CN109798203A - 一种贮箱箱底结构、以及贮箱箱底与发动机的连接结构 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种贮箱箱底结构、以及贮箱箱底与发动机的连接结构，其中，所述贮箱箱底结构，包括：贮箱，箱底，为一体成形结构，安装在所述贮箱的底部，所述箱底的顶部安装有法兰盘，所述贮箱的外表面具有多个加强骨架。本申请提供的贮箱箱底结构为一体成形结构，并在箱底的顶部安装法兰盘，通过设置加强骨架提高贮箱箱底的结构强度，使得箱底能够直接与发动机连接，从而能够缩短火箭体的长径比，提高飞行稳定性。

Description

一种贮箱箱底结构、以及贮箱箱底与发动机的连接结构

技术领域

本申请涉及推进剂贮箱技术领域，具体涉及一种贮箱箱底结构、以及贮箱箱底与发动机的连接结构。

背景技术

液体火箭结构一般由头部、头部整流罩、推进剂贮箱、仪器舱、级间段、发动机推力结构、尾舱等部分组成，需要分离的部位有分离连接装置。其中，推进剂贮箱包括箱底，也叫封头。箱底的底形可分为：半球形底、椭球形底、锥形底、三心底以及由这些底形曲线组合的底。传统箱底一般仅承受内压，结构为硬壳式瓜瓣拼焊结构，厚度基本统一，贮箱中的燃料通过顶点的一段外部输送管路进入发动机，箱底后方设置过渡段结构，发动机通过机架连接在级间段上，在此过程中，发动机到贮箱箱底之间具有输送管路和过渡段结构，对应的采用前、后两道密封，该种形式在一定程度上增加了推进剂泄漏的风险。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的问题。本发明的目的是设计一种能承受发动机集中力载荷和振动环境的贮箱箱底结构，以及贮箱箱底与发动机的连接结构。其具体实施方式如下：

本申请实施例提供一种贮箱箱底结构，包括：

贮箱，

箱底，为一体成形结构，安装在所述贮箱的底部，所述箱底的顶部安装有法兰盘，所述贮箱的外表面具有多个加强骨架。

在一个具体的实施例中，所述加强骨架为多个径向骨架，或者为多个环形骨架和多个所述径向骨架。

在一个具体的实施例中，相邻的三个所述径向骨架形成的两个夹角相等。

在一个具体的实施例中，多个所述环形骨架之间的间距不同。

在一个具体的实施例中，所述径向骨架以所述径向骨架与所述环形骨架的连接节点为起点向外辐射。

在一个具体的实施例中，所述加强骨架包括多个第一骨架和多个第二骨架，多个所述第一骨架与多个所述第二骨架垂直相交。

在一个具体的实施例中，所述箱底的顶点开设有喇叭口翻边孔，所述喇叭口翻边孔的外翻边形成对接端面，所述对接端面上焊接有法兰盘。

在一个具体的实施例中，所述加强骨架上设置有安装支架。

在一个具体的实施例中，所述加强骨架与所述箱底的外表面的连接处为曲面。

本申请实施例还提供一种贮箱箱底与发动机的连接结构，包括：

贮箱；

箱底，为一体成形结构，安装在所述贮箱的底部，所述箱底的顶部安装有法兰盘，所述贮箱的外表面具有多个加强骨架；

发动机，所述发动机通过法兰盘与所述箱底连接；

所述贮箱和/或所述箱底的外侧壁上设置有安装支架，所述发动机通过所述安装支架固定。

本申请的有益效果为：

1、本申请提出将发动机直接连接到贮箱箱底的输送法兰上，减少了现有技术中发动机与箱底之间设置的输送管路和过渡段结构，从而减少对接密封面，一方面提高了发动机与输送系统连接的可靠性，提升结构效率，缩短了箭体结构的长径比，提高了火箭飞行的稳定性，另一方面减轻了火箭自身结构重量，从而提高了火箭的运载能力。

