CN112254923A - 一种用于芯级支承捆绑火箭缩比模型的捆绑连杆模拟装置 - Google Patents

一种用于芯级支承捆绑火箭缩比模型的捆绑连杆模拟装置 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种用于芯级支承捆绑火箭缩比模型风载试验的捆绑连杆模拟装置，包括固定支耳、连接钉、接头、连接杆、旋转支耳、支耳压块、减磨垫片。本捆绑连杆模拟装置通过旋转支耳绕支耳轴向转动释放芯级与助推之间径向转动自由度，通过旋转支耳绕连接杆轴向转动释放芯级与助推之间轴向平动自由度和环向转动自由度，芯级与助推之间径向平动自由度、轴向转动自由度，以及环向平动自由度通过模拟装置得以约束。该装置实现了对我国现役芯级支承捆绑运载火箭上捆绑，即Z字形三连杆捆绑结构传力方式的模拟，准确模拟捆绑连杆装置真实传力形式，实现缩比模型助推器和芯级的可靠连接。

Description

一种用于芯级支承捆绑火箭缩比模型的捆绑连杆模拟装置
技术领域
本发明属于火箭缩比模型结构设计领域，具体涉及一种用于芯级支承捆绑火箭缩比模型的捆绑连杆模拟装置。
背景技术
风载荷是箭体结构特别是尾部结构的主要设计载荷，研究火箭的地面风载荷，无论对于结构设计还是飞行控制系统设计，都有很重要的意义。由于地面风激载荷响应与火箭表面细部结构外形、动特性和风场环境密切相关，理论预计与仿真分析无法给出可用的结果，工程中均依靠地面试验来确定竖立风载，大部分型号采用缩比模型的风洞试验结果。风洞试验缩比弹性模型相比实物火箭需要满足一定的相似性要求，其中捆绑结构需要按照真实传力形式进行结构设计。
我国一般现役捆绑运载火箭助推器多采用前、后不同的捆绑连接装置与芯级连接，分别用于传递横向、轴向载荷。其中，传递横向载荷的捆绑连接装置为连杆组形式，又称捆绑连杆，连杆组装置由3根连杆组成，包括2根直杆和1根斜杆，连杆的两端采用具有转动自由度的球副，连杆组装置主要传递径向、环向载荷，起限制助推器转动自由度的作用。我国现役的芯级支承捆绑火箭，上捆绑均采用捆绑连杆装置。在对这类捆绑火箭进行缩比模型设计时，由于缩比模型芯级与助推器之间的空间有限，无法直接按照真实火箭Z字形三连杆结构进行缩比设计。
因此，需要设计一种用于火箭缩比模型风载试验的空间紧凑型捆绑连杆模拟装置，实现缩比模型助推器和芯级的可靠连接，并保证助推器在其轴向的平动自由度和其它两方向的转动自由度释放，准确模拟捆绑连杆装置真实传力形式。
发明内容
本发明公开了一种芯级支承捆绑火箭缩比模型的捆绑连杆模拟装置，通过旋转支耳绕支耳轴向转动释放芯级与助推之间径向转动自由度，通过旋转支耳绕连接杆轴向转动释放芯级与助推之间轴向平动自由度和环向转动自由度，芯级与助推之间径向平动自由度、轴向转动自由度，以及环向平动自由度通过模拟装置得以约束，不仅实现缩比模型助推器和芯级的可靠连接，而且约束助推器在轴向转动自由度、径向以及切向平动自由度，释放其轴向的平动自由度和其它两方向的转动自由度。
一种用于芯级支承捆绑火箭缩比模型风载试验的捆绑连杆模拟装置，设置在芯级支承捆绑火箭风载试验缩比模型中芯级和助推之间的上捆绑点，包括固定连接在助推筒段侧筒外表面的支耳压块；固定在芯级筒段的固定支耳；其特征在于，所述捆绑连杆模拟装置还包括旋转支耳，所述旋转支耳的平整面与支耳压块凹槽对接压紧，另一凸起面与助推筒段捆绑垫块压紧；具有两个通道的接头从旋转支耳中空部分穿过，接头一端的通道与旋转支耳的凸起面对齐并通过连接杆进行连接，接头另一端穿过固定支耳并与其连接。
优选地，所述支耳压块与助推筒段接触部分设置减磨垫片。
优选地，所述支耳压块与助推筒段通过紧固件连接，包括从助推筒段里侧穿出的六角头全螺纹螺栓；螺栓头与助推筒表面之间设置垫圈和弹簧垫圈。
