CN114560105A - 一种运载火箭焊接铝蜂窝整流罩及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种运载火箭焊接铝蜂窝整流罩及其制备方法，属于运载火箭技术领域，运载火箭焊接铝蜂窝整流罩包括罩本体，所述罩本体包括圆锥段和圆筒段两个结构段，所述圆锥段和圆筒段均采用焊接铝蜂窝板制成，所述焊接铝蜂窝板通过本体面板、本体背板和本体蜂窝芯板钎焊而成，位于同一结构段中相邻的焊接铝蜂窝板通过焊接方式连接，所述圆锥段和圆筒段之间通过环框铆接或焊接，所述环框和与其相邻的焊接铝蜂窝板通过焊接方式连接，本发明满足整流罩隔热、降噪、长寿命、低成本、高效率高等要求，性能优越，大幅减轻了整体重量，实现轻量化，同时，工艺简单，有利于提高生产效率。
Description
技术领域
本发明属于运载火箭技术领域，具体地说涉及一种运载火箭焊接铝蜂窝整流罩及其制备方法。
背景技术
整流罩是运载火箭的重要组成部分，它是流线形的，并安装在火箭的顶部。运载火箭升空前，整流罩在地面保护航天器，保证航天器对温度、湿度、洁净度的要求。当运载火箭升空在大气中飞行时，整流罩用于保护卫星及其它有效载荷，防止卫星受气动力、气动加热及声振等有害环境的影响。当运载火箭飞出大气层后，整流罩将沿箭体纵向分成两半并被抛开，完成它的使命，以减轻运载火箭总重量。根据运载任务的不同，每种型号的运载火箭都具有一种或多种形状的整流罩。
整流罩的结构分为圆锥-圆筒形和圆锥-圆筒-倒锥形两种，按结构形式，整流罩可分为半硬壳式铝合金铆接结构、复合材料夹层和铝合金蜂窝夹芯复合结构。半硬壳式铝合金铆接结构是由蒙皮、桁条、隔框铆接而成的半硬壳式结构。目前，复合材料夹层一般采用碳纤维夹层，复合材料夹层和铝合金蜂窝夹芯胶粘连接而成，存在耐温性差、脱胶、起鼓等不可修复的缺陷，同时，该类复合结构整体重量较重，工艺过程繁多且复杂，生产效率低，修复困难，生产成本高，无法满足轻量化、工艺简单化以及低成本的要求。
发明内容
针对现有技术的种种不足，为了解决上述问题，现提出一种运载火箭焊接铝蜂窝整流罩及其制备方法。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种运载火箭焊接铝蜂窝整流罩，包括罩本体，所述罩本体包括圆锥段和圆筒段两个结构段，所述圆锥段和圆筒段均采用焊接铝蜂窝板制成，所述焊接铝蜂窝板通过本体面板、本体背板和本体蜂窝芯板钎焊而成，位于同一结构段中相邻的焊接铝蜂窝板通过焊接方式连接，所述圆锥段和圆筒段之间通过环框铆接或焊接，所述环框和与其相邻的焊接铝蜂窝板通过焊接方式连接。
进一步，位于同一结构段中相邻的焊接铝蜂窝板拼接处设有铝蜂窝补强衬板，且相邻的焊接铝蜂窝板分别与铝蜂窝补强衬板通过焊接方式连接，相邻的焊接铝蜂窝板通过焊接方式连接。
进一步，所述铝蜂窝补强衬板通过补强面板、补强背板和补强蜂窝芯板钎焊而成，且铝蜂窝补强衬板位于本体面板、本体背板之间，即铝蜂窝补强衬板的高度与本体蜂窝芯板的高度相同。
进一步，所述环框成对设置，成对设置的环框分别与不同的结构段焊接，成对设置的环框之间铆接。
进一步，所述环框依次包括连接段、过渡段和固定段，所述连接段与焊接铝蜂窝板通过焊接方式连接，所述固定段作为自由端。
进一步，成对设置的两个环框的固定段通过铆钉铆接。
进一步，所述连接段嵌入焊接铝蜂窝板内部并与焊接铝蜂窝板通过焊接方式连接，所述连接段的厚度小于过渡段的厚度，以形成便于焊接的第一台阶，所述固定段的厚度小于过渡段的厚度，以形成便于铆接的第二台阶。
进一步，所述连接段、过渡段和固定段呈直线结构。