2、本申请提供的贮箱箱底结构为一体成形结构，并设有加强骨架以抵抗发动机所带来的集中应力载荷；相比于传统的瓜瓣拼焊结构，能够避免焊缝中的缺陷带来的不稳定因素。

附图说明

图1为贮箱箱底对接发动机的示意；

图2为贮箱箱底结构的主视图；

图3为贮箱箱底结构的内部示意图；

图4为贮箱箱底结构的横截面示意图；

图5为贮箱箱底结构的环形骨架示意图；

图6为贮箱箱底机构的径向骨架和导流锥结构示意图；

图7为导流锥结构示意图；

图8为贮箱箱底的加强骨架的结构示意图一；

图9为贮箱箱底的加强骨架的结构示意图二；

图10为贮箱箱底的加强骨架的结构示意图三。

附图标记说明：

贮箱10、箱底20、发动机30、安装支架40、环形骨架21、径向骨架22、喇叭口翻边孔23、对接端面24、导流锥结构25、第一骨架26、第二骨架27、法兰盘28。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。

实施例一

如图1-图10所示，图1为贮箱箱底对接发动机的示意；图2为贮箱箱底结构的主视图；图3为贮箱箱底结构的内部示意图；图4为贮箱箱底结构的横截面示意图；图5为贮箱箱底结构的环形骨架示意图；图6为贮箱箱底机构的径向骨架和导流锥结构示意图；图7为导流锥结构示意图；图8为贮箱箱底的加强骨架的结构示意图一；图9为贮箱箱底的加强骨架的结构示意图二；图10为贮箱箱底的加强骨架的结构示意图三。具体的，本实施例提供一种贮箱箱底结构，包括贮箱10和安装在贮箱10底部的箱底20，箱底20为一体成形结构，箱底20的外表面有加强骨架，加强骨架是指箱底20本身的承载面能承受的负荷有限，因此箱底20的外表面上设置的增加箱底20载荷能力的筋条；箱底20的顶部安装有法兰盘28，用于和外部输送管路或者发动机30连接，本实施例中，如图2-图6所示，所述发动机30通过法兰盘28直接连接在箱底20上，该种设置形式缩短了箭体的长径比，增加飞行的稳定性，在总体布局上进行了优化，而且将发动机30和箱底20直接连接，减少了对接密封，提高了发动机30与输送系统连接的可靠性，提升结构效率，缩短传力路径，简化安装周期。

对应的，贮箱的箱底20承受的载荷也从单纯的内压载荷变成集中力和外压载荷，传统的硬壳式结构无法提供结构承载集中力所需要的刚度，为了解决这个问题，本实施例中，贮箱箱底20采用整体成形的制造工艺，相比于传统的瓜瓣拼焊结构，能够避免焊缝中的缺陷带来的不稳定因素。进一步的，贮箱箱底20的外表面具有多个加强骨架，加强骨架的作用在于提供结构承载集中力所需要的刚度，同时，在贮箱10和/或箱底20的外表面设置安装支架，安装支架40对发动机30起到固定作用，以弥补法兰盘对发动机30连接的不足。

具体的，如图10所示，加强骨架为多个径向骨架22，径向骨架22是指以贮箱箱底20为中心，沿贮箱箱底20的外壁辐射状分布的肋条。根据对载荷与环境的计算分析，在箱底20外表面设计放射径向骨架22，可以在较短的距离内传递并扩散发动机30传来的集中力载荷，径向是最佳传力路径，能够快速实现应力分散。可根据集中力和弯矩的大小进行径向骨架22的设计，优选的，相邻的三个径向骨架22形成的两个夹角相等，径向骨架22一般高度为18mm-22mm，径向与环形骨架21交错布局，即扩散了集中力，该种结构形式使得在径向的集中力分散更加均匀，能够提高贮箱箱底20整体的结构强度。

进一步的，如图2、图5和图6所示，加强骨架还可以为多个环形骨架21和多个径向骨架22，环形骨架21是指与贮箱箱底20的横截面形状相同的环形肋条，多个环形骨架21沿贮箱箱底20的高度方向依次设于贮箱箱底20的外壁上；通过环形骨架21和径向骨架22交织分布，对于集中力的分散效果更好。