优选地，所述固定支耳通过紧固件连接，包括从芯级筒段里侧穿出的六角头全螺纹螺栓；螺栓头与芯级筒段表面之间设置垫圈和弹簧垫圈。
优选地，所述固定支耳在芯级筒段结构捆绑连接区域设置内外垫块，筒段外表面的垫块为曲面，内表面的垫块为平面。
优选地，所述连接杆与接头通过六角头全螺纹螺栓连接；螺栓头与接头表面之间设置垫圈和弹簧垫圈。
优选地，所述固定支耳通过连接钉与接头进行连接，连接钉从固定支耳和接头另一端的通道中穿过，连接钉与固定支耳外表面之间垫有螺母和垫圈。
优选地，所述捆绑连杆模拟装置各部分配件使用30CrMnSiA材料。
优选地，所述配件包括固定支耳，支耳压块，减磨垫片，旋转支耳，接头，连接钉，连接杆。
一种芯级支承捆绑火箭缩比模型的捆绑连杆模拟装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
A.支耳压块将旋转支耳安装到助推筒段捆绑垫块上；
B.在芯级筒段上安装固定支耳；
C.固定支耳与旋转支耳连接；
D.转动旋转支耳，释放自由度。
优选地，步骤A中的具体实现方法为：旋转支耳的平整面与支耳压块凹槽对接压紧，另一凸起面与助推筒段捆绑垫块压紧。
优选地，步骤B的具体实现方法为：固定支耳通过紧固件固定到芯级筒段，在芯级筒段结构捆绑连接区域设置内外垫块，紧贴筒段的垫块为曲面，另一面的垫块为平面。
优选地，步骤C的具体实现方法：固定支耳与旋转支耳通过接头进行连接，接头从旋转支耳中空部分穿过，接头一端的通道与旋转支耳的支耳端对齐并通过连接杆进行连接；接头与固定支耳通过连接钉与进行连接，连接钉从固定支耳(1)和接头另一端的通道中穿过并紧固连接。
优选地，步骤D的具体实现方法：旋转支耳绕支耳轴向转动释放芯级筒段与助推筒段之间径向转动自由度；旋转支耳绕连接杆轴向转动释放芯级筒段与助推筒段之间的轴向平动自由度和环向转动自由度。
本发明提供的用于芯级支承捆绑火箭缩比模型风载试验的捆绑连杆模拟装置，解决了缩比模型芯级与助推器之间的空间有限，缩比模型上捆绑装置无法直接按照Z字形三连杆结构进行缩比设计的问题，具体包括以下有益效果：
(1)模拟捆绑连杆装置真实传力形式，通过旋转支耳绕支耳轴向转动释放芯级与助推之间径向转动自由度，通过旋转支耳绕连接杆轴向转动释放芯级与助推之间轴向平动自由度和环向转动自由度；
(2)旋转支耳处于支耳压块与减磨垫片形成的空腔，芯级筒段与助推筒段之间径向平动自由度、轴向转动自由度，以及环向平动自由度通过模拟装置得以约束。
附图说明
图1是本发明实施例一的捆绑连杆模拟装置主视示意图；
图2是本发明实施例一的支耳压块结构示意图；
图3是本发明实施例一的固定支耳结构示意图；
图4是本发明实施例一的旋转支耳结构示意图；
图5是本发明实施例一的接头结构示意图；
图6是本发明实施例一的连接杆结构示意图；
图7是本发明实施例一的减磨垫片结构示意图；
图8是本发明实施例一的捆绑连杆模拟装置左侧视示意图；
图9是本发明实施例一的捆绑连杆模拟装置右侧视示意图；
图10是本发明实施例一的捆绑连杆模拟装置俯视截面示意图。
附图标识：
1-固定支耳，2-支耳压块，3-减磨垫片，4-旋转支耳，5-接头，6-连接钉，7-连接杆，8-1、8-2、8-3-六角头全螺纹螺栓，9-1、9-2、9-3、9-4-垫圈，10-1、10-2、10-3-弹簧垫圈，11螺母。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案做进一步详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域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，都属于本发明要求保护的范围。
实施例一