优选的，成对设置的两个环框的固定段相搭接并通过铆钉铆接。
优选的，成对设置的两个环框的固定段相拼接形成拼接槽，所述拼接槽的槽底设有连接板，且固定段与连接板通过铆钉铆接。
进一步，所述连接段与焊接铝蜂窝板相接处均开设匹配的且包含多个台阶的阶梯面，促使连接段与焊接铝蜂窝板错位焊接。
进一步，所述连接段与固定段呈直角结构，所述过渡段的两端分别与连接段、固定段相连。
进一步，所述环框分别与不同的结构段焊接并铆接。
进一步，所述环框依次包括第一嵌入段、过渡段和第二嵌入段，所述第一嵌入段、第二嵌入段分别嵌入不同的焊接铝蜂窝板内部并焊接，且第一嵌入段、第二嵌入段分别与不同的焊接铝蜂窝板铆接。
进一步，所述罩本体包括两个呈半圆形的子罩体，且两个子罩体之间通过边框铆接，所述边框和与其相邻的焊接铝蜂窝板通过焊接方式连接。
进一步，所述边框与环框的结构相同，也就是说，边框与焊接铝蜂窝板之间的连接方式、成对设置的边框之间的连接方式均与环框相同，此处不再赘述。
进一步，所述结构段依次包括前锥段、圆筒段和后锥段，其中，所述后锥段为倒圆锥，所述前锥段和后锥段的母线均为直线。
进一步，所述圆筒段沿轴向分为两个子圆筒段，两个子圆筒段之间通过连接框铆接，且连接框和与其相邻的焊接铝蜂窝板通过焊接方式连接。
进一步，所述连接框与环框的结构相同，也就是说，连接框与焊接铝蜂窝板之间的连接方式、成对设置的连接框之间的连接方式均与环框相同，此处不再赘述。
进一步，所述结构段依次包括第三圆锥段、圆筒段，其中，所述第三圆锥段的母线为冯卡门曲线。
进一步，所述结构段依次包括第三圆锥段、圆筒段，其中，所述第三圆锥段的母线为抛物线。
另，本发明还提供一种运载火箭焊接铝蜂窝整流罩的制备方法，依据结构设计，通过模压成型以及钎焊方式制作焊接铝蜂窝板，将焊接铝蜂窝板与铝蜂窝补强衬板、焊接铝蜂窝板与型材拼焊分别形成各结构段，所述型材包括环框、边框和连接框，组焊各结构段，即可。
进一步，所述焊接铝蜂窝板与铝蜂窝补强衬板之间、相邻的焊接铝蜂窝板之间均采用第一焊接方式；
所述第一焊接方式采用熔化极氩弧焊，焊丝为AL Mg5Cr(A)-S AL5356-φ1.2mm，保护气体为氩气，气体流量为20-25L/min，焊接速度为50±3cm/min，焊接电流为185±15A，焊接电压为22±4V。
进一步，所述焊接铝蜂窝板与型材之间采用第二焊接方式；
所述第二焊接方式采用熔化极氩弧焊，焊丝为AL Mg5Cr(A)-S AL5356-φ1.2mm，保护气体为氩气，气体流量为20-25L/min，焊接速度为42±3cm/min，焊接电流为185±15A，焊接电压为22±4V。
本发明的有益效果是：
1、结构段采用焊接铝蜂窝板制成，充分利用焊接铝蜂窝板承载高、质量轻、抗冲击、耐温性和可焊接性等特点，满足整流罩隔热、降噪、长寿命、低成本、高效率高等要求，性能优越，同时，大幅减轻了整体重量，实现轻量化。
2、焊接铝蜂窝板的规格可依据结构设计需求灵活变更，具有可修复性，显著降低了成品的报废率，有利于控制成本。
3、相比于现有技术的复杂工艺，采用模压成型、钎焊以及激光焊接工艺，工艺稳定且简单化，有利于提高生产效率和降低成本。
4、各结构段相接处无需预埋连接件，工艺简单，提高制造的便利性，有利于提高生产效率。
5、在相邻的焊接铝蜂窝板拼接处设有铝蜂窝补强衬板，有助于增加焊缝的有效厚度，减小焊接变形和焊接热影响区软化，同时，增加了本体面板和本体背板的局部厚度，提高了本体面板和本体背板的承载能力，局部强度得到加强。
附图说明
图1是运载火箭焊接铝蜂窝整流罩的一种实施方式的结构示意图；
