CN110107429B - 一种固体火箭发动机双柔性喷管接头的设计 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种固体火箭发动机双柔性喷管接头的设计，包括前法兰、前摆心柔性接头、中法兰、后摆心柔性接头和后法兰，前法兰的边缘处固定连接前摆心柔性接头，前摆心柔性接头包括前摆心柔性接头弹性件组和前摆心柔性接头增强件组，前摆心柔性接头弹性件组与中法兰的侧壁固定连接；中法兰包括中法兰前端、中法兰中端和中法兰后端，中法兰前端的外壁固定连接前摆心柔性接头，中法兰后端的内壁固定连接后摆心柔性接头，后摆心柔性接头包括后摆心柔性接头弹性件组和后摆心柔性接头增强件组，后摆心柔性接头弹性件组与后法兰的侧壁固定连接。该双柔性接头能有效减小发动机在工作中摆心漂移问题，提高了飞行器控制精度。
Description
技术领域
本发明涉及固体火箭柔性喷管零部件的技术领域，具体是一种关于固体火箭发动机双柔性喷管接头的设计。
背景技术
固体火箭发动机是现如今各种导弹武器的主要动力装置，其在航天领域也有着广泛的应用，其性能往往也决定着航天飞行器的总体性能。柔性喷管是固体火箭发动机最主要的部件之一，是发动机能量转换及实现推力方向控制的装置。喷管的可靠性关系到飞行器能否正常工作。柔性喷管实际上是一种借助于柔性接头实施喷管摆动，以达到推力方向控制目的的摆动喷管，它通常由活动体、固定体，柔性接头及作动器组成的。柔性喷管实际上就是一个通过层压柔性接头，装在火箭发动机后封头上的喷管，它是由许多同心球形截面的弹胶层和薄金属板组成，并弯曲形成柔性的夹层结构，这个接头轴向刚度很大，在侧向却很容易偏转，用它可以实现传统的发动机封头与与优化喷管的对接。
发动机在工作过程中，由于发动机珠承喷管摆心固定不变，但是柔性喷管摆心是球环状弹性件组和增强件组同心球球心，弹性件组是一种粘弹性材料，在受压情况下，会发生较大的应变，增强件组也会产生变形，导致柔性喷管在摆动过程中摆心的变化。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种新型的固体火箭发动机双柔性喷管接头的设计方案，实现了有效减小发动机在工作中摆心漂移问题，同时减小了作动力矩，提高了控制精度。
本发明双柔性喷管接头总成的设计方案如下，该双柔性喷管接头总成包括前法兰、前摆心柔性接头、中法兰、后摆心柔性接头和后法兰，其特征在于：所述前法兰的边缘处固定连接前摆心柔性接头，所述前摆心柔性接头包括前摆心柔性接头弹性件组和前摆心柔性接头增强件组，前摆心柔性接头弹性件组与前摆心柔性接头增强件组交互间隔粘结，前摆心柔性接头弹性件组的中轴线与前摆心柔性接头增强件组的中轴线相重合，前摆心柔性接头弹性件组与中法兰的侧壁固定连接；所述中法兰包括中法兰前端、中法兰中端和中法兰后端，中法兰前端的外壁固定连接前摆心柔性接头，中法兰后端的内壁固定连接后摆心柔性接头，所述后摆心柔性接头包括后摆心柔性接头弹性件组和后摆心柔性接头增强件组，后摆心柔性接头弹性件组和后摆心柔性接头增强件组交互间隔粘结，后摆心柔性接头弹性件组的中轴线与后摆心柔性接头增强件组的中轴线相重合，后摆心柔性接头弹性件组与后法兰的侧壁固定连接，后法兰呈圆筒状。
优选的，所述前摆心柔性接头弹性件组和后摆心柔性接头弹性件组均采用天然橡胶制成。
优选的，所述前摆心柔性接头增强件组和后摆心柔性接头增强件组均为超高强度钢薄片材质的构件。
优选的，所述前摆心柔性接头弹性件组和后摆心柔性接头弹性件组薄片厚度为2.5mm，前摆心柔性接头增强件组和后摆心柔性接头增强件组薄片厚度为3.0mm。
优选的，所述前摆心柔性接头弹性件组共有五层，前摆心柔性接头增强件组共有四层。
优选的，所述后摆心柔性接头弹性件组共有七层，后摆心柔性接头增强件组共有六层。
