CN113295056B - 一种大补偿小导管布局结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种大补偿小导管布局结构，所述的小导管由薄壁管体及其两端接管嘴组成，所述薄壁管体为壁厚不大于1mm的不锈钢导管，两端接管嘴一端为固定接头，一端为移动接头；薄壁管体主体部分交叉一次形成一个封闭环状结构，封闭环状结构位于同一平面、其外包络圆的直径范围200‑300mm；移动接头处导管轴线与上述平面垂直且与平面内封闭环状结构连接处折弯半径不小于R30；固定接头与上述封闭环状结构之间必须具有一段导管与上述平面垂直，且从上述平面伸出处导管与平面内连接处折弯半径不小于R30；所述封闭环状结构由限位装置夹紧以限制其垂直与所述平面方向的振动。

Description

一种大补偿小导管布局结构
技术领域
本发明涉及一种在运载火箭领域使用的大补偿小导管布局结构。
背景技术
在新一代可重复使用运载火箭着陆回收系统中，使用气动推冲机构将着陆腿展开，气动推冲机构的供气接口在运动过程中有较大工作位移，对供气管路提出了大补偿要求。运载火箭在飞行和着陆过程中，供气管路处于恶劣复杂的力学环境中，对供气管路结构的刚度、强度、重量及产品可靠性均有很高要求。使用传统设计的小导管布局结构不能解决大补偿的问题，而使用大补偿金属软管的布局结构又具有较大的结构质量和较低的产品可靠性。
发明内容
本发明解决的技术问题是：提供在可重复使用运载火箭领域使用的大补偿小导管布局结构，该结构具有重量小，强度高，可靠性高，补偿能力大的优点。
本发明解决技术的方案是：一种大补偿小导管布局结构，所述的小导管由薄壁管体及其两端接管嘴组成，所述薄壁管体为壁厚不大于1mm的不锈钢导管，两端接管嘴一端为固定接头，一端为移动接头；薄壁管体主体部分交叉一次形成一个封闭环状结构，封闭环状结构位于同一平面、其外包络圆的直径范围200-300mm；移动接头处导管轴线与上述平面垂直且与平面内封闭环状结构连接处折弯半径不小于R30；固定接头与上述封闭环状结构之间必须具有一段导管与上述平面垂直，且从上述平面伸出处导管与平面内连接处折弯半径不小于R30；所述封闭环状结构由限位装置夹紧以限制其垂直与所述平面方向的振动。
进一步的，所述的限位装置固有频率不低于1000Hz。
进一步的，所述的封闭环状结构为圆环状结构。
进一步的，与上述平面垂直的导管长度在100-200范围内。
进一步的，所述的不锈钢导管内径4-6mm。
进一步的，移动接头的移动轨迹所在平面应与上述平面平行。
进一步的，所述的限位装置固定在箭体上，通过柔性材料填补限位装置与导管之间的间隙。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
针对气动推冲机构工作过程中供气接口位移较大这一问题，提出大补偿小导管布局结构，在满足飞行和着陆过程中复杂的力学和热环境条件下，利用回旋形小口径金属管路本身的结构柔性补偿供气接口的位移，同时利用限位支架限制导管本身的共振，具有低成本、高可靠的优点。
本发明具有三个特点：
(1)设计了大补偿小导管布局结构，为目前可回收运载火箭上首次使用；
(2)通过圆环形导管设计，提高了小导管的补偿能力；
(3)通过限位装置抑制导管的共振，提高了小导管对振动环境的适应性。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为移动接头运动后导管的变形情况和应力分布；
图3为使用限位装置前后导管在飞行振动载荷作用下的动应力分布。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步阐述。
本发明小导管布局结构如图1所示，由小导管1、限位装置2(例如限位支架)等组成。小导管结构由管接头、薄壁管体焊接成型，材料均为不锈钢。为确保小导管布局结构有大补偿能力，对导管圆环直径、末端直线段长度、末端连接角度进行特殊设计，保证管路在高压载荷、振动载荷、位移载荷作用下有较高强度。通过限位支架抑制小导管的横向振动幅度，避免管路结构发生共振破坏。按设计曲线对无缝钢管进行折弯，再与接管嘴进行焊接。通过接管嘴与推冲装置和其他供气管路连接。限位装置通过机械加工成型，通过螺接或铆接形式固定在箭体(需要说明的是，限位装置的形式有多种，本发明视图中只是给出一种简化的示意)。
本发明经过大量的理论研究及仿真验证，给出一种优选的设计曲线形式，能够满足上述要求，具体如下：
薄壁管体两端接管嘴一端为固定接头，一端为移动接头；薄壁管体主体部分交叉一次形成一个封闭环状结构，封闭环状结构位于同一平面A、其外包络圆的直径范围200-300mm；移动接头(图1中上方接头)处导管轴线与上述平面垂直且与平面内封闭环状结构连接处折弯半径不小于R30；固定接头(图1中下方接头)与封闭环状结构之间的导管长度根据需要安装的两个接头之间的位置决定，封闭环状结构外的导管可以置于上述平面A中，也可以随意放置，但必须满足封闭环状结构与固定接头之间有一段导管与平面A垂直，且从平面A伸出处(并非一定是上述垂直段)的导管与平面内连接处折弯半径不小于R30；固定接头与基体安装结构及限位装置之间位置相对固定，移动接头，跟随运动部件一起移动。移动接头的移动轨迹所在平面应与圆环所在平面平行；
所述限位装置用于夹紧封闭环状结构，利用玻璃纤维带等柔性材料填补限位装置与导管的间隙。利用限位装置夹紧封闭环状结构使之能在平面A内自由滑动，但限制其垂直与所述平面方向的振动。限位装置应具有较大刚度，固有频率不低于1000Hz。与上述平面A垂直的不锈钢导管直线段长度在100-200mm范围内。本发明结构布局尤其适用于内径4-6mm，壁厚不大于1mm的不锈钢小导管。
为验证布局结构和限位装置的应用效果进行仿真分析，如图2所示，移动接头运动后导致导管变形，产生的最大静应力为42MPa，低于不锈钢的屈服强度，表明导管结构满足运载火箭在飞行和着陆过程中工作强度要求。如图3所示，在不使用限位装置时，在接头位移和振动载荷双重作用下，导管的最大动应力为19.3MPa；使用限位装置后，本发明布局结构最大动应力降低为5.8MPa，动强度余量显著提高，表明本发明导管结构对火箭飞行中振动环境的适应性显著增强，能够满足使用要求。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
本发明未详细说明部分属于本领域技术人员的公知常识。

