CN109703786A - 液体姿轨控动力系统的主承力结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种液体姿轨控动力系统的主承力结构，包括：倒锥壳体、球窝、轨控发动机的安装支撑结构；所述球窝设置于倒锥壳体的锥壳本体(2)上；所述轨控发动机的安装支撑结构与倒锥壳体相连。本发明主承力结构布局紧凑、功能多、重量轻，可以实现高振动量级下薄壁复合材料压力容器的可靠安装，本发明对大推力、大总冲、高可靠、轻小型化液体姿轨控动力系统具有良好的适应性。

Description

液体姿轨控动力系统的主承力结构

技术领域

本发明涉及航天器技术领域，具体地，涉及一种液体姿轨控动力系统的主承力结构。

背景技术

液体姿轨控动力系统具有高比冲、高精度、可多次启动工作、推力调节范围大的诸多优势，广泛应用于空间推进领域。主承力结构设计是液体姿轨控动力系统总装设计的关键环节，直接关系到系统上述各项技术性能参数的实现、装配测试的工艺性以及使用维护的可行性。

美国和平卫士四级液体姿轨控动力系统采用与舱壁相连的辐射状的金属隔板构建了2台球柱形金属结构表面张力贮箱、1台球形金属高压气瓶和1台轨控发动机的安装支架，同时在结构上预留了较大的操作空间，确保系统长期贮存期间可以方便地更换零部组件。美国MiTEx上面级液体姿轨控动力系统采用复杂的桁架结构将4台球形金属壳体贮箱和1台“德尔塔-5”轨控发动机集成在一个模块上，贮箱呈“十”字布局，确保系统质心基本处于结构中心位置。美国卡西尼号土星探测器液体姿轨控动力系统布置在一个圆筒形的主承力结构上，液体动力系统可自成一个独立的总装模块，同时还为高增益天线提供了安装接口。俄罗斯南方设计局RD-868远地点液体姿轨控动力系统采用桁架和隔板组合构建了一个“飞碟”形的主承力框架，主发动机安装在中心部位，贮箱、阀门及管路布置在“飞碟”的上下锥面上。

随着航天事业的蓬勃发展，液体姿轨控动力系统在大推力、大总冲、高可靠、轻小型化、模块化等方面显示出极为迫切的技术需求。为满足上述技术需求，提高发动机工作压力、采用薄壁复合材料压力容器、大量采用集成化模块化的结构设计思想已成为液体姿轨控动力系统的重要发展方向。

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液体姿轨控动力系统的主承力结构。

根据本发明提供的一种液体姿轨控动力系统的主承力结构，包括：倒锥壳体、球窝、轨控发动机的安装支撑结构；

所述球窝设置于倒锥壳体的锥壳本体上；

所述轨控发动机的安装支撑结构与倒锥壳体相连。

优选地，所述倒锥壳体包括：大端的翻边法兰、锥壳本体和倒锥壳体小端面；所述大端的翻边法兰、锥壳本体和倒锥壳体小端面依次相连；

所述大端的翻边法兰包括：连接翻边或连接法兰。

优选地，所述球窝设置于锥壳本体与大端的翻边法兰相连接的一端、锥壳本体与倒锥壳体小端面相连接的一端之间的中间位置；

所述锥壳本体上设置有球窝安装孔，球窝安装孔边沿与所述球窝的球窝法兰及球窝的球窝本体依次连接。

优选地，所述球窝包括：球窝法兰和球窝本体；所述球窝本体通过球窝法兰与倒锥壳体的锥壳本体连接。

优选地，所述球窝法兰和球窝本体采用铺层结构一体成型；

所述球窝法兰为外翻法兰。

优选地，所述倒锥壳体小端面与翻边法兰、锥壳本体采用铺层结构一体成型。

优选地，所述轨控发动机的安装支撑结构包括：加强框、上蒙皮；所述加强框为一个截面形状为C字形的矩形构件，加强框的下端面与倒锥壳体的倒锥壳体小端面连接，加强框的上端面与上蒙皮连接。

优选地，所述轨控发动机的安装支撑结构包括：蜂窝板；所述蜂窝板的一端插入加强框的C字形凹槽内，蜂窝板的另一端与倒锥壳体的锥壳本体连接；

蜂窝板的上表面与加强框的上端面平齐，并与上蒙皮连接；

蜂窝板的下表面与加强框的下端面平齐，并与倒锥壳体的倒锥壳体小端面连接。

优选地，所述倒锥壳体还包括：安装接口；

所述安装接口设置于倒锥壳体的锥壳本体上。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明主承力结构布局紧凑、功能多、重量轻，可以实现高振动量级，即三向20g随机振动下薄壁复合材料压力容器的可靠安装；

