CN109724110B - 一种具有装配补偿功能的助推器安装支撑结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有装配补偿功能的助推器安装支撑结构，包括第一支撑块、第二支撑块、第三支撑块、弹性装置组成。三个支撑块内部集成滑轨相连接，第一支撑块与第二支撑块之间为斜面接触，第二支撑块与第三支撑块之间为水平面接触。使用时该支撑结构周向均布粘接于燃烧室内壁面。助推器推入后，第一支撑块沿滑轨斜面向圆心方向收缩将助推器头部抱紧。支撑结构承受径向载荷时，由于摩擦自锁，结构始终处于稳定抱紧状态。弹簧的剩余行程可以补偿助推器的轴向热膨胀。本发明具有装配补偿能力和热膨胀补偿能力，在液体冲压发动机塞入式助推器具有直径偏差且又要满足换装要求时，可作为其安装支撑结构。

Description

一种具有装配补偿功能的助推器安装支撑结构

技术领域

本发明属于液体冲压发动机技术领域，主要用于塞入式助推器在液体冲压发动机燃烧室内的安装和支撑，具体是一种具有装配补偿功能的助推器安装支撑结构，可作为一定直径偏差的塞入式助推器在液体冲压发动机内安装固定时的装配间隙补偿，且具有适应一定的轴向热膨胀的补偿功能。

背景技术

某型号产品采用固体火箭发动机作为助推级动力装置，其中的某一级固体火箭发动机(以下简称助推器)塞入到液体冲压发动机燃烧室内部，在发动机转级过程中助推器从冲压发动机燃烧室中退出，实现与整机产品的分离。整机产品总装时，助推器使用专用安装车调整轴线对准冲压发动机轴线后推入冲压发动机内部，其头部需要有专用支撑结构进行支撑和固定，保证飞行过程中承受相应载荷的情况下满足推力输出要求。

传统固定支撑结构一般为固定支撑块，每台冲压发动机燃烧室内部支撑结构只能适应一台助推器安装的缺点，且在安装前需要根据助推器直径进行支撑结构的装配修磨，不能适应助推器拆换后因直径差异导致助推器与支撑结构存在间隙。

由于助推器本身存在一定的制造直径偏差且有换装要求，冲压发动机内部的支撑结构必须能够在安装过程中补偿不同直径偏差的助推器的安装间隙，即安装到位后能够将助推器头部有效抱紧。因此需要设计一种具有装配补偿功能的支撑结构满足上述要求。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的缺点，提供一种具有装配补偿功能的助推器安装支撑结构，通过可以相对滑动的支撑结构，保证助推器安装到位时头部能够有效抱紧，按照用户需求进行助推器更换时，支撑结构能够适应不同直径偏差的助推器的安装。

本发明的技术解决方案为：一种具有装配补偿功能的助推器安装支撑结构，用于塞入式助推器在液体冲压发动机燃烧室内的安装和支撑，其特征在于：包括第一支撑块、第二支撑块、第三支撑块、弹性装置，其中：

第三支撑块沿燃烧室轴线方向固定于燃烧室的内壁面上，其靠近燃烧室头部一端端部朝向燃烧室轴线方向设有凸块，第二支撑块放置在第三支撑块上，弹性装置一端与第三支撑块的凸块固定连接，另一端与第二支撑块的端部连接，第二支撑块与第三支撑块通过滑轨连接，第二支撑块与第三支撑块的接触面与燃烧室轴线方向平行，第二支撑块受到沿燃烧室轴向载荷时，相对于第三支撑块向燃烧室头部滑动；第一支撑块与第二支撑块也通过滑轨连接，第一支撑块与第二支撑的接触面与燃烧室轴线方向形成一定夹角，第一支撑块靠近燃烧室头部一端端部朝向燃烧室轴线方向设有滚轮，助推器抵住滚轮推入燃烧室头部时，第一支撑块受到沿燃烧室轴向载荷，同时沿燃烧室轴向和径向滑动，将助推器头部抱紧。