优选的，所述中法兰前端的侧面与中法兰中端的侧面保持垂直，中法兰中端和中法兰后端构成150度夹角。
优选的，所述中法兰采用高强度结构钢制成，中法兰的厚度为8mm。
优选的，所述中法兰前端、中法兰中端和中法兰后端采用一体成型工艺制成。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
传统柔性喷管如果想降低力矩就只有增加弹性件组厚度，而随着弹性件组厚度的增加就会导致喷管在工作过程中摆心漂移增大，影响飞行器的正常工作。而双柔性接头由于两个柔性接头方向相反，在工作时，两个柔性接头摆心同时作用，从而减小了摆心漂移。
双柔性接头降低了摆动力矩。同时，由于摆动力矩的减小，伺服机构的研发难度也会随之降低，伺服机构也可以做的更小，减轻了固体火箭发动机的质量，增大了火箭的质量比。
附图说明
图1为本发明的一种固体火箭发动机双柔性喷管接头的设计实例结构设计示意图；
图2为本发明的前摆心柔性接头示意图；
图3为本发明的前摆心柔性接头放大示意图；
图4为本发明的中法兰示意图；
图5为本发明的后摆心柔性接头示意图；
图6为本发明的后摆心柔性接头放大示意图；
图中：1-前法兰，2-前摆心柔性接头，21-前摆心柔性接头弹性件组，22-前摆心柔性接头增强件组，3-中法兰，31-中法兰，32-中法兰中段，33-中法兰后段，4-后摆心柔性接头，41-后摆心柔性接头弹性件组，42-后摆心柔性接头增强件组，5-后法兰。
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。
如图1-6所示，本发明实施例提供了一种固体火箭双柔性喷管接头的设计，本发明双柔性喷管接头总成的设计方案如下，该双柔性喷管接头总成包括前法兰1、前摆心柔性接头2、中法兰3、后摆心柔性接头4和后法兰5，其特征在于：前法兰1的边缘处固定连接前摆心柔性接头2，前摆心柔性接头2包括前摆心柔性接头弹性件组21和前摆心柔性接头增强件组22，前摆心柔性接头弹性件组21与前摆心柔性接头增强件组22交互间隔粘结，前摆心柔性接头弹性件组21与中法兰3的侧壁固定连接，前摆心柔性接头弹性件组21的中轴线与前摆心柔性接头增强件组22的中轴线相重合，为了确保接头的工作时的稳定性，同时也为了减轻发动机的质量，前摆心柔性接头弹性件组21和后摆心柔性接头弹性件组41均优先采用天然橡胶制成，前摆心柔性接头增强件组22和后摆心柔性接头增强件组42均采用超高强度钢薄片材质的构件。
中法兰3包括中法兰前端31、中法兰中端32和中法兰后端33，中法兰前端31的外壁固定连接前摆心柔性接头2，中法兰后端33的内壁固定连接后摆心柔性接头4，为了确保喷管在摆动过程中，前摆心柔性接头和后摆心柔性接头之间力的传导更为灵敏，中法兰3采用高强度结构钢制成，中法兰3的最佳厚度为8mm，同时中法兰前端31、中法兰中端32和中法兰后端33采用一体成型工艺制成，所述中法兰前端31的侧面与中法兰中端32的侧面保持垂直，中法兰中端32和中法兰后端33构成150度夹角。
后摆心柔性接头4包括后摆心柔性接头弹性件组41和后摆心柔性接头增强件组42，后摆心柔性接头弹性件组41和后摆心柔性接头增强件组42交互间隔粘结，后摆心柔性接头弹性件组41与后法兰5的侧壁固定连接，后摆心柔性接头弹性件组41的中轴线与后摆心柔性接头增强件组42的中轴线相重合，前摆心柔性接头弹性件组21和后摆心柔性接头弹性件组41薄片厚度为2.5mm，前摆心柔性接头增强件组22和后摆心柔性接头增强件组42薄片厚度为3.0mm，前摆心柔性接头弹性件组21共有五层，前摆心柔性接头增强件组22共有四层，后摆心柔性接头弹性件组共有七层，后摆心柔性接头增强件组共有六层时，此时喷管接头质量最小且性能最佳，后法兰5呈圆筒状。
