CN114715442B - 载人航天器的头锥结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种载人航天器的头锥结构，载人航天器的头锥结构中，圆锥壳体包括开口的底部和闭合的顶部，所述底部和顶部之间具有光滑的外壁和相对于所述外壁的内壁，至少一个双滑道纵筋固定于所述内壁且自所述底部朝向顶部纵向延伸，一对凸台平行地固定于所述双滑道纵筋且沿着所述双滑道纵筋纵向延伸以在头锥结构安装中导向和定位，多个纵向连接孔设于所述双滑道纵筋且位于其上的一对凸台之间以装配头锥结构。载人航天器的头锥结构质量轻、强度高且装配便捷精准。

Description

载人航天器的头锥结构

技术领域

本发明涉及载人航天器技术领域，尤其涉及一种载人航天器的头锥结构。

背景技术

头锥结构作为载人航天器结构的重要组成部分，是实现紧急情况下人员安全撤离危险区、实现再入返回地面的重要支撑结构之一。在紧急情况下，头锥结构需要具备承受短时大载荷、气动稳定和安装逃逸设备等功能。现有技术中为了满足短时大载荷承载要求，采用不锈钢或树脂基复合材料制备头锥结构；为了满足气动稳定的要求，头锥采用锥形结构形式，外表面无其他凸出连接位置，为了满足内部设备安装的便宜性，现阶段头锥采用分瓣+纵向螺接结构形式，在锥形结构内部设计设备安装平台，提供设备安装位置。

但是，随着新型载人航天器对头锥结构的轻量化和功能要求的提高，现有技术的头锥结构设计技术无法满足头锥质量、刚度、质心配平等指标要求：不锈钢或树脂基复合材料加上支架制备的头锥结构质量较大，需开展进一步减重工作；分瓣式加纵向螺接的结构形式尽管总装方便，但结构整体刚度偏低，不满足结构基频要求；为了适应整个航天器对结构质心的要求，头锥结构应满足质心较高、头部质量较重。现有技术中的整体头锥结构所带来问题也较为明显：(1)整体头锥结构在安装时，由于无法目视头锥结构的位置，无法精确控制头锥结构与其内部设备安装平台、设备之间的相对位置，极易造成头锥结构磕碰设备安装平台或设备的风险；(2)整体头锥结构在与其下端柱段结构连接时，需采用内翻边内连接的模式，而整体头锥结构无法实现内翻边的内连接模式；(3)采用传统的头锥结构均匀性壁厚的设计思想，无法满足头锥结构适应调整头锥结构质心高度，提升质心配置效率的要求。

在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的目的是提供一种载人航天器的头锥结构，实现整体头锥结构与内部设备平台在装配过程中的导向、定位和精度控制，避免头锥结构磕碰设备安装平台或设备的风险；能够实现整体头锥结构与其他柱段结构上端面的可视化连接，增加操作的便宜性和精准性；可以兼顾头锥结构质心配置要求，提高质心配置效率。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明的一种载人航天器的头锥结构包括：