所述第一支撑块、第二支撑块接触面的斜面角度小于两支撑块滑轨材料的最大摩擦自锁角。

所述弹性装置为金属螺旋弹簧或者板簧。

所述助推器安装支撑结构还包括限位装置，用于初始时限定第二支撑块与第三支撑块的相对位置，使得弹性装置处于压缩状态，保证在支撑结构将助推器头部抱紧之前，第二支撑块和第三支撑块之间不会发生相对滑动。

所述限位装置为长螺钉，该长螺钉穿过第三支撑块凸块上的通孔，末端螺纹部分与第二支撑块端部螺纹进行螺接。

所述弹性装置的最小压缩长度适当，使得助推器径向完全抱紧后，仍然存在一定的压缩行程，用于补偿助推器工作时的轴向热膨胀。

所述第一支撑块与第二支撑块之间，第二支撑块、第三支撑块之间的滑轨结构为T型头和T型槽匹配结构。

所述第一支撑块、第二支撑块、第三支撑块本体采用非金属材料，滑轨采用金属材料制成。

所述第一支撑块、第二支撑块、第三支撑块本体和滑轨采用胶粘方式进行连接。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)、本发明提供的安装支撑结构利用斜面自锁原理，能够在安装过程中补偿不同直径偏差的助推器的安装间隙，保证抱紧状态不会失效。

(2)、本发明初始状态时，弹性装置处于预压缩状态，保证在支撑结构将助推器头部抱紧之前，第二支撑块和第三支撑块之间不会发生相对滑动，提高了结构稳定性；

(3)、本发明在支撑结构承受径向载荷时，第一支撑块和第二支撑块由于摩擦自锁，不会发生相对滑动导致抱紧状态的失效。

(4)、本发明当助推器头部被抱紧后，若还未到达轴向最终安装位置，此时第二支撑块和第二支撑块才发生相对滑动，弹性装置进一步被压缩直到安装到位，安装到位后的弹簧力给第二支撑块提供了一定的楔紧力，进一步提高了结构的稳定性；

(5)、本发明的弹性装置最小压缩长度适当，使得助推器抱紧安装之后仍存在一定的行程，该行程可以补偿助推器工作时的轴向热膨胀。

附图说明

图1是本发明实施例在助推器处于初始位置时的示意图；

图2是本发明实施例在助推器处于安装到位位置时的示意图；

图3是本发明实施例支撑结构骨架滑轨结构示意图；

图4是本发明实施例支撑结构在燃烧室内安装布局示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

如图1、2所示，本发明提供了一种具有装配补偿功能的助推器安装支撑结构，用于塞入式助推器在液体冲压发动机燃烧室内的安装和支撑，该安装支撑结构包括第一支撑块1、第二支撑块2、第三支撑块3、弹性装置5，其中：

第三支撑块3沿燃烧室轴线方向固定于燃烧室的内壁面上，其靠近燃烧室头部一端端部朝向燃烧室轴线方向设有凸块，第二支撑块2放置在第三支撑块3上，弹性装置5一端与第三支撑块3的凸块固定连接，另一端与第二支撑块2的端部连接，第二支撑块2与第三支撑块3通过滑轨连接，第二支撑块2与第三支撑块3的接触面与燃烧室轴线方向平行，第二支撑块2受到沿燃烧室轴向载荷时，相对于第三支撑块3向燃烧室头部滑动；第一支撑块1 与第二支撑块2也通过滑轨连接，第一支撑块1与第二支撑2的接触面与燃烧室轴线方向形成一定夹角，第一支撑块1靠近燃烧室头部一端端部朝向燃烧室轴线方向设有滚轮4，助推器抵住滚轮4推入燃烧室头部时，第一支撑块1受到沿燃烧室轴向载荷，同时沿燃烧室轴向和径向滑动，将助推器头部抱紧。

