装面为缺口设计经结构优化，可以满足飞行器飞行主动段考核要求；

(3)本发明的嵌入式承力贮箱壳体，气液嘴与法兰同面，经局部设计，可既满足气液嘴的功能要求，又有利于推进剂管理装置的集成设计。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1和图2所示，本发明提供的一种嵌入式承力贮箱壳体，包括：法兰段5、设于法兰段5顶部的气口1、设于法兰段5底部的液口2、设于法兰段5两侧的两只球壳6、设于气口1外侧的气嘴3和设于液口2外侧的液嘴4。

法兰段5主体是一个变壁厚的短圆柱形结构，所述的短圆柱形结构高度依据实际工作需要而确定，一般设定为：50mm～150mm，所述的短圆柱形壁厚变化范围一般为基础壁厚的1.0倍～1.2倍。

所述的圆柱形结构上保留一圈法兰盘，法兰盘的厚度由所受的承力载荷决定，法兰盘的表现形式为均布的法兰耳片与法兰底部加强筋组合结构，法兰盘耳片数量一般设定为：12～36之间的偶数，加强筋的厚度一般高于圆柱段3mm～5mm。

所述偶数个法兰耳片中最上端的耳片位置被确定为气口1位置，所述气口1位置要求铣平该处法兰和加强筋与圆柱段同高，加强筋铣平的宽度一般为法兰厚度的8～10倍，要求在所述的气口位置对圆柱段开孔，开孔的直径由贮箱的气嘴3通径确定，一般为气嘴3通径的5倍。

所述偶数个法兰耳片中最下端的耳片位置被确定为液口2位置，所述液口2位置要求铣平该处法兰和加强筋与圆柱段同高，加强筋铣平的宽度一般为法兰厚度的8～10倍，要求在所述的液口位置对圆柱段开孔，开孔的直径由贮箱的液嘴4通径确定，一般为液嘴4通径的5倍。

所述的法兰耳片均设置同一节圆的通孔与飞行器舱段连接，连接方式推荐选用销子螺栓连接，安装孔从液口向气口依此编号(顺时针A1(N)、A2(N-1)、A3(N-2)、……、A(N-2)3、A(N-1)2、A(N)1；逆时针B1(N)、B2(N-1)、B3(N-2)、……、B(N-2)3、B(N-1)2、B(N)1),规定离气液口最近的左右两侧各5个安装孔(A1(N)、A2(N-1)、A3(N-2)、A4(N-3)、A5(N-4)、A(N-4)5、A(N-3)4、A(N-2)3、A(N-1)2、A(N)1、B1(N)、B2(N-1)、B3(N-2)、B4(N-3)、B5(N-4)、B(N-4)5、B(N-3)4、B(N-2)3、B(N-1)2、B(N)1)公差要求为：0～0.03mm，其余安装孔公差要求为：0～0.10mm。

所述的气口1管子外径要求不小于气嘴3通径的1.2倍，但不大于18mm，长度不短于20mm，建议30mm以内。所述的液口1管子外径要求不小于液嘴3通径的1.2倍，但不大于18mm，长度不短于20mm，建议30mm以内。

所述法兰段5材料选为TC4钛合金材料，可以选用模锻加机加工等传统工艺或选用粉末冶金成型工艺，成型满足设计要求的变壁厚圆柱段、花瓣法兰以及局部开孔的结构。

所述气口1、液口2材料选为TC4钛合金材料，选用机加工成型，因为后续与气嘴3、液嘴4焊接，要求气口1、液口2对应伸长管子外径不大于18mm，长度不短于20mm，长度建议30mm以内。

所述法兰段5与气口1、液口2连接方式为电子束焊接，通过电子束焊枪与真空舱段平台的联动，对圆柱段局部小圆孔对接缝自动焊接，焊缝系数不小于0.9。

所述球壳6材料选为TC4钛合金材料，采用超塑旋压成型，口部与法兰段5两侧可对接。

所述法兰段5与两只球壳6连接方式为电子束焊接，焊缝系数不小于0.9。

所述气嘴3、液嘴4材料选为TC4钛合金材料，选用机加工成型，因为后续与气口1、液口2焊接，要求气嘴3、液嘴4对应伸长管子外径不大于18mm，长度不短于20mm，长度建议30mm以内。

所述气嘴3、液嘴4与气口1、液口2连接方式为管焊，焊缝系数不小于0.9。

本发明的嵌入式承力贮箱壳体，在工作过程，既需要承受腔体的内压，也需要承受通过法兰传递的外部过载。结构设计上通过三段式结构将功能区、承力主体集中于法兰段。通过法兰段变壁厚、花瓣法兰及加强筋结构增强法兰的承力能力，同时通过连接结构公差控制，分散法兰耳片上的应力分布，使得苛刻的条件下，法兰段不会存在应力集中的情况；气液嘴与法兰在同一平面内，通过控制加强筋开口宽度和柱段开口尺寸匹配计算，得出优化尺寸，不影响整个壳体的承压和承过载能力，气液嘴与气液口焊接相关尺寸按管焊尺寸设计，使得焊接不受法兰影响，焊缝性能优。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims

1.一种嵌入式承力贮箱壳体，其特征在于，包括：法兰段(5)、设于法兰段(5)顶部的气口(1)、设于法兰段(5)底部的液口(2)、设于法兰段(5)两侧的两只球壳(6)、设于气口(1)外侧的气嘴(3)和设于液口(2)外侧的液嘴(4)。

2.根据权利要求1所述的嵌入式承力贮箱壳体，其特征在于，所述的法兰段(5)呈变壁厚的圆柱形结构，所述的圆柱形结构的壁厚变化范围一般为基础壁厚的1.0倍～1.2倍。

3.根据权利要求2所述的嵌入式承力贮箱壳体，其特征在于，所述的圆柱形结构上保留一圈法兰盘，法兰盘包括均匀分布的法兰耳片与法兰底部的加强筋。

4.根据权利要求3所述的嵌入式承力贮箱壳体，其特征在于，所述法兰耳片中最上端的法兰耳片位置为气口(1)位置，所述气口(1)位置的法兰耳片、加强筋铣平并与圆柱形结构同高，圆柱形结构在所述气口(1)位置处开孔。

5.根据权利要求4所述的嵌入式承力贮箱壳体，其特征在于，所述法兰耳片中最下端的法兰耳片位置为液口(2)位置，所述液口(2)位置的法兰耳片、加强筋铣平并与圆柱形结构同高，圆柱形结构在所述液口(2)位置处开孔。

6.根据权利要求5所述的嵌入式承力贮箱壳体，其特征在于，所述的法兰耳片均设置有安装孔，用以与飞行器舱段连接。

7.根据权利要求1所述的嵌入式承力贮箱壳体，其特征在于，所述的气口(1)外径不小于气嘴(3)通径的1.2倍，但不大于18mm，长度不短于20mm。

8.根据权利要求1所述的嵌入式承力贮箱壳体，其特征在于，所述的液口(1)外径不小于液嘴(3)通径的1.2倍，但不大于18mm，长度不短于20mm。