图2是图1中子罩体的结构示意图；
图3是图2中前锥段的结构示意图；
图4是图2中后锥段的结构示意图；
图5是相邻的焊接铝蜂窝板的装配示意图；
图6是环框与焊接铝蜂窝板的一种实施方式的装配示意图；
图7是环框与焊接铝蜂窝板的另一种实施方式的装配示意图；
图8是环框与焊接铝蜂窝板的另一种实施方式的装配示意图；
图9是环框与焊接铝蜂窝板的另一种实施方式的装配示意图；
图10是运载火箭焊接铝蜂窝整流罩的另一种实施方式的结构示意图；
图11是运载火箭焊接铝蜂窝整流罩的另一种实施方式的结构示意图。
附图中：1-罩本体、2-子罩体、3-边框、4-前锥段、5-子圆筒段、6-后锥段、7-焊接铝蜂窝板、8-环框、9-连接框、10-铝蜂窝补强衬板、11-连接板。
具体实施方式
为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。此外，以下实施例中提到的方向用词，例如“上”“下”“左”“右”等仅是参考附图的方向，因此，使用的方向用词是用来说明而非限制本发明创造。
实施例一：
如图1-图4所示，一种运载火箭焊接铝蜂窝整流罩，包括罩本体1，所述罩本体1包括圆锥段和圆筒段两个结构段，所述圆锥段和圆筒段均采用焊接铝蜂窝板7制成，位于同一结构段中相邻的焊接铝蜂窝板7通过焊接方式连接，所述圆锥段和圆筒段之间通过环框8铆接或焊接，所述环框8和与其相邻的焊接铝蜂窝板7通过焊接方式连接。
如图5所示，位于同一结构段中相邻的焊接铝蜂窝板7拼接处设有铝蜂窝补强衬板10，且相邻的焊接铝蜂窝板7分别与铝蜂窝补强衬板10通过焊接方式连接，相邻的焊接铝蜂窝板7通过焊接方式连接。
所述焊接铝蜂窝板7通过本体面板、本体背板和本体蜂窝芯板钎焊而成，所述铝蜂窝补强衬板10通过补强面板、补强背板和补强蜂窝芯板钎焊而成，且铝蜂窝补强衬板10位于本体面板、本体背板之间，即铝蜂窝补强衬板10的高度与本体蜂窝芯板的高度相同。其中，本体面板、本体背板、本体蜂窝芯板、补强面板、补强背板和补强蜂窝芯板均采用铝合金材料制成。本实施例中，本体蜂窝芯板和补强蜂窝芯板均由多个六边形铝箔晶格拼接而成，六边形铝箔晶格焊接在一起，提高承载能力。
以焊接铝蜂窝板7为例，其采用硬质钎焊焊接而成，所有节点均为焊接连接，中间未添加任何非金属材料和有毒有害物质，其为纯金属结构，具有环保性、耐高温、良好的减震吸能性和可焊接性。对焊接铝蜂窝板7与其它复合材料进行性能检测，结果如表1所示。其中，焊接铝蜂窝板7的规格为2mm铝板本体面板+15mm本体蜂窝芯板+1mm铝板本体面板。胶粘蜂窝板的规格为2mm铝板面板+15mm蜂窝芯+1mm铝板背板，采用胶粘方式连接。
表1：
所述环框8成对设置，成对设置的环框8分别与不同的结构段焊接，成对设置的环框8之间铆接，具体的，所述环框8依次包括连接段、过渡段和固定段。
所述连接段、过渡段和固定段呈直线结构，所述连接段嵌入焊接铝蜂窝板7内部并与焊接铝蜂窝板7通过焊接方式连接，所述固定段作为自由端。所述连接段的厚度小于过渡段的厚度，以形成便于焊接的第一台阶，所述固定段的厚度小于过渡段的厚度，以形成便于铆接的第二台阶。成对设置的两个环框8的固定段通过铆钉铆接。如图6所示，成对设置的两个环框8的固定段相搭接并通过铆钉铆接。此外，如图7所示，成对设置的两个环框8的固定段相拼接形成拼接槽，所述拼接槽的槽底设有连接板11，且固定段与连接板11通过铆钉铆接。
所述连接段与固定段呈直角结构，所述过渡段的两端分别与连接段、固定段相连。如图8所示，所述连接段与焊接铝蜂窝板7相接处均开设匹配的且包含多个台阶的阶梯面，促使连接段与焊接铝蜂窝板7错位焊接。
