CN113386981B - 一种波纹式锥柱形隔膜贮箱 - Google Patents

一种波纹式锥柱形隔膜贮箱 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种波纹式锥柱形隔膜贮箱，包括：贮箱壳体和翻转隔膜；翻转隔膜由凸面冠区、波纹式锥柱区、弯环区和直筒区组成；凸面冠区的型面与贮箱壳体封头型面一致；波纹式锥柱区由若干外凸环、内凹环和过渡直环组成；弯环区用于诱导隔膜翻转，直筒区用于翻转隔膜和贮箱壳体的装配；翻转隔膜在外压作用下，弯环区、波纹式锥柱区以及凸面冠区依次完成规则翻转至最终工作型面实现推进剂供给功能。本发明解决了目前锥柱形隔膜贮箱的隔膜结构在翻转过程中产生褶皱、偏心等不规则变形的问题，将金属隔膜结构由球形、类球形或椭球形拓展至锥柱形，是现有金属隔膜贮箱的重要发展和有益补充。

Description

一种波纹式锥柱形隔膜贮箱
技术领域
本发明涉及飞行器液体的贮存与管理领域，具体涉及一种波纹式锥柱形隔膜贮箱。
背景技术
推进剂贮箱作为飞行器的重要组成部分，具有贮存和管理推进剂的功能。金属隔膜贮箱因具有工作原理简单、可靠性高、排放效率高、不受干扰加速度影响等特点，被广泛应用于变轨和姿态调整频繁、机动性要求高的飞行器。此外，金属隔膜贮箱具有强度高、耐腐蚀性好、变形过程可控、抗渗透性好的特点，可解决液体晃动、精准控制和长期贮存的难题，显著提高飞行器的寿命和机动性，具有广阔的应用前景。
金属隔膜贮箱工作时，增压气体挤压隔膜，将推进剂输送至管路，期间隔膜经历了从上凸状态翻转至下凹状态的弹塑性大变形过程。目前金属隔膜结构都为球形、类球形或椭球形，以确保其在翻转过程中不产生褶皱、偏心等不规则变形问题。而在目前隔膜结构基础上，直接增加大角度锥柱段得到锥柱形隔膜无法避免上述问题，进而隔膜无法完成规则翻转变形。因此，目前金属隔膜贮箱仅适用于球形、类球形和椭球形安装的航天器，无法应用于柱形安装结构的航天器。
为此，本发明所提供的波纹式锥柱形隔膜贮箱有效解决了目前此类隔膜翻转过程中产生的褶皱和偏心问题，将金属隔膜结构由球形、类球形或椭球形拓展至锥柱形，是现有金属隔膜贮箱的重要发展和有益补充。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术的锥柱形翻转隔膜贮箱由于隔膜径向失稳和偏心导致无法有效管理推进剂的问题，提供一种不工作时能够贮存液体并将液体与工作区隔离、工作时通过隔膜翻转完成推进剂供给的贮箱。
为了达到上述的目的，本发明提供一种波纹式锥柱形隔膜贮箱，包括：贮箱壳体1和翻转隔膜2；
所述翻转隔膜2包括：凸面冠区21、波纹式锥柱区22、弯环区23和直筒区24；
所述凸面冠区21的型面与贮箱壳体1封头型面一致；
所述波纹式锥柱区22包括：外凸环221、内凹环222和过渡直环223；
所述弯环区23用于诱导隔膜翻转，所述直筒区24用于翻转隔膜2和贮箱壳体1的装配；
所述翻转隔膜2在外压作用下，弯环区23、波纹式锥柱区22以及凸面冠区21依次完成规则翻转至最终工作型面25，实现推进剂供给功能。
上述一种波纹式锥柱形隔膜贮箱，其中，贮箱壳体1为全金属结构、金属内衬外部复合材料缠绕结构、全复合材料结构之一。
上述一种波纹式锥柱形隔膜贮箱，其中，所述翻转隔膜2由金属或非金属制成，壁厚为0.2mm～3mm。
上述一种波纹式锥柱形隔膜贮箱，其中，所述翻转隔膜2的凸面冠区21型面呈半球形或半椭球形。
上述一种波纹式锥柱形隔膜贮箱，其中，所述翻转隔膜2的波纹式锥柱区22内倾角度α为70°～90°。
上述一种波纹式锥柱形隔膜贮箱，其中，所述翻转隔膜2的波纹式锥柱区22波纹呈同轴或螺旋分布。