2、本发明对大推力、大总冲、高可靠、轻小型化液体姿轨控动力系统具有良好的适应性。

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为本发明的液体姿轨控动力系统的复合材料主承力结构的大端局部示意图。

图2为本发明的液体姿轨控动力系统的复合材料主承力结构的小端面局部示意图。

图3为本发明的液体姿轨控动力系统的复合材料主承力结构的装配示意图。

图中示出：

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所示，根据本发明提供的一种液体姿轨控动力系统的主承力结构，包括：倒锥壳体、球窝、轨控发动机的安装支撑结构；

所述球窝设置于倒锥壳体的锥壳本体2上；

所述轨控发动机的安装支撑结构与倒锥壳体相连。

如图2和图3所示，具体地，所述倒锥壳体包括：大端的翻边法兰1、锥壳本体2和倒锥壳体小端面5；所述大端的翻边法兰1、锥壳本体2和倒锥壳体小端面5依次相连；进一步地，所述大端的翻边法兰1中的“大”是相对倒锥壳体小端面5中的“小”而言。

所述大端的翻边法兰1包括：连接翻边或连接法兰。

进一步地，所述倒锥壳体为主承力结构的主体结构，倒锥壳体采用复合材料铺层结构，倒锥壳体的大端可根据舱体形状设置连接翻边或法兰，用于主承力结构与舱体的对接。倒锥壳体的小端为一个平面，作为轨控发动机的安装面，根据发动机的外形特征，开口或开孔。

具体地，所述球窝设置于锥壳本体2与大端的翻边法兰1相连接的一端、锥壳本体2与倒锥壳体小端面5相连接的一端之间的中间位置；

所述锥壳本体2上设置有球窝安装孔，球窝安装孔边沿与所述球窝的球窝法兰3及球窝的球窝本体4依次连接。

具体地，所述球窝包括：球窝法兰3和球窝本体4；所述球窝本体4通过球窝法兰3与倒锥壳体的锥壳本体2连接。

具体地，所述球窝法兰3和球窝本体4采用铺层结构一体成型；

所述球窝法兰3为外翻法兰。

具体地，所述倒锥壳体小端面5与翻边法兰1、锥壳本体2采用铺层结构一体成型。

如图2所示，具体地，所述轨控发动机的安装支撑结构包括：加强框6、上蒙皮7；所述加强框6为一个截面形状为C字形的矩形构件，加强框6的下端面与倒锥壳体的倒锥壳体小端面5连接，加强框6的上端面与上蒙皮7连接。

具体地，所述轨控发动机的安装支撑结构包括：蜂窝板8；所述蜂窝板8的一端插入加强框6的C字形凹槽内，蜂窝板8的另一端与倒锥壳体的锥壳本体2连接；进一步地，通过调整轨控发动机的安装支撑结构得局部结构可适应不同的轨控发动机推力载荷条件。

蜂窝板8的上表面与加强框6的上端面平齐，并与上蒙皮7连接；

蜂窝板8的下表面与加强框6的下端面平齐，并与倒锥壳体的倒锥壳体小端面5连接。

具体地，所述倒锥壳体还包括：安装接口9；

所述安装接口9设置于倒锥壳体的锥壳本体2上。

进一步地，液体姿轨控动力系统的主承力结构的各零部件连接部位的连接方式包括：胶接方式，胶接加螺接方式。

下面通过优选例，对本发明进行更为具体地说明。

实施例1：

如图1所示，是本发明主承力结构大端局部视图。大端主要结构特征包括与倒锥壳体翻边法兰(1)、锥壳本体(2)、球窝法兰(3)、球窝本体(4)组成。倒锥壳体翻边法兰(1)是液体姿轨控动力系统与舱体之间的安装接口(9)，可适应舱体型面设计成正锥形或圆柱形，法兰小孔一般为Φ5.5mm，间距60～90mm。锥壳本体(2)主要提供球窝的安装支撑，其他区域可根据总装布局的需要，布置卡箍、支架等零件，是姿轨控动力系统其他组件(各类阀门、电缆、管路等)的安装接口(9)，锥壳本体的锥角一般为100±20゜。翻边法兰(1)、锥壳本体(2)采用铺层结构的复合材料一体成型。球窝法兰(3)是球窝与倒锥壳体的连接接口，其尺寸根据弹体轴向过载条件和系统总湿重计算得出。球窝本体(4)为薄壁压力容器(贮箱或气瓶)的安装接口(9)，应确保压力容器的重心位于球窝内部。球窝法兰(3)和球窝本体(4)采用铺层结构的复合材料一体成型。