进一步的，环形骨架21可以是等间距分布，相邻的两个环形骨架21之间的距离相等，该种结构形式便于加工。能够缩短加工周期。

优选地，多个环形经过对椭球箱底20过渡区域复杂载荷工况的分析，当模数大于1.414时，在椭球赤道线上方有环形应力从(+)拉伸应力到(-)压缩应力的转折点，根据不同载荷组合(内压、轴压、弯矩、剪力、低温、高温、集中力)的计算，如图2所示，收敛到转折点位于赤道线上方的80mm-120mm范围内，所以在这个范围内的环形骨架21横截面宽度较宽约为15mm，且分布加密，即相邻的两个环形骨架21的距离缩短至100mm-150mm，例如是120mm。在靠近箱底20顶点发动机30的区域，箱底20承受的应力较大，因此对应的环形骨架21的宽度增大，间距缩短，分布密度加大，该区域的环形骨架21的宽度以及相邻两个环形骨架21的间隔与在赤道线上方区域的设置形式相同；而处于箱底20的中间部分的环形骨架21为等间距设置，利于加工制造。该种优选方式能够有效解决在耦合载荷(温度、弯矩、内压、集中力)作用下，在椭球赤道附近发生环形褶皱，以及端面出现波形的塑性变形，结构失稳的技术问题。

本实施例中，加强骨架与箱底20是一体成形的，具体结构实现方式为：厚度均匀的金属板贴内芯模，通过在外部旋压形成椭球形面，然后再箱底20外表面加工出加强骨架，加强骨架的形式可以是任意一种能够起到提高贮箱箱底20强度的结构；或者加工带凹槽的外芯模，将后平板初旋为椭球形面后，贴在外芯模上，进行内旋挤压操作，可以得到外表面的环形和径向骨架22。需要说明的是，加强骨架的实现方式不限于已经列举出的方式。

由于贮箱箱底结构中可能出现局部承受较大的耦合载荷，因此加强骨架的设置形式并不限于上述已经列举的内容，还可以是：径向骨架22并不限于从贮箱箱底20的顶点向外辐射，还可以是如图9所示，径向骨架22与环形骨架21具有连接节点，以连接节点形成的T字形结构向外辐射。

进一步的，本申请另一实施例还提供一种加强骨架，该加强骨架包括多个第一骨架26和第二骨架27，第一骨架26和第二骨架27并不具有先后顺序，“第一”“第二”仅用于进行区分，第一骨架26和第二骨架27垂直相交，如图8所示。

根据实际载荷承受情况，贮箱箱底20的加强骨架的设置形式还可以是上述已经列举的多种设置形式中的两种或者多种组合，加强骨架具有多种不同的设置形式，以能够较好地起到提高箱底结构强度的作用。

另外需要说明的是，由于加强骨架本身的结构为突出于贮箱箱底20外表面的肋条，容易在加强骨架与贮箱箱底20外壁连接处出现应力集中现象，导致加强骨架与贮箱箱底20外壁连接位置结构稳定性降低，因此，本申请提出将加强骨架与箱底20的外表面的连接处设为曲面，通过曲面来避免应力集中现象的发生。

在上述实施例的技术上，贮箱箱底20的顶点上设有法兰盘，与发动机30对接的法兰盘需要较大的刚度，以抵抗集中力和飞行过程中的弯矩，同时该法兰盘要兼顾推进剂的输送功能，利于推进剂以最短路径进入发动机30。因此，如图3-图4所示，本实施例在贮箱箱底20的顶点开设有喇叭口翻边孔23，该喇叭口翻边孔23的外翻边上形成对接端面24，对接端面24上焊接有法兰盘28，如图7所示，喇叭口翻边孔23和法兰盘28一起组成导流锥结构25，该种结构有利于推进剂在飞行过程中沉底，有利于推进剂的输送。优选的，本实施例中的导流锥结构25的锥角一般为120°-150°左右。