所述环框8分别与不同的结构段焊接并铆接。具体的，如图9所示，所述环框8依次包括第一嵌入段、过渡段和第二嵌入段，所述第一嵌入段、第二嵌入段分别嵌入不同的焊接铝蜂窝板7内部并焊接，且第一嵌入段、第二嵌入段分别与不同的焊接铝蜂窝板7铆接。
所述罩本体1包括两个呈半圆形的子罩体2，且两个子罩体2之间通过边框3铆接，所述边框3和与其相邻的焊接铝蜂窝板7通过焊接方式连接。所述边框3与环框8的结构相同，也就是说，边框3与焊接铝蜂窝板7之间的连接方式、成对设置的边框3之间的连接方式均与环框8的连接方式相同，此处不再赘述。
本实施例中，所述结构段依次包括前锥段4、圆筒段和后锥段6，前锥段4和后锥段6的母线均为直线。以子罩体2为例，前锥段4用4块焊接铝蜂窝板7拼接而成，所述后锥段6为倒圆锥，后锥段6用2块焊接铝蜂窝板7拼接而成。所述圆筒段沿轴向分为两个子圆筒段5，两个子圆筒段5之间通过连接框9铆接，且连接框9和与其相邻的焊接铝蜂窝板7通过焊接方式连接。其中，子圆筒段5用4块焊接铝蜂窝板7拼接而成。所述连接框9与环框8的结构相同，也就是说，连接框9与焊接铝蜂窝板7之间的连接方式、成对设置的连接框9之间的连接方式均与环框8的连接方式相同，此处不再赘述。
本发明还提供一种运载火箭焊接铝蜂窝整流罩的制备方法，具体为：
依据结构设计，通过模压成型以及钎焊方式制作焊接铝蜂窝板7，将焊接铝蜂窝板7与铝蜂窝补强衬板10、焊接铝蜂窝板7与型材拼焊分别形成各结构段，所述型材包括环框8、边框3和连接框9，组焊各结构段，即可。
其中，所述焊接铝蜂窝板7与铝蜂窝补强衬板10之间、相邻的焊接铝蜂窝板7之间均采用第一焊接方式。所述第一焊接方式采用熔化极氩弧焊，焊丝为AL Mg5Cr(A)-SAL5356-φ1.2mm，保护气体为氩气，气体流量为20-25L/min，焊接速度为50±3cm/min，焊接电流为185±15A，焊接电压为22±4V。
其中，所述焊接铝蜂窝板7与型材之间采用第二焊接方式，所述第二焊接方式采用熔化极氩弧焊，焊丝为AL Mg5Cr(A)-S AL5356-φ1.2mm，保护气体为氩气，气体流量为20-25L/min，焊接速度为42±3cm/min，焊接电流为185±15A，焊接电压为22±4V。
本实施例中，前锥段4的制备方法为：两块焊接铝蜂窝板7组成一个模块，并分别与边框3、环框8焊接在一起组成两个子部件，两个子部件分别加工，保证组装接口的精度。然后，两个子部件用氩弧焊焊接在一起，焊接时分段交替焊接，边框3用工装夹紧固定，以防焊接变形。
子圆筒段5的制备方法为：两块焊接铝蜂窝板7组成一个模块，并分别与边框3、环框8、连接框9焊接在一起组成两个子部件，两个子部件分别加工，保证组装接口的精度。然后，两个子部件用氩弧焊沿轴向中心母线焊接在一起，从内部向外焊接。再将两个子圆筒段5铆接形成圆筒段。
后锥段6的制备方法为：两块焊接铝蜂窝板7沿轴向中心母线焊接在一起，从内部向外焊接。
本实施例制备的运载火箭焊接铝蜂窝整流罩进行性能检测，结果如下：
1、隔声性良好，可以达到26分贝以上，能够有效保护因为震动对电子器件的破坏。
2、隔热性良好，导热系数K为0.5589W/㎡·K，能够有效保护应摩擦产生的热量对电器电气元件的破坏。
3、耐温性良好，焊接铝蜂窝板7是纯金属复合材料耐温性好，180℃时，力学性能下降15％；220℃时，力学性能下降25％；250℃时，力学性能下降30％。
4、材料环保性良好，纯金属复合材料可直接回收、无烟无毒。
实施例二：
本实施例与实施例一相同的部分不再赘述，不同的是：