如图2所示，是本发明主承力结构小端面局部视图。小端面主要结构特征包括与倒锥壳体小端面(5)、加强框(6)、上蒙皮(7)、蜂窝板(8)组成。倒锥壳体小端面(5)与翻边法兰(1)、锥壳本体(2)采用铺层结构的复合材料一体成型。加强框(6)为一个截面形状为“C”字形的矩形复合材料构件，其下端面与倒锥壳体小端面(5)连接，上端面与上蒙皮(7)连接。蜂窝板(8)一端插入加强框(6)，一端与锥壳本体(2)连接，其上下两个面与加强框(6)的上下端面平齐，并整体与倒锥壳体小端面(5)和上蒙皮(7)连接。上述零件共同组装成主发动机的安装接口(9)。根据轨控发动机的推力大小、启动关机特性等参数，合理设计强框的宽度、蜂窝板的厚度以及上蒙皮与倒锥壳体的贴合面积等参数，确保额定载荷下的安装面的最大变形量应小于0.5mm，残余变形量小于0.05mm。

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。

本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。

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 (9)

1.一种液体姿轨控动力系统的主承力结构，其特征在于，包括：倒锥壳体、球窝、轨控发动机的安装支撑结构；

所述球窝设置于倒锥壳体的锥壳本体(2)上；

所述轨控发动机的安装支撑结构与倒锥壳体相连。

2.根据权利要求1所述的液体姿轨控动力系统的主承力结构，其特征在于，所述倒锥壳体包括：大端的翻边法兰(1)、锥壳本体(2)和倒锥壳体小端面(5)；所述大端的翻边法兰(1)、锥壳本体(2)和倒锥壳体小端面(5)依次相连；

所述大端的翻边法兰(1)包括：连接翻边或连接法兰。

3.根据权利要求2所述的液体姿轨控动力系统的主承力结构，其特征在于，所述球窝设置于锥壳本体(2)与大端的翻边法兰(1)相连接的一端、锥壳本体(2)与倒锥壳体小端面(5)相连接的一端之间的中间位置；

所述锥壳本体(2)上设置有球窝安装孔，球窝安装孔边沿与所述球窝的球窝法兰(3)及球窝的球窝本体(4)依次连接。

4.根据权利要求1所述的液体姿轨控动力系统的主承力结构，其特征在于，所述球窝包括：球窝法兰(3)和球窝本体(4)；所述球窝本体(4)通过球窝法兰(3)与倒锥壳体的锥壳本体(2)连接。

5.根据权利要求4所述的液体姿轨控动力系统的主承力结构，其特征在于，所述球窝法兰(3)和球窝本体(4)采用铺层结构一体成型；

所述球窝法兰(3)为外翻法兰。

6.根据权利要求2所述的液体姿轨控动力系统的主承力结构，其特征在于，所述倒锥壳体小端面(5)与翻边法兰(1)、锥壳本体(2)采用铺层结构一体成型。

7.根据权利要求1所述的液体姿轨控动力系统的主承力结构，其特征在于，所述轨控发动机的安装支撑结构包括：加强框(6)、上蒙皮(7)；所述加强框(6)为一个截面形状为C字形的矩形构件，加强框(6)的下端面与倒锥壳体的倒锥壳体小端面(5)连接，加强框(6)的上端面与上蒙皮(7)连接。

8.根据权利要求7所述的液体姿轨控动力系统的主承力结构，其特征在于，所述轨控发动机的安装支撑结构包括：蜂窝板(8)；所述蜂窝板(8)的一端插入加强框(6)的C字形凹槽内，蜂窝板(8)的另一端与倒锥壳体的锥壳本体(2)连接；

蜂窝板(8)的上表面与加强框(6)的上端面平齐，并与上蒙皮(7)连接；

蜂窝板(8)的下表面与加强框(6)的下端面平齐，并与倒锥壳体的倒锥壳体小端面(5)连接。

9.根据权利要求1所述的液体姿轨控动力系统的主承力结构，其特征在于，所述倒锥壳体还包括：安装接口(9)；

所述安装接口(9)设置于倒锥壳体的锥壳本体(2)上。