CN114151232A - 一种适用于重复使用火箭的贮箱防晃结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于重复使用火箭的贮箱防晃装置，包括外壳体、单向阀组件；所述外壳体为半封闭结构，用于与贮箱出流口形成一个蓄流空间，所述外壳体四周均匀设置导向阀安装孔，每个导向阀安装孔内安装单向阀组件；每个单向阀组件包括导向壳体、拉簧和导向堵头；所述导向壳体用于与所述安装孔内壁固连，导向堵头与所述导向壳体之间通过拉簧接触密封连接，当贮箱内推进剂压力超过所述拉簧拉力时，贮箱内推进剂由导向堵头与导向壳体之间的间隙进入所述蓄流空间。

Description

一种适用于重复使用火箭的贮箱防晃结构

技术领域

本发明适用于重复使用液体火箭贮箱结构，具体涉及一种新型箱内防晃装置的贮箱结构。

背景技术

贮箱是液体火箭不可或缺的关键结构组成之一，在承担火箭推进剂携带基本功能的同时，还要承受复杂内压、外压、轴压、与弯矩载荷。在箭体飞行过程中，推进剂随着飞行不断消耗而减少，同时伴随箭体姿态变化、发动机和气动载荷产生巨大振动影响，因此箱内推进剂液面晃动不可避免，而晃动程度直接影响箭体飞行质心控制和结构承力。通常液体晃动抑制方法是在贮箱内安装各种各样的防晃挡板，当流线的方向垂直于隔板面时，隔板可以很好地抑制液体的晃动。传统火箭隔板的种类很多，分为水平固定隔板、竖直固定隔板及环形隔板等，有效抑制了。然而，随着重复使用火箭研制的提出，火箭飞行和回收过程姿态的巨大变化，防晃板的承载量级已发生数量级增长，而且多次发动机点火启动对传统防晃板装置还提出了蓄留推进剂功能的迫切需求，据此提出了一种适用于重复使用贮箱防晃结构设计，消除飞行和回收使用条件下箭体贮箱内推进剂液面晃动的影响。

发明内容

本发明解决的技术问题是：通过新型的贮箱防晃结构设计，实现可重复使用贮箱的推进剂液面晃动抑制，提高防晃结构的可靠性，同时实现推进剂的变姿态蓄留，提高重复使用火箭控制可靠性。

本发明解决技术的方案是：一种适用于重复使用火箭的贮箱防晃装置，包括外壳体、单向阀组件；所述外壳体为半封闭结构，用于与贮箱出流口形成一个蓄流空间，所述外壳体四周均匀设置导向阀安装孔，每个导向阀安装孔内安装单向阀组件；每个单向阀组件包括导向壳体、拉簧和导向堵头；所述导向壳体用于与所述安装孔内壁固连，导向堵头与所述导向壳体之间通过拉簧接触密封连接，当贮箱内推进剂压力超过所述拉簧拉力时，贮箱内推进剂由导向堵头与导向壳体之间的间隙进入所述蓄流空间。

优选的，所述导向堵头为带法兰的半球结构，所述导向壳体主体为圆柱形筒体结构，所述筒体一端设置用于与导向阀安装孔内壁固连的法兰，另一端设置喇叭口；所述喇叭口与所述半球结构之间在拉簧拉力作用下接触形成线密封。

优选的，导向堵头的球头外半径R2的取值范围为

倍的R1，R1为导向壳体圆柱形筒体的内半径R1，同时导向距离H即喇叭口的长度应小于R2。

优选的，装配过程中拉簧的根数为N，一般3≤N≤10，且按单向阀组件中心轴线径向均匀阵列分布，安装状态单向阀组件为闭合状态，即导向壳体和导向堵头为接触状态。

优选的，拉簧的单根预紧力F取值范围在(P1-P2)/N×2％～(P1-P2)/N×10％；其中贮箱内侧压力为P1，出流口的需求工作压力为P2。

优选的，所述蓄流空间体积占贮箱体积的1％-5％。

优选的，所述外壳体主体为球形，球面均布至少3个导向阀安装孔。

一种重复使用火箭贮箱，包括上底、筒段、下底、内隔板、出流法兰、前短壳和后短壳以及所述的防晃装置。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)本发明通过采用内隔板和防晃装置的双重推进剂防晃结构设计，使箭体在最大限度降低推进剂液面晃动的影响，同时实现了推进剂稳定蓄留功能，从而提高了重复使用火箭多次点火功能实现。