进一步的，当去掉输送管路和过渡段结构之后，发动机30仅依靠与贮箱箱底20的法兰盘的连接关系并不能够保证发动机30的固定稳定性，因此，发动机30需要通过额外的安装支架来固定，安装支架可以设置在贮箱10箱体的侧壁上，也可以设置在贮箱箱底20的外表面上，优选的，贮箱箱底20的加强骨架上开设安装孔，设置安装支架40，该安装支架40可以用于安装箱外管路、高压气瓶以及固定发动机30等装置，也就是将现有技术中挂靠在级间段上的多种附加装置可以全部通过加强骨架承载。一方面避免了在贮箱10箱体的外侧壁上，以及在贮箱箱底20的外表面上进行开槽，避免影响贮箱10箱体和箱底20的结构强度，另一方面，加强骨架能够较好地分散集中力载荷，且能够提供便利的装配结构和空间。

本申请提供的箱底结构采用整体成形方法后，相比于传统的拼焊结构贮箱箱底的50天加工周期，缩短为20天，加工周期减少为原来的40％。大幅提高制造效率，无需拼焊，提高成形质量，易于实现数字化控制实现量产质量控制。相比于传统拼焊结构贮箱箱底存在较大的焊接残余应力，变形大，尺寸一致性差，焊缝的存在会降低产品的承载能力，部分焊接缺陷甚至会成为导致产品整体失效的主要因素等等，整体成形箱底结构的结构刚度和可靠性均得到大幅提高。

实施例二

在上述实施例的基础上，如图1所示，本实施例提供一种贮箱箱底20与发动机30的连接结构，包括：贮箱10；箱底20，为一体成形结构，安装在所述贮箱10的底部，所述箱底20的顶部安装有法兰盘28，所述贮箱10的外表面具有多个加强骨架；发动机30，所述发动机30通过法兰盘28与所述箱底20连接；所述贮箱10和/或所述箱底20的外侧壁上设置有安装支架，所述发动机30通过所述安装支架固定。该种连接结构使得箭体结构的长径比大大降低，提高了飞行的稳定性，并且减少了连接端面，降低了推进剂泄漏风险，因此提高了火箭系统的稳定性。

综上所述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方案及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制，本申请的保护范围应以所附的权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种贮箱箱底结构，其特征在于，包括：

贮箱，

箱底，为一体成形结构，安装在所述贮箱的底部，所述箱底的顶部安装有法兰盘，所述贮箱的外表面具有多个加强骨架。

2.根据权利要求1所述的贮箱箱底结构，其特征在于，所述加强骨架为多个径向骨架，或者为多个环形骨架和多个所述径向骨架。

3.根据权利要求2所述的贮箱箱底结构，其特征在于，相邻的三个所述径向骨架形成的两个夹角相等。

4.根据权利要求2所述的贮箱箱底结构，其特征在于，多个所述环形骨架之间的间距不同。

5.根据权利要求2所述的贮箱箱底结构，其特征在于，所述径向骨架以所述径向骨架与所述环形骨架的连接节点为起点向外辐射。

6.根据权利要求1所述的贮箱箱底结构，其特征在于，所述加强骨架包括多个第一骨架和多个第二骨架，多个所述第一骨架与多个所述第二骨架垂直相交。

7.根据权利要求2或6所述的贮箱箱底结构，其特征在于，所述箱底的顶点开设有喇叭口翻边孔，所述喇叭口翻边孔的外翻边形成对接端面，所述对接端面上焊接有法兰盘。

8.根据权利要求2或6所述的贮箱箱底结构，其特征在于，

所述加强骨架上设置有安装支架。

9.根据权利要求1所述的贮箱箱底结构，其特征在于，所述加强骨架与所述箱底的外表面的连接处为曲面。

10.一种贮箱箱底与发动机的连接结构，其特征在于，包括：

贮箱；

箱底，为一体成形结构，安装在所述贮箱的底部，所述箱底的顶部安装有法兰盘，所述贮箱的外表面具有多个加强骨架；

发动机，所述发动机通过法兰盘与所述箱底连接；

所述贮箱和/或所述箱底的外侧壁上设置有安装支架，所述发动机通过所述安装支架固定。