Claims (7)

1.一种大补偿小导管布局结构，其特征在于：所述的小导管由薄壁管体及其两端接管嘴组成，所述薄壁管体为壁厚不大于1mm的不锈钢导管，两端接管嘴一端为固定接头，一端为移动接头；薄壁管体主体部分交叉一次形成一个封闭环状结构，封闭环状结构位于同一平面、其外包络圆的直径范围200-300mm；移动接头处导管轴线与上述平面垂直且与平面内封闭环状结构连接处折弯半径不小于30mm；固定接头与上述封闭环状结构之间必须具有一段导管与上述平面垂直，且从上述平面伸出处导管与平面内连接处折弯半径不小于30mm；所述封闭环状结构由限位装置夹紧以限制其垂直于所述平面方向的振动。
2.根据权利要求1所述的大补偿小导管布局结构，其特征在于：所述的限位装置固有频率不低于1000Hz。
3.根据权利要求1所述的大补偿小导管布局结构，其特征在于：所述的封闭环状结构为圆环状结构。
4.根据权利要求1所述的大补偿小导管布局结构，其特征在于：与上述平面垂直的导管长度在100-200mm范围内。
5.根据权利要求1所述的大补偿小导管布局结构，其特征在于：所述的不锈钢导管内径4-6mm。
6.根据权利要求1所述的大补偿小导管布局结构，其特征在于：移动接头的移动轨迹所在平面应与上述平面平行。
7.根据权利要求1所述的大补偿小导管布局结构，其特征在于：所述的限位装置固定在箭体上，通过柔性材料填补限位装置与导管之间的间隙。
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