(2)本发明的防晃装置一方面可以发挥传统蓄压器抑制振动效果，还取代了传统十字隔板消漩器装置，通过了一个装置多功能集成，较少了结构废重，提升了贮箱结构效率。

(3)采用球形设计防晃装置的设计，有效提高了箱底承载能力，同时多单向通道的推进剂流道设计，实现了火箭各种姿态重复点火飞行工况适应能力。

(4)通过防晃装置中拉簧预紧力的精确控制设计，保证了导流单向阀组件的顺利打开与闭合，实现了贮箱推进剂的有效出流控制。。

附图说明

图1为适用于重复使用防晃贮箱结构理论图；

图2为防晃装置的球形壳体示意图；

图3为防晃装置的导向阀组件示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步阐述。

本发明贮箱由上底、筒段、下底、内隔板、防晃装置和出流法兰五部分组成，通过前短壳和后短壳连接到箭体舱段上。其中上底、筒段、下底、前短壳、后的短壳、防晃装置和出流法兰均通过焊接连接。内隔板通过螺栓与角焊在贮箱内部的角片连接，内隔板可以采用环形板或者扇形板形式，安装数量可根据需要安装即可，以降低整体液面晃动。经过优化分析，防晃装置主结构外形为球形，设置多个推进剂的单向流道，进一步消除液面晃动对出流的影响，并保证重复使用发动机点火推进剂蓄留功能。

在整个贮箱工作过程中，一方面，通过内隔板，防止了推进剂液面在飞行方向的剧烈晃动；另一方面，防晃装置通过带有缓冲设计的单向流道，既保证推进剂在相对稳定压力条件下从箱内进入出流口法兰，又可保证重复使用箭体在飞行和回收时姿态突变时不会出现推进剂逆向流入箱内，保证发动机多次点火启动，实现重复使用贮箱推进剂管理功能。

实施例

如图1、图2所示，整个贮箱由上底1、筒段2、下底3、内隔板4、内隔板5、出流法兰6、防晃装置7、前短壳8和后短壳9组成。整个贮箱通过前短壳8和后短壳9与箭体的舱段结构连接。其中上底1、筒段2、下底3、出流法兰6、防晃装置7、前短壳8和后短壳9均通过焊接连接。内隔板4、和内隔板5通过螺栓与角焊在贮箱内部的角片连接。

防晃装置7由外壳体10、导向阀组件11焊接组成。外壳体10均匀设置导向阀安装孔。单向阀组件11由导向壳体11-1、拉簧11-2和导向堵头11-3组成，三者通过螺栓连接形成整体后，再通过焊接的方式将导向壳体11与球形壳体10共同组成防晃装置7。导向壳体11-1的内半径R1，导向堵头11-3球头外半径R2的取值范围为

倍的R1，同时导向距离H应小于R2。装配过程中拉簧11-2的根数为N，一般2≤N≤10，且安装时按导向阀组件中心轴线径向均匀阵列分布，安装状态导向阀组件为闭合状态，即导向壳体11-1和导向堵头11-3为接触状态。贮箱内侧压力为P1，出流口法兰6的需求工作压力为P2，拉簧11-2的单根预紧力F取值范围在(P1-P2)/N×2％～(P1-P2)/N×10％。

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。

Claims (8)

1.一种适用于重复使用火箭的贮箱防晃装置，其特征在于：包括外壳体、单向阀组件；所述外壳体为半封闭结构，用于与贮箱出流口形成一个蓄流空间，所述外壳体四周均匀设置导向阀安装孔，每个导向阀安装孔内安装单向阀组件；每个单向阀组件包括导向壳体、拉簧和导向堵头；所述导向壳体用于与所述安装孔内壁固连，导向堵头与所述导向壳体之间通过拉簧接触密封连接，当贮箱内推进剂压力超过所述拉簧拉力时，贮箱内推进剂由导向堵头与导向壳体之间的间隙进入所述蓄流空间。

2.根据权利要求1所述的贮箱防晃装置，其特征在于：所述导向堵头为带法兰的半球结构，所述导向壳体主体为圆柱形筒体结构，所述筒体一端设置用于与导向阀安装孔内壁固连的法兰，另一端设置喇叭口；所述喇叭口与所述半球结构之间在拉簧拉力作用下接触形成线密封。

3.根据权利要求2所述的贮箱防晃装置，其特征在于：导向堵头的球头外半径R2的取值范围为

倍的R1，R1为导向壳体圆柱形筒体的内半径R1，同时导向距离H即喇叭口的长度应小于R2。

4.根据权利要求1所述的贮箱防晃装置，其特征在于：装配过程中拉簧的根数为N，一般3≤N≤10，且按单向阀组件中心轴线径向均匀阵列分布，安装状态单向阀组件为闭合状态，即导向壳体和导向堵头为接触状态。

5.根据权利要求4所述的贮箱防晃装置，其特征在于：拉簧的单根预紧力F取值范围在(P1-P2)/N×2％～(P1-P2)/N×10％；其中贮箱内侧压力为P1，出流口的需求工作压力为P2。

6.根据权利要求1所述的贮箱防晃装置，其特征在于：所述蓄流空间体积占贮箱体积的1％-5％。

7.根据权利要求1所述的贮箱防晃装置，其特征在于：所述外壳体主体为球形，球面均布至少3个导向阀安装孔。

8.一种重复使用火箭贮箱，包括上底、筒段、下底、内隔板、出流法兰、前短壳和后短壳；其特征在于包括权利要求1-7之一所述的防晃装置。

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