如图10所示，所述结构段依次包括前锥段4、圆筒段和后锥段，其中，所述前锥段4的母线为冯卡门曲线，其中，前锥段4、圆筒段和后锥段均采用焊接铝蜂窝板7制成，焊接铝蜂窝板7的规格可依据结构设计需求灵活变更，然后钎焊并模压成型。
实施例三：
本实施例与实施例一相同的部分不再赘述，不同的是：
如图11所示，所述结构段依次包括前锥段4、圆筒段和后锥段，其中，所述前锥段4的母线为抛物线，其中，前锥段4、圆筒段和后锥段均采用焊接铝蜂窝板7制成，焊接铝蜂窝板7的规格可依据结构设计需求灵活变更，然后钎焊并模压成型。
以上已将本发明做一详细说明，以上所述，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能限定本发明实施范围，即凡依本申请范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖范围内。
Claims (10)
1.一种运载火箭焊接铝蜂窝整流罩，其特征在于，包括罩本体，所述罩本体包括圆锥段和圆筒段两个结构段，所述圆锥段和圆筒段均采用焊接铝蜂窝板制成，所述焊接铝蜂窝板通过本体面板、本体背板和本体蜂窝芯板钎焊而成，位于同一结构段中相邻的焊接铝蜂窝板通过焊接方式连接，所述圆锥段和圆筒段之间通过环框铆接或焊接，所述环框和与其相邻的焊接铝蜂窝板通过焊接方式连接。
2.根据权利要求1所述的一种运载火箭焊接铝蜂窝整流罩，其特征在于，位于同一结构段中相邻的焊接铝蜂窝板拼接处设有铝蜂窝补强衬板，且相邻的焊接铝蜂窝板分别与铝蜂窝补强衬板通过焊接方式连接，相邻的焊接铝蜂窝板通过焊接方式连接。
3.根据权利要求2所述的一种运载火箭焊接铝蜂窝整流罩，其特征在于，所述铝蜂窝补强衬板通过补强面板、补强背板和补强蜂窝芯板钎焊而成，且铝蜂窝补强衬板位于本体面板、本体背板之间。
4.根据权利要求1所述的一种运载火箭焊接铝蜂窝整流罩，其特征在于，所述环框成对设置，成对设置的环框分别与不同的结构段焊接，成对设置的环框之间铆接。
5.根据权利要求4所述的一种运载火箭焊接铝蜂窝整流罩，其特征在于，所述环框依次包括连接段、过渡段和固定段，所述连接段与焊接铝蜂窝板通过焊接方式连接，所述固定段作为自由端，成对设置的两个环框的固定段通过铆钉铆接。
6.根据权利要求1所述的一种运载火箭焊接铝蜂窝整流罩，其特征在于，所述环框分别与不同的结构段焊接并铆接，所述环框依次包括第一嵌入段、过渡段和第二嵌入段，所述第一嵌入段、第二嵌入段分别嵌入不同的焊接铝蜂窝板内部并焊接，且第一嵌入段、第二嵌入段分别与不同的焊接铝蜂窝板铆接。
7.根据权利要求1-6任一所述的一种运载火箭焊接铝蜂窝整流罩，其特征在于，所述罩本体包括两个呈半圆形的子罩体，且两个子罩体之间通过边框铆接，所述边框和与其相邻的焊接铝蜂窝板通过焊接方式连接。
8.根据权利要求7所述的一种运载火箭焊接铝蜂窝整流罩，其特征在于，所述圆锥段的母线为直线、冯卡门曲线或抛物线。
9.一种采用权利要求8所述的运载火箭焊接铝蜂窝整流罩的制备方法，其特征在于，依据结构设计，通过模压成型以及钎焊方式制作焊接铝蜂窝板，将焊接铝蜂窝板与铝蜂窝补强衬板、焊接铝蜂窝板与型材拼焊分别形成各结构段，所述型材包括环框、和边框，组焊各结构段。
10.根据权利要求9所述的一种运载火箭焊接铝蜂窝整流罩的制备方法，其特征在于，所述拼焊和组焊均采用熔化极氩弧焊，保护气体为氩气，气体流量为20-25L/min，焊接电流为185±15A，焊接电压为22±4V。
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