上述一种波纹式锥柱形隔膜贮箱，其中，所述翻转隔膜2的波纹式锥柱区22相邻两外凸环221圆弧半径r1不应大于中间内凹环222圆弧半径r2；波纹式锥柱区22的每个外凸环221外径D1、每个内凹环222内径D2可以相等或不相等。
上述一种波纹式锥柱形隔膜贮箱，其中，所述翻转隔膜2波纹式锥柱区22的相邻过渡直环223夹角β为0°～90°；波纹式锥柱区22的呈螺旋分布的波纹可以为单线或多线螺旋，每线的导程和导程角可以相等或不相等。
上述一种波纹式锥柱形隔膜贮箱，其中，所述翻转隔膜2的弯环区23圆弧半径r3不小于波纹式锥柱区22中所有外凸环221圆弧半径r1的最大值r1max。
上述一种波纹式锥柱形隔膜贮箱，其中，所述翻转隔膜2的弯环区23外径D3不小于波纹锥柱段22的所有外凸环221外径D1的最大值D1max。
与现有技术相比，本发明的技术有益效果是：
1)波纹式锥柱形隔膜贮箱解决了传统金属隔膜结构无法应用于大角度锥柱形的问题，拓展了金属隔膜贮箱的应用场景；
2)波纹式隔膜较传统隔膜贮箱可在保持隔膜刚度不变的前提下进一步降低隔膜壁厚，降低隔膜重量；
3)波纹式锥柱形隔膜贮箱较目前含加强筋小角度锥形隔膜贮箱，排放压差稳定、压差突变小；
4)波纹式锥柱形隔膜贮箱力学环境适应性强、安全性好、可靠性高。
附图说明
本发明的一种波纹式锥柱形隔膜贮箱由以下的实施例及附图给出。
图1为本发明提供的波纹式锥柱形隔膜贮箱结构示意图；
图2为本发明提供的同轴环形波纹式锥柱形隔膜贮箱示意图；
图3为本发明提供的螺旋环形波纹式锥柱形隔膜贮箱示意图。
图中：贮箱壳体1、翻转隔膜2、凸面冠区21、波纹式锥柱区22、弯环区23、直筒区24、最终工作型面25、外凸环221、内凹环222、过渡直环223、外凸环圆弧半径r1、内凹环圆弧半径r2、弯环区圆弧半径r3、外凸环外径D1、内凹环内径D2、弯环区外径D3、内倾角度α、过渡直环夹角β。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明的一种波纹式锥柱形隔膜贮箱作进一步的详细描述。
如图1所示，根据本发明提供的一种波纹式锥柱形隔膜贮箱，包括：贮箱壳体1和翻转隔膜2；
翻转隔膜2由凸面冠区21、波纹式锥柱区22、弯环区23和直筒区24组成；
凸面冠区21型面与贮箱壳体1封头型面一致；
波纹式锥柱区22由若干外凸环221、内凹环222和过渡直环223组成；
弯环区23用于诱导隔膜翻转，直筒区24用于翻转隔膜2和贮箱壳体1的装配；
翻转隔膜2在外压作用下，弯环区23、波纹式锥柱区22以及凸面冠区21依次完成规则翻转至最终工作型面25，实现推进剂供给功能。
实施例一：
参见图2，一种波纹式锥柱形隔膜贮箱，包括：贮箱壳体1和翻转隔膜2。翻转隔膜2由凸面冠区21、波纹式锥柱区22、弯环区23和直筒区24组成。其中，凸面冠区21型面与隔膜工作贮箱封头型面一致；波纹式锥柱区22由若干外凸环221、内凹环222和过渡直环223组成；弯环区23用于诱导隔膜翻转，直筒区24用于翻转隔膜2和贮箱壳体1的装配；翻转隔膜2在外压作用下，弯环区23、波纹式锥柱区22以及凸面冠区21依次完成规则翻转至最终工作型面25，实现推进剂供给功能。
具体地，在本实施例中，所述贮箱壳体1为全金属结构；
具体地，在本实施例中，所述翻转隔膜2采用金属制成，壁厚为1mm；
具体地，在本实施例中，所述凸面冠区21的型面呈半球形；
具体地，在本实施例中，所述波纹式锥柱区22内倾角度α为90°；
具体地，在本实施例中，所述波纹式锥柱区22的波纹呈同轴分布；
具体地，在本实施例中，所述波纹式锥柱区22的外凸环221圆弧半径r1均为4mm，中间内凹环222圆弧半径r2均为3mm；
具体地，在本实施例中，所述波纹式锥柱区22的每个外凸环221外径D1均相等，每个内凹环222内径D2均相等；
具体地，在本实施例中，所述波纹式锥柱区22的相邻过渡直环223夹角β为0°；
