CN111550327B - 一种空间飞行器低温贮箱的连接支撑结构及装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种空间飞行器低温贮箱的连接支撑结构及装配方法，包括：设置在低温贮箱顶部的多根拉杆，设置在低温贮箱底部的安装底座；所述拉杆一端与低温贮箱的顶部连接，另一端与系统框架连接；安装底座一端与低温贮箱连接，另一端与系统框架连接。本发明提供的一种低温贮箱的连接支撑结构，有效降低了外界环境向贮箱内的漏热，有效地解决了飞行器发射过程安装底座由于轴向过载容易失效的问题，安全性高。

Description

一种空间飞行器低温贮箱的连接支撑结构及装配方法

技术领域

本发明涉及液体火箭发动机技术领域，具体地涉及一种低温贮箱的连接支撑结构及装配方法，更进一步的涉及一种空间飞行器低温贮箱的连接支撑结构及装配方法。

背景技术

随着空间推进技术的发展，低温推进剂凭借其高比冲、无毒无污染、价格低廉等优势，成为未来航天发射、空间加注站和深空探测任务的首选推进剂。然而，低温推进剂的沸点低，低温贮箱内推进剂会因结构或绝热层漏热而蒸发。为了维持贮箱内额定压力，需要将蒸发的气态推进剂排出贮箱外，造成推进剂的浪费，降低了其利用率，这极大的制约了低温推进剂长期在轨应用的发展。因此，如何降低外界环境向低温贮箱的漏热是低温推进剂长期在轨贮存的核心关键技术。对于低温贮箱而言，外界环境漏热主要通过包覆在贮箱外表面的绝热多层和贮箱的支撑结构进入其内部。

现有的空间飞行器贮箱多采用赤道法兰的安装形式，贮箱本体直接通过赤道法兰与系统框架进行连接，若此种支撑结构用于低温贮箱，则将导致外界环境大量漏热通过赤道法兰与系统框架的接触面进入低温贮箱，造成低温推进剂的大量浪费。

公开号为CN104315928B，名称为一种大推力运载火箭低温末级贮箱连接支撑结构设计方法的专利文献，该专利文献公开了一种大推力运载火箭低温末级贮箱连接支撑结构设计方法，具体步骤为：步骤一，选材：基于强度与导热率之比，选取在20K-90K的低温区具有较高强度和较低导热率的碳纤维复合材料；步骤二，初步结构设计：考虑结构形式强度和热流量的限制，进行五种初步结构形式设计；步骤三，强度及重量分析：在承受大载荷的拉伸和压缩的情况下，进行拉伸应力、压缩应力和屈曲因子分析；步骤四，热分析：从步骤三中满足强度要求的结构形式中选择热流量最低的结构形式。该专利文献提供的一种大推力运载火箭低温末级贮箱连接支撑结构设计方法，对材料的选取要求较为严格，结构设计较为复杂，实用性较差。

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空间飞行器低温贮箱的连接支撑结构及装配方法。

根据本发明提供的一种空间飞行器低温贮箱的连接支撑结构，包括：

设置在低温贮箱的顶部多根拉杆，设置在低温贮箱底部的安装底座；

所述拉杆一端与低温贮箱的顶部连接，另一端与系统框架连接；

所述安装底座一端与低温贮箱连接，另一端与系统框架连接。

优选地，

所述拉杆包括拉杆芯体，所述拉杆芯体的两端分别设有第一转接螺母和第二转接螺母，所述第一转接螺母和第二转接螺母与所述拉杆芯体紧固连接；

所述拉杆靠近所述第一转接螺母的一端设有第一锁紧螺母，所述拉杆靠近所述第二转接螺母的一端设有第二锁紧螺母，通过旋转所述第一锁紧螺母或者所述第二锁紧螺母能够调整所述拉杆的长度；