圆锥壳体，其包括开口的底部和闭合的顶部，所述底部和顶部之间具有光滑的外壁和相对于所述外壁的内壁，

至少一个双滑道纵筋，其固定于所述内壁且自所述底部朝向顶部纵向延伸，

一对凸台，其平行地固定于所述双滑道纵筋且沿着所述双滑道纵筋纵向延伸以在头锥结构安装中导向和定位，

多个纵向连接孔，其设于所述双滑道纵筋且位于其上的一对凸台之间以装配头锥结构。

所述的一种载人航天器的头锥结构中，所述至少一个双滑道纵筋自所述底部朝向顶部延伸的长度为圆锥壳体底部至顶部距离的三分之一至三分之二。

所述的一种载人航天器的头锥结构中，所述多个双滑道纵筋相对于圆锥壳体的中心轴线对称分布。

所述的一种载人航天器的头锥结构中，所述底部设有朝向圆锥壳体内翻折的内翻边，所述内翻边设有对齐所述双滑道纵筋的豁口。

所述的一种载人航天器的头锥结构中，所述内翻边设有多个连接孔，头锥壳体在所述连接孔的对应位置设有可视化开口，通过可视化开口将螺钉穿过所述连接孔。

所述的一种载人航天器的头锥结构中，所述头锥壳体在可视化开口位置处设有内翻边加强腹板，内翻边加强腹板上端与圆锥壳体为一体且下端与内翻边为一体以包裹所述可视化开口。

所述的一种载人航天器的头锥结构中，所述可视化开口形状为椭圆形组合矩形。

所述的一种载人航天器的头锥结构中，所述圆锥壳体为镁合金材料。

所述的一种载人航天器的头锥结构中，所述圆锥壳体靠近顶部的内壁设有至少一条环向加强筋。

所述的一种载人航天器的头锥结构中，所述圆锥壳体从底部朝向顶部逐渐增加壁厚。

在上述技术方案中，本发明提供的一种载人航天器的头锥结构，具有以下有益效果：与现有技术相比，本头锥结构为整体头锥结构。在整体头锥结构与内部设备安装平台连接位置，通过在加强纵筋上设计“双滑道”及其中间的纵向连接台阶通孔，与内部设备安装平台形成“双滑道”界面连接方式，不仅可以起到精确导向作用，使得头锥结构沿着滑道顺利、精确下落至柱段结构上端面，解决了头锥结构在装配过程中无法精确控制头锥结构与内部设备安装平台的相对位置和精度等问题，也避免了头锥结构与设备安装平台或设备的磕碰划伤的风险。同时，在“双滑道”凸台也可以为头锥结构有效提升横向抗剪切能力，辅以其凸台中间的螺纹连接，共同保证头锥结构与内部设备安装平台之间的可靠连接。内翻边局部可视化开口加上锥形加强腹板设计，通过在头锥内翻边与柱段结构上端面连接相应位置，设计椭圆组合矩形开口，使得头锥结构内翻边与柱段结构上端面的内连接成为可能，解决头锥结构内翻边内连接不可视、操作不便等问题，大幅度提升操作便宜性、可视性和精准性。提出头锥结构壳体变壁厚和顶部大尺寸加强筋设计思路，由头锥结构底部到头锥结构顶部，通过逐渐过渡增加头锥结构的壳体壁厚和增大加强筋的尺寸，使得头锥结构的顶部质量占比显著增加，避免传统的头锥结构在设计师需要考虑内部进行质心配重的问题，提高了头锥结构质心的配置效率，同时也解决了头锥结构顶部刚度较弱等问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种载人航天器的头锥结构的结构示意图。

图2为本发明实施例提供的一种载人航天器的头锥结构的双滑道加强筋的结构示意图。

图3为本发明实施例提供的一种载人航天器的头锥结构的内翻边的结构示意图。

图4为本发明实施例提供的一种载人航天器的头锥结构的壳体梯度化变壁厚的结构示意图。

图5为本发明实施例提供的一种载人航天器的头锥结构的底视示意图。

图6为本发明实施例提供的一种载人航天器的头锥结构的侧视示意图。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。