本申请实施例公开了一种用于芯级支承捆绑火箭缩比模型风载试验的捆绑连杆模拟装置，如图1所示，包括固定连接在助推筒段侧筒外表面的支耳压块2，如图2所示；固定在芯级筒段的固定支耳1，如图3所示；所述捆绑连杆模拟装置还包括旋转支耳4，如图4所示，所述旋转支耳4的平整面与支耳压块2凹槽对接压紧，另一凸起面与助推筒段捆绑垫块压紧；具有两个通道的接头5如图5所示，接头5从旋转支耳4中空部分穿过，接头5一端的通道与旋转支耳4的凸起面对齐并通过连接杆7进行连接，连接杆7如图6所示，接头5另一端穿过固定支耳1并与其连接。
所述捆绑连杆模拟装置设置在芯级支承捆绑火箭风载试验缩比模型中芯级和助推之间的上捆绑点。
从捆绑连杆模拟装置两侧的结构形式看，固定支耳1侧结构的连续性较好，只有若干个螺钉光孔，并有内、外垫块的加强，承载性能较好，因此固定支耳1侧宜位于竖立支承筒段上，而旋转支耳4侧结构传力路径有弯折，承载性能较差，因此旋转支耳4侧宜位于非支承筒段上。
所述支耳压块2与助推筒段接触部分设置减磨垫片3，如图7所示。
如图8所示，所述支耳压块2与助推筒段通过紧固件连接，包括从助推筒段里侧穿出的M10六角头全螺纹螺栓8-1；螺栓头与助推筒表面之间设置垫圈9-1和弹簧垫圈10-1。
如图9所示，所述固定支耳1通过紧固件连接，包括从芯级筒段里侧穿出的六角头全螺纹螺栓8-2；螺栓头与芯级筒段表面之间设置垫圈9-2和弹簧垫圈10-2。
所述固定支耳1在芯级筒段结构捆绑连接区域设置内外垫块，筒段外表面的垫块为曲面，内表面的垫块为平面。
所述连接杆7与接头5通过六角头全螺纹螺栓8-3连接；螺栓头与接头(5)表面之间设置垫圈9-3和弹簧垫圈10-3。
如图10所示，所述固定支耳1通过连接钉6与接头5进行连接，连接钉6从固定支耳1和接头5另一端的通道中穿过，连接钉6与固定支耳1外表面之间垫有螺母11和垫圈9-4。
捆绑连杆模拟装置中有转动部件，存在相互摩擦与滑动，为减小部件之间摩擦效应，本实施例中固定支耳1，支耳压块2，减磨垫片3，旋转支耳4，接头5，连接钉6，连接杆7均采用高硬度的30CrMnSiA材料和高光洁度表面加工方法。其余可采用标准紧固件。
实施例二
本申请实施例公开了一种芯级支承捆绑火箭缩比模型风载试验的捆绑连杆模拟装置的使用方法，包括以下步骤：
A.支耳压块2将旋转支耳4安装到助推筒段捆绑垫块上；
B.在芯级筒段上安装固定支耳1；
C.固定支耳1与旋转支耳4连接；
D.转动旋转支耳4，释放自由度。
步骤A的具体实现方法为：旋转支耳4的平整面与支耳压块2凹槽对接压紧，另一凸起面与助推筒段捆绑垫块压紧。
步骤B的具体实现方法为：固定支耳1通过紧固件固定到芯级筒段，在芯级筒段结构捆绑连接区域设置内外垫块，紧贴筒段的垫块为曲面，另一面的垫块为平面。
步骤C的具体实现方法：固定支耳1与旋转支耳4通过接头5进行连接，接头5从旋转支耳4中空部分穿过，接头5一端的通道与旋转支耳4的支耳端对齐并通过连接杆7进行连接；接头5与固定支耳1通过连接钉6与进行连接，连接钉6从固定支耳1和接头5另一端的通道中穿过并紧固连接。
步骤D的具体实现方法：旋转支耳4绕支耳轴向转动释放芯级筒段与助推筒段之间径向转动自由度；旋转支耳4绕连接杆7轴向转动释放芯级筒段与助推筒段之间的轴向平动自由度和环向转动自由度。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽范围。

Claims (14)

1.一种用于芯级支承捆绑火箭缩比模型风载试验的捆绑连杆模拟装置，设置在芯级支承捆绑火箭风载试验缩比模型中芯级和助推之间的上捆绑点，包括固定连接在助推筒段侧筒外表面的支耳压块(2)；固定在芯级筒段的固定支耳(1)；其特征在于，所述捆绑连杆模拟装置还包括旋转支耳(4)，所述旋转支耳(4)的平整面与支耳压块(2)凹槽对接压紧，另一凸起面与助推筒段捆绑垫块压紧；具有两个通道的接头(5)从旋转支耳(4)中空部分穿过，接头(5)一端的通道与旋转支耳(4)的凸起面对齐并通过连接杆(7)进行连接，接头(5)另一端穿过固定支耳(1)并与其连接。