综上所述：该双柔性喷管接头总成包括前法兰1、前摆心柔性接头2、中法兰3、后摆心柔性接头4和后法兰5，前法兰1的边缘处固定连接前摆心柔性接头2，前摆心柔性接头弹性件组21与前摆心柔性接头增强件组22交互间隔粘结，前摆心柔性接头弹性件组21与中法兰3的侧壁固定连接，前摆心柔性接头弹性件组21的中线轴线与前摆心柔性接头增强件组22的中线轴线相重合。中法兰前端31的外壁固定连接前摆心柔性接头2，中法兰后端33的内壁固定连接后摆心柔性接头4，后摆心柔性接头弹性件组41和后摆心柔性接头增强件组42交互间隔粘结，后摆心柔性接头弹性件组41与后法兰5的侧壁固定连接，后法兰5呈圆筒状。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
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披露的技术范围内，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 (7)
1.一种固体火箭双柔性喷管接头，包括前法兰(1)、前摆心柔性接头(2)、中法兰(3)、后摆心柔性接头(4)和后法兰(5)，其特征在于：所述前法兰(1)的边缘处固定连接前摆心柔性接头(2)，所述前摆心柔性接头(2)包括前摆心柔性接头弹性件组(21)和前摆心柔性接头增强件组(22)，前摆心柔性接头弹性件组(21)与前摆心柔性接头增强件组(22)交互间隔粘结，前摆心柔性接头弹性件组(21)的中轴线与前摆心柔性接头增强件组(22)的中轴线相重合，前摆心柔性接头弹性件组(21)与中法兰(3)的侧壁固定连接；所述中法兰(3)包括中法兰前端(31)、中法兰中端(32)和中法兰后端(33)，中法兰前端(31)的外壁固定连接前摆心柔性接头(2)，中法兰后端(33)的内壁固定连接后摆心柔性接头(4)，所述后摆心柔性接头(4)包括后摆心柔性接头弹性件组(41)和后摆心柔性接头增强件组(42)，后摆心柔性接头弹性件组(41)和后摆心柔性接头增强件组(42)交互间隔粘结，后摆心柔性接头弹性件组(41)的中轴线与后摆心柔性接头增强件组(42)的中轴线相重合，后摆心柔性接头弹性件组(41)与后法兰(5)的侧壁固定连接，后法兰(5)呈圆筒状；
所述前摆心柔性接头弹性件组(21)和后摆心柔性接头弹性件组(41)均采用天然橡胶制成；
所述前摆心柔性接头增强件组(22)和后摆心柔性接头增强件组(42)均为超高强度钢薄片材质的构件。
2.根据权利要求1所述的一种固体火箭双柔性喷管接头，其特征在于：所述前摆心柔性接头弹性件组(21)和后摆心柔性接头弹性件组(41)薄片厚度为2.5mm，前摆心柔性接头增强件组(22)和后摆心柔性接头增强件组(42)薄片厚度为3.0mm。
3.根据权利要求1所述的一种固体火箭双柔性喷管接头，其特征在于：所述前摆心柔性接头弹性件组(21)共有五层，前摆心柔性接头增强件组(22)共有四层。
4.根据权利要求1所述的一种固体火箭双柔性喷管接头，其特征在于：所述后摆心柔性接头弹性件组(41)共有七层，后摆心柔性接头增强件组(42)共有六层。
5.根据权利要求1所述的一种固体火箭双柔性喷管接头，其特征在于：所述中法兰前端(31)的侧面与中法兰中端(32)的侧面保持垂直，中法兰中端(32)和中法兰后端(33)构成150度夹角。
6.根据权利要求1所述的一种固体火箭双柔性喷管接头，其特征在于：所述中法兰前端(31)、中法兰中端(32)和中法兰后端(33)采用一体成型工艺制成。
7.根据权利要求1所述的一种固体火箭双柔性喷管接头，其特征在于：所述中法兰(3)采用高强度结构钢制成，中法兰(3)的厚度为8mm。
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