参见图1-6所示，在一个实施例中，本发明的一种载人航天器的头锥结构包括，

圆锥壳体1，其包括开口的底部和闭合的顶部4，所述底部和顶部4之间具有光滑的外壁和相对于所述外壁的内壁，

至少一个双滑道纵筋2，其固定于所述内壁且自所述底部朝向顶部4纵向延伸，

一对凸台9，其平行地固定于所述双滑道纵筋2且沿着所述双滑道纵筋2纵向延伸以在头锥结构安装中导向和定位，

多个纵向连接孔5，其设于所述双滑道纵筋2且位于其上的一对凸台9之间以装配头锥结构。

所述的一种载人航天器的头锥结构的优选实施例中，所述至少一个双滑道纵筋2自所述底部朝向顶部4延伸的长度为圆锥壳体1底部至顶部4距离的三分之一至三分之二。

所述的一种载人航天器的头锥结构的优选实施例中，所述多个双滑道纵筋2相对于圆锥壳体1的中心轴线对称分布。

所述的一种载人航天器的头锥结构的优选实施例中，所述底部设有朝向圆锥壳体1内翻折的内翻边7，所述内翻边7设有对齐所述双滑道纵筋2的豁口。

所述的一种载人航天器的头锥结构的优选实施例中，所述内翻边7设有多个连接孔8，头锥壳体在所述连接孔8的对应位置设有可视化开口3，通过可视化开口3将螺钉穿过所述连接孔8。

所述的一种载人航天器的头锥结构的优选实施例中，所述头锥壳体在可视化开口3位置处设有内翻边7的加强腹板10，内翻边7的加强腹板10上端与圆锥壳体1为一体且下端与内翻边7为一体以包裹所述可视化开口3。

所述的一种载人航天器的头锥结构的优选实施例中，所述可视化开口3形状为椭圆形组合矩形。

所述的一种载人航天器的头锥结构的优选实施例中，所述豁口为梯形豁口。

所述的一种载人航天器的头锥结构的优选实施例中，所述圆锥壳体1靠近顶部4的内壁设有至少一条环向加强筋11。

所述的一种载人航天器的头锥结构的优选实施例中，所述圆锥壳体1从底部朝向顶部4逐渐增加壁厚。

在一个实施例中，所述圆锥壳体1为底部开口的锥球回转体，所述外壁没有向外凸出于外壁表面的部件。

在一个实施例中，所述环向加强筋11设置在远离所述至少一个双滑道纵筋2的内壁上。

在一个实施例中，纵向连接孔5为纵向连接台阶通孔。

在一个实施例中，远离所述至少一个双滑道纵筋2的内壁上设有阵列排布的环向连接孔6，其用于装配头锥结构和内部设备。

在一个实施例中，凸台9为截面为矩形或弧形的凸起部。进一步地，凸起部设有用于配合导向的导向部，所述导向部包括导向凸棱或导向凹槽。

在一个实施例中，高强度镁合金材料头锥结构为了解决整体头锥结构在安装于柱段结构上端面时，无法目视精确控制整体头锥结构与内部设备平台或设备之间的相对位置和精度，在头锥结构与内部设备安装平台的4个安装界面上，头锥结构壳体中设计4个对应的纵向加强筋2，每个加强筋上设计2个滑道的凸台9，在纵向加强筋表面形成“双滑道”的凸台9。通过“双滑道”的凸台9嵌入设备安装平台的对应位置，保证整体头锥在装配时沿着“双滑道”逐渐下落直到与柱段结构上端面接触。在双滑道的凸台9的中间同时设计纵向连接台阶通孔与内部设备安装平台通过螺钉连接。另外，为了适应双滑道的凸台9的设计和头锥结构的装配，头锥结构的内翻边7的法兰在对应的双滑道的凸台9位置设计梯形豁口，满足头锥结构在沿着双滑道的凸台9下落时的空间要求。需要特别注意的是，头锥结构对应的设备安装平台对应位置应设计为双滑道凹槽，以适应双滑道模式的实施。本发明所涉及的一种载人航天器用高强度镁合金材料头锥结构为了解决头锥结构与柱段结构上端面装配时的盲连接问题，头锥结构壳体在内翻边7与柱段结构上端面连接点的对应位置设计椭圆组合矩形可视化开口3。在实际操作过程中，操作人员通过可视化开口3，将螺钉穿过头锥结构的内翻边7的法兰上的通孔，旋拧入柱段结构上端面的螺纹孔中，实现在头锥结构外侧穿钉连接、固定，保证局部连接和操作的方便性和可视性。同时，为了增强可视化开口3局部位置的承载能力，在开口局部位置设计锥形的加强腹板10，通过锥形的加强腹板10弥补或增强头锥结构壳体局部的承载能力。