2.根据权利要求1所述的捆绑连杆模拟装置，其特征在于，所述支耳压块(2)与助推筒段接触部分设置减磨垫片(3)。
3.根据权利要求1所述的捆绑连杆模拟装置，其特征在于，所述支耳压块(2)与助推筒段通过紧固件连接，包括从助推筒段里侧穿出的六角头全螺纹螺栓(8-1)；螺栓头与助推筒表面之间设置垫圈(9-1)和弹簧垫圈(10-1)。
4.根据权利要求1所述的捆绑连杆模拟装置，其特征在于，所述固定支耳(1)通过紧固件连接，包括从芯级筒段里侧穿出的六角头全螺纹螺栓(8-2)；螺栓头与芯级筒段表面之间设置垫圈(9-2)和弹簧垫圈(10-2)。
5.根据权利要求1所述的捆绑连杆模拟装置，其特征在于，所述固定支耳(1)在芯级筒段结构捆绑连接区域设置内外垫块，筒段外表面的垫块为曲面，内表面的垫块为平面。
6.根据权利要求1所述的捆绑连杆模拟装置，其特征在于，所述连接杆(7)与接头(5)通过六角头全螺纹螺栓(8-3)连接；螺栓头与接头(5)表面之间设置垫圈(9-3)和弹簧垫圈(10-3)。
7.根据权利要求1所述的捆绑连杆模拟装置，其特征在于，所述固定支耳(1)通过连接钉(6)与接头(5)进行连接，连接钉(6)从固定支耳(1)和接头(5)另一端的通道中穿过，连接钉(6)与固定支耳(1)外表面之间垫有螺母(11)和垫圈(9-4)。
8.根据权利要求1-7任一所述的捆绑连杆模拟装置，其特征在于，所述捆绑连杆模拟装置各部分配件使用30CrMnSiA材料。
9.根据权利要求8任一所述的捆绑连杆模拟装置，其特征在于，所述配件包括固定支耳(1)，支耳压块(2)，减磨垫片(3)，旋转支耳(4)，接头(5)，连接钉(6)，连接杆(7)。
10.一种用于芯级支承捆绑火箭缩比模型风载试验的捆绑连杆模拟装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
A.支耳压块(2)将旋转支耳(4)安装到助推筒段捆绑垫块上；
B.在芯级筒段上安装固定支耳(1)；
C.固定支耳(1)与旋转支耳(4)连接；
D.转动旋转支耳(4)，释放自由度。
11.根据权利要求10所述的捆绑连杆模拟装置捆绑连杆模拟装置的使用方法，步骤A中的具体实现方法为：旋转支耳(4)的平整面与支耳压块(2)凹槽对接压紧，另一凸起面与助推筒段捆绑垫块压紧。
12.根据权利要求10所述的捆绑连杆模拟装置捆绑连杆模拟装置的使用方法，步骤B的具体实现方法为：固定支耳(1)通过紧固件固定到芯级筒段，在芯级筒段结构捆绑连接区域设置内外垫块，紧贴筒段的垫块为曲面，另一面的垫块为平面。
13.根据权利要求10所述的捆绑连杆模拟装置捆绑连杆模拟装置的使用方法，步骤C的具体实现方法：固定支耳(1)与旋转支耳(4)通过接头(5)进行连接，接头(5)从旋转支耳(4)中空部分穿过，接头(5)一端的通道与旋转支耳(4)的支耳端对齐并通过连接杆(7)进行连接；接头(5)与固定支耳(1)通过连接钉(6)与进行连接，连接钉(6)从固定支耳(1)和接头(5)另一端的通道中穿过并紧固连接。
14.根据权利要求10所述的捆绑连杆模拟装置捆绑连杆模拟装置的使用方法，步骤D的具体实现方法：旋转支耳(4)绕支耳轴向转动释放芯级筒段与助推筒段之间径向转动自由度；旋转支耳(4)绕连接杆(7)轴向转动释放芯级筒段与助推筒段之间的轴向平动自由度和环向转动自由度。
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