所述第一支撑块1、第二支撑块2接触面的斜面角度小于两支撑块滑轨材料的最大摩擦自锁角，保证抱紧后第一支撑块1与第二支撑块2不会因为来自助推器头部的径向力作用而产生斜面滑动。具体原理是：假设第一支撑块1 承受来自助推器头部的径向载荷为F，第一支撑块与第二支撑块接触面斜面角度为A，当A小于最大摩擦自锁角A_max，第一支撑块滑轨与支撑块二2滑轨之间的摩擦力f＝μ×F×cos(A)始终大于F沿接触面方向的分力F×sin(A)，使得斜面之间无法产生相对滑动，最大摩擦自锁角计算公式为A_max＝arctan(μ)。

支撑结构与助推器头部台阶初始接触部分为滚轮4，该滚轮结构能够将助推器头部与支撑结构初始接触以及滑动过程中的摩擦力有效释放，能够保证第一支撑块1沿着燃烧室半径方向朝发动机轴线运动，最终实现有效抱紧。

所述弹性装置为金属螺旋弹簧，也可使用板簧或其他蓄能装置。本发明实施例采用金属螺旋弹簧。

作为优选方案，该安装支撑结构还包括限位装置，用于初始时限定第二支撑块2与第三支撑块3的相对位置，使得弹性装置处于压缩状态，保证在支撑结构将助推器头部抱紧之前，第二支撑块2和第三支撑块3之间不会发生相对滑动。

所述限位装置为长螺钉，该长螺钉穿过第三支撑块凸块上的通孔，末端螺纹部分与第二支撑块端部螺纹进行螺接，保证初始安装状态下，弹性装置处于一定的压缩状态。

所述弹性装置的最小压缩长度适当，使得助推器径向完全抱紧后，仍然存在一定的压缩行程，用于补偿助推器工作时的轴向热膨胀。

上述方案的原理是：助推器(图中双点画线所示)推入冲压发动机燃烧室内部后，其头部台阶先与支撑结构滚轮4接触，推动第一支撑块1与第二支撑块2沿燃烧室轴向相对移动，此时第一支撑块沿着滑轨斜面上升，将轴向位移转化为轴向位移和径向位移的组合，滚轮的存在消除了第一支撑块沿着径向收缩时与助推器头部台阶之间的摩擦力，避免了支撑块与助推器的非正常阻滞造成的卡死。第一支撑块沿径向向圆心方向收缩，由于弹簧力的存在，由于弹簧预压缩力的作用，第二支撑块2与第三支撑块3之间不产生相对滑动。由于斜面摩擦自锁角的存在，抱紧后第二支撑块相对与第一支撑块不再发生相对滑动。随着第一支撑块1的径向收缩与助推器头部接触抱紧，如果助推器还未到达安装的最终轴向位置，随着助推器继续前推，第二支撑块2和第三支撑块3相对发生滑动，同时压缩弹簧，直到助推器安装到位，此时助推器尾部将通过螺钉与发动机燃烧室出口连接，助推器处于6 自由度完全锁死状态，安装完毕。在支撑结构承受径向载荷时，第一支撑块和第二支撑块由于摩擦自锁，不会发生相对滑动导致抱紧状态的失效。而由于第二支撑块和第三支撑块是接触面与径向载荷是垂直状态，因此第二支撑块和第三支撑块之间也不会因为径向载荷而相对滑动，整个结构始终处于稳定的抱紧状态。同时，安装到位后弹簧至最小压缩长度的剩余行程可以补偿助推器工作时受热的轴向膨胀，避免轴向膨胀量过大导致的结构破坏失效。

如图3所示，所述第一支撑块1与第二支撑块2之间，第二支撑块2、第三支撑块3之间通过内置骨架的T型滑轨结构连接在一起。第一支撑块1、第二支撑块2和第三支撑块3之间例如第二支撑块2内置骨架下侧滑轨为T 型头21，第三支撑块3一侧的内置骨架滑轨为T型槽31，装配过程中两者镶嵌在一起，受力时具备可自由滑动的功能。第一支撑块1与第二支撑块2 内置骨架滑轨结构与上述相同。单个产品装配时，第一支撑块1、第二支撑块2和第三支撑块3通过骨架滑轨安装在一起。