所述第一锁紧螺母远离所述拉杆的一端紧固设有第一接头，所述第二锁紧螺母远离所述拉杆的一端紧固设有第二接头；

优选地，

所述第一接头紧固设有安装支耳，所述拉杆通过所述安装支耳与系统框架相连；

所述第二接头与低温贮箱紧固连接；

优选地，

所述第一接头、第一锁紧螺母和第一转接螺母与所述第二接头、第二锁紧螺母和第二转接螺母的螺纹旋转方向相反。

优选地，

所述拉杆芯体采用聚甲基丙烯酰亚胺硬质泡沫制成，所述拉杆芯体的两端分别加工有安装槽，所述安装槽分别与所述第一转接螺母和所述第二转接螺母紧固连接。

优选地，

所述拉杆还包括复合材料层，所述复合材料层铺设在所述第一转接螺母、拉杆芯体和第二转接螺母的外表面所形成的凹槽内，所述复合材料层为碳纤维/低温环氧树脂复合材料层，所述复合材料层厚度为3～5mm。

优选地，

所述安装底座包括底座本体和填充支撑芯体，所述填充支撑芯体设于所述底座本体的内部；

所述底座本体分别与低温贮箱和系统框架紧固连接。

优选地，

所述底座本体为复合材料底座，所述底座本体为碳纤维/低温环氧树脂复合材料，所述底座本体复合材料层的厚度为5～10mm。

优选地，

所述填充支撑芯体采用聚甲基丙烯酰亚胺硬质泡沫制成。

本发明另提供一种装配如上所述的空间飞行器低温贮箱的连接支撑结构的方法，包括如下步骤：

步骤一：将所述底座本体紧固安装到低温贮箱的底部，然后将所述填充支撑芯体装入所述底座本体内部；

步骤二：将低温贮箱放置到预定的装配位置，固定底座本体和系统框架；

步骤三：将所述第一锁紧螺母和第二锁紧螺母向所述第一接头和第二接头的方向旋转，调整所述拉杆的长度至匹配的装配长度；

步骤四：将所述拉杆的一端与低温贮箱紧固连接，另一端与系统框架通过所述安装支耳紧固连接；

步骤五：旋转所述拉杆中间的主体部位收紧拉杆，然后将所述第一锁紧螺母和第二锁紧螺母向所述拉杆芯体的方向旋转，旋转到紧固好为止。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、与赤道法兰安装结构相比，拉杆+安装底座的支撑结构降低了贮箱与系统框架的接触面积，从而减少了外界环境向贮箱内的漏热；

2、拉杆和安装底座均采用碳纤维/低温环氧树脂复合材料结构，其热导率比金属材料低一到二个数量级，极大的降低了外界环境向贮箱内部的漏热；

3、拉杆和安装底座内部空腔均填充有PMI硬质泡沫塑料，这有效的阻隔了空腔内通过自然对流向贮箱内部的漏热，同时还起到对复合材料刚度进行加强的效果，有效的解决了飞行器发射过程复合材料安装底座由于轴向过载容易失效的问题。

4、拉杆和安装底座的支撑结构允许贮箱有适当的轴向变形，从而降低了贮箱低温推进剂加注过程中由于温度变化贮箱收缩和后续增压过程中贮箱膨胀导致的应力；

5、拉杆结构可根据实际需要进行长度调节，有效的解决了系统装配过程中经常由于装配偏差导致的长度不匹配问题。

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为本发明提供的一种空间飞行器低温贮箱的连接支撑结构的示意图。

图2为本发明提供的一种空间飞行器低温贮箱的连接支撑结构的拉杆剖面示意图。

图3为本发明提供的一种空间飞行器低温贮箱的连接支撑结构的安装底座的剖面示意图。

图中所示：低温贮箱10；拉杆20；安装底座30；安装支耳40；第一接头21；第一锁紧螺母22；第一转接螺母23；拉杆芯体24；复合材料层25；第二转接螺母26；第二锁紧螺母27；第二接头28；底座本体31；填充支撑芯体32。

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。

下面首先对本发明一种空间飞行器低温贮箱的连接支撑结构给出基本实施例进行说明。

如图1所示为本发明提供的一种低温贮箱的连接支撑结构，包括设置在低温贮箱10顶部的多根拉杆20，设置在低温贮箱10底部的安装底座30，两根拉杆20的夹角呈90°或者接近90°，低温贮箱10的底部的设有安装底座30；所述拉杆20一端与低温贮箱10的顶部连接，另一端与系统框架连接；所述安装底座30一端与低温贮箱10连接，另一端与系统框架连接。