具体地，在本实施例中，所述弯环区23圆弧半径r3不应小于波纹式锥柱区22中外凸环221圆弧半径r1的最大值r1max，取r3＝4.5mm；
具体地，在本实施例中，所述弯环区23外径D3不应小于波纹式锥柱区22的所有外凸环221外径D1的最大值D1max，取D3＝D1max+4mm。
实施例二：
本实施例是基于实施例一的一种改进方式。
具体地，在本实施例中，所述贮箱壳体1为金属内衬外部复合材料缠绕结构；
具体地，在本实施例中，所述翻转隔膜2采用非金属材料制成，壁厚为1.5mm；
具体地，在本实施例中，所述凸面冠区21的型面呈半椭球形；
具体地，在本实施例中，所述波纹式锥柱区22内倾角度α为80°；
具体地，在本实施例中，所述波纹式锥柱区22的波纹呈螺旋分布；
具体地，在本实施例中，所述波纹式锥柱区22的外凸环221圆弧半径r1和中间内凹环222圆弧半径r2均由凸面冠区21至弯环区23逐渐增大，r1变化范围为2mm～3mm，r2变化范围为3mm～4mm；
具体地，在本实施例中，所述波纹式锥柱区22的外凸环221外径D1和内凹环222内径D2均由凸面冠区21至弯环区23逐渐增大。
具体地，在本实施例中，所述波纹式锥柱区22的相邻过渡直环223夹角β为60°；
具体地，在本实施例中，所述波纹式锥柱区22的呈螺旋分布的波纹为单线螺旋。
实施例三：
本实施例是基于实施例二的一种改进方式。
具体地，在本实施例中，所述贮箱壳体1为全复合材料结构；
具体地，在本实施例中，所述波纹式锥柱区22的呈螺旋分布的波纹为2线螺旋，每线螺旋的导程和导程角相等。
以上仅为本发明的部分实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的概念、精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种波纹式锥柱形隔膜贮箱，其特征在于，包括：贮箱壳体(1)和翻转隔膜(2)；
所述翻转隔膜(2)包括：凸面冠区(21)、波纹式锥柱区(22)、弯环区(23)和直筒区(24)；
所述凸面冠区(21)的型面与贮箱壳体(1)封头型面一致；
所述波纹式锥柱区(22)包括：外凸环(221)、内凹环(222)和过渡直环(223)；
所述弯环区(23)用于诱导隔膜翻转，所述直筒区(24)用于翻转隔膜(2)与贮箱壳体(1)的装配；
所述翻转隔膜(2)在外压作用下，弯环区(23)、波纹式锥柱区(22)以及凸面冠区(21)依次完成规则翻转至最终工作型面(25)，实现推进剂供给功能；
所述波纹式锥柱区(22)内倾角度α为70°～90°；
所述波纹式锥柱区(22)的波纹呈同轴或螺旋分布；
所述波纹式锥柱区(22)的相邻两外凸环(221)圆弧半径r1不大于中间内凹环(222)圆弧半径r2；
所述波纹式锥柱区(22)的相邻过渡直环(223)夹角β为0°～90°。
2.如权利要求1所述的一种波纹式锥柱形隔膜贮箱，其特征在于，所述贮箱壳体(1)为全金属结构、金属内衬外部复合材料缠绕结构、全复合材料结构之一。
3.如权利要求1所述的一种波纹式锥柱形隔膜贮箱，其特征在于，所述翻转隔膜(2)由金属或非金属材料制成，壁厚为0.2mm～3mm。
4.如权利要求3所述的一种波纹式锥柱形隔膜贮箱，其特征在于，所述凸面冠区(21)的型面呈半球形或半椭球形。
5.如权利要求3所述的一种波纹式锥柱形隔膜贮箱，其特征在于，所述弯环区(23)圆弧半径r3不小于波纹式锥柱区(22)中所有外凸环(221)圆弧半径r1的最大值r1max。
6.如权利要求3所述的一种波纹式锥柱形隔膜贮箱，其特征在于，所述弯环区(23)外径D3不小于波纹锥柱区 (22)的所有外凸环(221)外径D1的最大值D1max。
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