本发明所涉及的一种载人航天器用高强度镁合金材料头锥结构为了兼顾头锥结构质心配置，适应质心高度的调整要求，头锥结构采用变厚度设计。头锥结构与设备安装平台连接的高度范围内，结构的壁厚设计尺寸相对较小，随着向头锥结构的顶部4过渡，壁厚逐渐增大。并且，在头锥结构的顶部4通过增大球头半径，显著增加头锥结构的顶部4质量占比，提升头锥结构质心的配置效率。同时，在头锥上部的环向设计2条大尺寸的环向加强筋11，环向加强筋11不仅增加了头锥结构的横向刚度，同时也一定程度上增加了头锥结构上部的质量，进一步有利于头锥结构质心的适应性调整。进一步地，从底部朝向顶部方向上，多个环向加强筋11分布于内壁且朝顶部方向逐渐增加尺寸。

在一个实施例中，本发明提出一种适用于载人航天器用高强度镁合金材料的头锥结构，能够实现整体头锥结构与内部设备平台在装配过程中的相对位置和精度，实现整体头锥结构与柱段结构顶端的内翻边法兰可视性连接，实现兼顾整体头锥结构质心配置。如图1所示，头锥结构为一个整体结构件，其包括一体的圆锥壳体1、4个双滑道纵筋2、26个可视化开口3、头锥的顶部4、四处共28个头锥结构与内部设备安装平台纵向连接台阶通孔5、26个头锥结构与内部设备安装平台环向连接孔6、内翻边7、26个内翻边与柱段的连接孔8、8个双滑道的凸台9、26个内翻边的加强腹板10、2个顶部大尺寸的环向加强环筋11。头锥结构与其他结构的接口主要为：通过头锥结构下端面26个内翻边与柱段连接孔8与柱段结构上端进行连接，通过28个头锥接头与内部设备安装平台纵向连接孔5与内部平台结构连接，通过26个头锥结构与内部设备安装平台环向连接孔6与内部平台结构连接。

如图2所示，为了保证整体头锥结构在吊起后可以顺利的实现与内部平台的连接和装配，头锥结构在与内部平台连接的对应位置设计4个双滑道纵筋2，在每个双滑道纵筋2上根据承载的要求，设计7个头锥结构与内部设备安装平台纵向连接台阶通孔5，后续可采用螺钉穿过通孔与内部平台的螺纹孔进行连接。为了保证头锥结构自顶端向下端下降过程中不磕碰内部平台或设备，在每个双滑道纵筋2上设计2个凸台9，形成单个双滑道纵筋2上的双滑道结构形式。在头锥结构下降过程中，双滑道的凸台9嵌入内部平台的凹槽中，双滑道的凸台9在头锥结构下降的过程中起到导向和定位的作用,控制头锥结构与内部设备安装平台或设备之间的相对位置和进度。通过控制适应性吊具下降速度和高度，实现头锥结构的定向、位置和进度可控的准确下降，直至头锥结构的内翻边7与对应柱段结构上端面接触。

如图3所示，为了实现整体头锥结构内翻边7与对应柱段结构上端面的连接，头锥结构在内翻边7上设计了26个内翻边与柱段连接孔8。通过在26个内翻边与柱段的连接孔8的头锥结构壳体的对应位置设计26个可视化开口3，在实际安装过程中，操作人员通过可视化开口3将螺钉穿过内翻边与柱段连接孔8与柱段结构上端面螺纹孔进行给连接。可视化开口3的设计解决了整体头锥结构在与柱段结构上端面连接时不可视、操作不便等问题，使得整体头锥结构通过内翻边7与柱段结构上端面的内连接可视、可行。同时，由于头锥结构在壳体上设计了26个可视化开口3，导致壳体在局部力学性能下降，通过在26个可视化开口3的对应位置设计26个内翻边的加强腹板10，26个内翻边加强腹板10上端与头锥结构壳体为一体、下端与内翻边7为一体，包裹于26个内翻边与柱段的连接孔8和可视化开口3周围，保证头锥结构在该局部的力学性能。