下面通过实施例1等以上基本实施例的优选例和/或变化例对本发明进行更为具体的说明。

实施例1

如图2所示为本发明提供的一种空间飞行器低温贮箱的连接支撑结构的拉杆的示意图，所述拉杆20包括拉杆芯体24，所述拉杆芯体24的两端分别设有第一转接螺母23和第二转接螺母26，所述第一转接螺母23和第二转接螺母26与所述拉杆芯体24紧固连接；所述拉杆20靠近所述第一转接螺母23的一端设有第一锁紧螺母22，所述拉杆20靠近所述第二转接螺母26的一端设有第二锁紧螺母27，通过旋转所述第一锁紧螺母22或者所述第二锁紧螺母27能够调整所述拉杆20的长度；所述第一锁紧螺母22远离所述拉杆20的一端紧固设有第一接头21，所述第二锁紧螺母27远离所述拉杆20的一端紧固设有第二接头28。

所述第一接头21紧固设有安装支耳40，具体的，第一接头21上有一个安装通孔，与安装支耳40通过螺栓进行固定连接；所述拉杆20通过所述安装支耳40与系统框架相连；所述第二接头28与低温贮箱10紧固连接，具体的，第二接头28上有两个安装通孔，通过螺栓与低温贮箱10顶部法兰进行固定连接。使用时，第一接头21与第二接头28的安装平面垂直，此种安装方式允许贮箱在轴向方向发生适当位移，可有效减小低温贮箱推进剂加注过程中尺寸收缩以及贮箱增压膨胀导致的应力。

实施例2

如图2所示为本发明提供的一种空间飞行器低温贮箱的连接支撑结构的拉杆示意图，所述第一接头21、第一锁紧螺母22和第一转接螺母23与所述第二接头28、第二锁紧螺母27和第二转接螺母26的螺纹旋转方向相反。具体的，如果第一接头21、第一锁紧螺母22、第一转接螺母23为左旋螺纹，则第二接头28、第二锁紧螺母27、第二转接螺母26为右旋螺纹，反之亦然。此种结构使得拉杆20在安装过程中可以通过旋转中间部位任意调节拉杆20长度。

实施例3

如图2所示为本发明提供的一种空间飞行器低温贮箱的连接支撑结构的拉杆示意图，拉杆芯体24采用低热导率的聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)硬质泡沫制成，且拉杆芯体24两端加工一安装槽，分别与第一转接螺母23和第二转接螺母26连接，通过低温环氧树脂或低温胶进行固定。之后在第一转接螺母23、拉杆芯体24和第二转接螺母26组合件外表面形成的凹槽内铺设碳纤维/低温环氧树脂复合材料层，采用预浸胶料手工铺层、热压罐加热加压固化成型方法完成，所述复合材料层厚度为3～5mm。

实施例4

如图3所示为本发明提供的一种空间飞行器低温贮箱的连接支撑结构的安装底座的示意图，安装底座30包括底座本体31和填充支撑芯体32，填充支撑芯体32安装在底座本体31内部。安装底座30底部通过螺栓与低温贮箱10和系统框架螺接。具体的，底座本体31为复合材料底座，复合材料底座材料采用碳纤维/低温环氧树脂预浸料手工铺层、热压罐加热加压固化成型方法完成，所述复合材料层厚度为5～10mm。填充支撑芯体32采用聚甲基丙烯酰亚胺(PMI)硬质泡沫制成。

本发明提供一种装配如上所述的一种空间飞行器低温贮箱的连接支撑结构的方法，包括如下步骤：

步骤一：将所述底座本体31紧固安装到低温贮箱10的底部，然后将所述填充支撑芯体32装入所述底座本体31内部；

步骤二：将低温贮箱10放置到预定的装配位置，固定底座本体31和系统框架；

步骤三：将所述第一锁紧螺母22和第二锁紧螺母27向所述第一接头21和第二接头28的方向旋转，调整所述拉杆20的长度至匹配的装配长度；

步骤四：将所述拉杆20的一端与低温贮箱10紧固连接，另一端与系统框架通过所述安装支耳40紧固连接；

步骤五：旋转所述拉杆20中间的主体部位收紧拉杆，然后将所述第一锁紧螺母22和第二锁紧螺母27向所述拉杆芯体24的方向旋转，旋转到紧固好为止。

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 (7)