所述第一支撑块1、第二支撑块2、第三支撑块3本体采用高温可烧蚀的非金属材料例如聚酯泡沫，滑轨采用高温可烧蚀的金属材料例如一般铝合金制成，两种材料采用胶粘方式进行连接，确保在助推分离后能够在一定时间内快速烧蚀，不影响整机产品的后续工作。

如图4所示，使用时，取六块产品均布粘接于燃烧室圆周均布位置，60°周向均布，保证抱紧时周向对称受力，从半径方向上来看，六块支撑块一同时向发动机轴线收缩，将助推器头部抱紧。支撑结构相对于燃烧室的轴向位置由助推器安装位置的尺寸链设计决定。

本说明书中未进行详细描述部分属于本领域技术人员公知常识。

Claims (8)

1.一种具有装配补偿功能的助推器安装支撑结构，用于塞入式助推器在液体冲压发动机燃烧室内的安装和支撑，其特征在于：包括第一支撑块(1)、第二支撑块(2)、第三支撑块(3)、弹性装置(5)，其中：

第三支撑块(3)沿燃烧室轴线方向固定于燃烧室的内壁面上，其靠近燃烧室头部一端端部朝向燃烧室轴线方向设有凸块，第二支撑块(2)放置在第三支撑块(3)上，弹性装置(5)一端与第三支撑块(3)的凸块固定连接，另一端与第二支撑块(2)的端部连接，第二支撑块(2)与第三支撑块(3)通过滑轨连接，第二支撑块(2)与第三支撑块(3)的接触面与燃烧室轴线方向平行，第二支撑块(2)受到沿燃烧室轴向载荷时，相对于第三支撑块(3)向燃烧室头部滑动；第一支撑块(1)与第二支撑块(2)也通过滑轨连接，第一支撑块(1)与第二支撑(2)的接触面与燃烧室轴线方向形成一定夹角，第一支撑块(1)靠近燃烧室头部一端端部朝向燃烧室轴线方向设有滚轮(4)，助推器抵住滚轮(4)推入燃烧室头部时，第一支撑块(1)受到沿燃烧室轴向载荷，同时沿燃烧室轴向和径向滑动，将助推器头部抱紧；

所述第一支撑块(1)、第二支撑块(2)接触面的斜面角度小于两支撑块滑轨材料的最大摩擦自锁角。

2.根据权利要求1所述的一种具有装配补偿功能的助推器安装支撑结构，其特征在于：所述弹性装置为金属螺旋弹簧或者板簧。

3.根据权利要求1所述的一种具有装配补偿功能的助推器安装支撑结构，其特征在于：还包括限位装置，用于初始时限定第二支撑块(2)与第三支撑块(3)的相对位置，使得弹性装置处于压缩状态，保证在支撑结构将助推器头部抱紧之前，第二支撑块(2)和第三支撑块(3)之间不会发生相对滑动。

4.根据权利要求3所述的一种具有装配补偿功能的助推器安装支撑结构，其特征在于：所述限位装置为螺钉，该螺钉穿过第三支撑块凸块上的通孔，末端螺纹部分与第二支撑块端部螺纹进行螺接。

5.根据权利要求1所述的一种具有装配补偿功能的助推器安装支撑结构，其特征在于：所述弹性装置的最小压缩长度适当，使得助推器径向完全抱紧后，仍然存在一定的压缩行程，用于补偿助推器工作时的轴向热膨胀。

6.根据权利要求1所述的一种具有装配补偿功能的助推器安装支撑结构，其特征在于：所述第一支撑块(1)与第二支撑块(2)之间，第二支撑块(2)、第三支撑块(3)之间的滑轨结构为T型头和T型槽匹配结构。

7.根据权利要求1所述的一种具有装配补偿功能的助推器安装支撑结构，其特征在于：所述第一支撑块(1)、第二支撑块(2)、第三支撑块(3)本体采用非金属材料，滑轨采用金属材料制成。

8.根据权利要求1所述的一种具有装配补偿功能的助推器安装支撑结构，其特征在于：所述第一支撑块(1)、第二支撑块(2)、第三支撑块(3)本体和滑轨采用胶粘方式进行连接。

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