如图4所示，为了适应头锥结构质心位置高的配置要求，在头锥结构满足承载要求的前提下，通过梯度化的变壁厚设计，增大头锥结构上部尤其是头锥顶部4的质量占比。在头锥结构与内部设备安装平台环向连接孔6至内翻边7的圆锥壳体1区域，圆锥壳体1的壁厚设计为相对较薄的尺寸；而在头锥结构与内部设备安装平台环向连接孔6至头锥的顶部4的圆锥壳体1区域，壳体的壁厚尺寸则相对较厚，并设计2个顶部大尺寸的环向加强环筋11，顶部大尺寸的环向加强环筋11相对于头锥结构与内部设备安装平台环向连接孔6至内翻边7的圆锥壳体1区域内的环向加强环筋11，其厚度和径向设计尺寸均大幅度增加；在头锥顶部4位置增大球头半径，实现球锥光滑过渡的同时，进一步增加头锥顶部4的质量。通过圆锥壳体1的变厚度设计、头锥顶部4球头半径的增大设计和顶部大尺寸的环向加强环筋11设计，较大程度上提升了头锥结构的执行高度，大幅度提升了头锥结构的执行配置效率。同时，顶部大尺寸的环向加强环筋11的设计，也解决了顶部由于其余内部设备安装平台无相应连接点所带来的刚度较弱等问题。

本发明兼顾头锥结构装配过程中导向、定位和精度控制的双滑道结构设计，头锥结构的双滑道纵筋2上的双滑道结构形式，可实现整体头锥结构内翻边7与柱段结构上端面内连接可视化开口3设计，可视化内翻边可视化开口3加锥形的加强腹板10的结构形式，大面积的圆锥壳体1变壁厚、头锥顶部4变球头半径的结构设计使得本发明轻质、强度高且便于装配。

最后应该说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (8)

1.一种载人航天器的头锥结构，其特征在于，其包括：

圆锥壳体，其包括开口的底部和闭合的顶部，所述底部和顶部之间具有光滑的外壁和相对于所述外壁的内壁，

多个双滑道纵筋，其固定于所述内壁且自所述底部朝向顶部纵向延伸，

一对凸台，其平行地固定于所述双滑道纵筋且沿着所述双滑道纵筋纵向延伸以在头锥结构安装中导向和定位，所述凸台在所述双滑道纵筋上构成滑道，

多个纵向连接孔，其设于所述双滑道纵筋且位于其上的一对凸台之间以装配头锥结构,所述底部设有朝向圆锥壳体内翻折的内翻边，所述内翻边设有对齐所述双滑道纵筋的豁口,所述内翻边设有多个连接孔，头锥壳体在所述连接孔的对应位置设有可视化开口，通过可视化开口将螺钉穿过所述连接孔。

2.根据权利要求1所述的一种载人航天器的头锥结构，其特征在于，所述多个双滑道纵筋自所述底部朝向顶部延伸的长度为圆锥壳体底部至顶部距离的三分之一至三分之二。

3.根据权利要求1所述的一种载人航天器的头锥结构，其特征在于，所述多个双滑道纵筋相对于圆锥壳体的中心轴线对称分布。

4.根据权利要求1所述的一种载人航天器的头锥结构，其特征在于，所述头锥壳体在可视化开口位置处设有内翻边加强腹板，内翻边加强腹板上端与圆锥壳体为一体且下端与内翻边为一体以包裹所述可视化开口。

5.根据权利要求1所述的一种载人航天器的头锥结构，其特征在于，所述可视化开口形状为椭圆形组合矩形。

6.根据权利要求1所述的一种载人航天器的头锥结构，其特征在于，所述圆锥壳体为镁合金材料。

7.根据权利要求1所述的一种载人航天器的头锥结构，其特征在于，所述圆锥壳体靠近顶部的内壁设有至少一条环向加强筋。

8.根据权利要求1所述的一种载人航天器的头锥结构，其特征在于，所述圆锥壳体从底部朝向顶部逐渐增加壁厚。

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