1.一种空间飞行器低温贮箱的连接支撑结构，其特征在于，包括：

设置在低温贮箱（10）顶部的多根拉杆（20），设置在低温贮箱（10）底部的安装底座（30）；

所述拉杆（20）一端与低温贮箱（10）的顶部连接，另一端与系统框架连接；

所述安装底座（30）一端与低温贮箱（10）连接，另一端与系统框架连接；

所述拉杆（20）包括拉杆芯体（24），所述拉杆芯体（24）的两端分别设有第一转接螺母（23）和第二转接螺母（26），所述第一转接螺母（23）和第二转接螺母（26）与所述拉杆芯体（24）紧固连接；

所述拉杆（20）靠近所述第一转接螺母（23）的一端设有第一锁紧螺母（22），所述拉杆（20）靠近所述第二转接螺母（26）的一端设有第二锁紧螺母（27），通过旋转所述第一锁紧螺母（22）或者所述第二锁紧螺母（27）能够调整所述拉杆（20）的长度；

所述第一锁紧螺母（22）远离所述拉杆（20）的一端紧固设有第一接头（21），所述第二锁紧螺母（27）远离所述拉杆（20）的一端紧固设有第二接头（28）；

所述拉杆芯体（24）采用聚甲基丙烯酰亚胺硬质泡沫制成，所述拉杆芯体（24）的两端分别加工有安装槽，所述安装槽分别与所述第一转接螺母（23）和所述第二转接螺母（26）紧固连接；

所述拉杆（20）还包括复合材料层（25），所述复合材料层（25）铺设在所述第一转接螺母（23）、拉杆芯体（24）和第二转接螺母（26）的外表面所形成的凹槽内，所述复合材料层（25）为碳纤维/低温环氧树脂复合材料层，所述复合材料层（25）厚度为3~5mm。

2.根据权利要求1所述的一种空间飞行器低温贮箱的连接支撑结构，其特征在于：

所述第一接头（21）紧固设有安装支耳（40），所述拉杆（20）通过所述安装支耳（40）与系统框架相连；

所述第二接头（28）与低温贮箱（10）紧固连接。

3.根据权利要求1所述的一种空间飞行器低温贮箱的连接支撑结构，其特征在于：所述第一接头（21）、第一锁紧螺母（22）和第一转接螺母（23）与所述第二接头（28）、第二锁紧螺母（27）和第二转接螺母（26）的螺纹旋转方向相反。

4.根据权利要求2所述的一种空间飞行器低温贮箱的连接支撑结构，其特征在于：

所述安装底座（30）包括底座本体（31）和填充支撑芯体（32），所述填充支撑芯体（32）设于所述底座本体（31）的内部；

所述底座本体（31）分别与低温贮箱（10）和系统框架紧固连接。

5.根据权利要求4所述的一种空间飞行器低温贮箱的连接支撑结构，其特征在于：

所述底座本体（31）为复合材料底座，所述底座本体（31）为碳纤维/低温环氧树脂复合材料，所述底座本体（31）复合材料层的厚度为5~10mm。

6.根据权利要求4所述的一种空间飞行器低温贮箱的连接支撑结构，其特征在于：

所述填充支撑芯体（32）采用聚甲基丙烯酰亚胺硬质泡沫制成。

7.一种装配如权利要求4所述的空间飞行器低温贮箱的连接支撑结构的方法，包括如下步骤：

步骤一：将所述底座本体（31）紧固安装到低温贮箱（10）的底部，然后将所述填充支撑芯体（32）装入所述底座本体（31）内部；

步骤二：将低温贮箱（10）放置到预定的装配位置，固定底座本体（31）和系统框架；

步骤三：将所述第一锁紧螺母（22）和第二锁紧螺母（27）分别向所述第一接头（21）和第二接头（28）的方向旋转，调整所述拉杆（20）的长度至匹配的装配长度；

步骤四：将所述拉杆（20）的一端与低温贮箱（10）紧固连接，另一端与系统框架通过所述安装支耳（40）紧固连接；

步骤五：旋转所述拉杆（20）中间的主体部位收紧拉杆，然后将所述第一锁紧螺母（22）和第二锁紧螺母（27）向所述拉杆芯体（24）的方向旋转，旋转到紧固好为止。

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