CN115142984B - 运载火箭多发动机安装舱段及运载火箭 - Google Patents

Abstract

本发明涉及航天技术领域，提供一种运载火箭多发动机安装舱段及运载火箭。运载火箭多发动机安装舱段包括：外舱和发动机传力结构，发动机传力结构一体成型于外舱内且分别与外舱的首端和尾端相连；发动机传力结构的尾端设有用于安装多台发动机的第一发动机安装台和多个第二发动机安装台，多个第二发动机安装台以第一发动机安装台为中心均匀环布，发动机传力结构用于将多台发动机的推力从外舱的尾端传递至外舱的首端。本发明采用外舱与发动机传力结构一体成型融合设计，可以减轻重量，提高运载火箭的运载效率，且可以提高发动机动力的分布均匀性，发动机安装简便，同时每台发动机可以单独装换维护，具有结构简单、质量轻、维护性好等特点。

Description

运载火箭多发动机安装舱段及运载火箭

技术领域

本发明涉及航天技术领域，尤其涉及一种运载火箭多发动机安装舱段及运载火箭。

背景技术

运载火箭主要用于把人造地球卫星、载人飞船、航天站或行星际探测器等送入太空的预定轨道。

相关技术中，运载火箭的多台发动机一般采用质量较重的联合机架装配成一个整体构件，导致发动机整体构件偏重，严重影响运载火箭整体的运载效率，维护时需要整体拆装，非常繁琐，并且多台发动机的传力不均匀，导致运载火箭容易偏离运行轨道。

发明内容

本发明提供一种运载火箭多发动机安装舱段及运载火箭，采用外舱与发动机传力结构一体成型融合设计，可以减轻重量，提高运载火箭的运载效率，且可以提高发动机动力的分布均匀性，发动机安装简便，同时每台发动机可以单独装换维护，具有结构简单、质量轻、维护性好等特点。

本发明提供一种运载火箭多发动机安装舱段，包括：

外舱；

发动机传力结构，一体成型于所述外舱内且分别与所述外舱的首端和尾端相连；

所述发动机传力结构的尾端设有用于安装多台发动机的第一发动机安装台和多个第二发动机安装台，多个所述第二发动机安装台以所述第一发动机安装台为中心均匀环布，所述发动机传力结构用于将多台所述发动机的推力从所述外舱的尾端传递至所述外舱的首端。

根据本发明提供的一种运载火箭多发动机安装舱段，所述发动机传力结构包括：

内舱，设置于所述外舱内，多个所述第二发动机安装台设置于所述内舱的尾端端面，且所述内舱的首端与所述外舱的首端相连，所述内舱的尾端内壁设有多根均匀相交的第一连杆，所述第一发动机安装台设置于多根所述第一连杆的相交中心点，所述内舱的尾端外壁与所述外舱的尾端内壁之间均匀环布多根第二连杆，多根所述第二连杆与多个所述第二发动机安装台一一对应。

根据本发明提供的一种运载火箭多发动机安装舱段，所述发动机传力结构还包括：

多根第一斜支撑杆，每根所述第一连杆对应两根所述第一斜支撑杆，且每根所述第一斜支撑杆的第一端均连接于多根所述第一连杆的相交中心点，每根所述第一斜支撑杆的第二端连接于所述内舱的首端。

根据本发明提供的一种运载火箭多发动机安装舱段，所述内舱为锥形硬壳式舱段，且所述内舱的横截面积沿尾端至首端的方向逐渐增大。

根据本发明提供的一种运载火箭多发动机安装舱段，所述发动机传力结构包括：

多根第一承力梁，呈纵横交错地连接于所述外舱的尾端；

第一连杆架，设置于所述第一承力梁的中心且与所述第一发动机安装台相连；

多个第二连杆架，设置于所述第一承力梁且以所述第一连杆架为中心环布，每个所述第二连杆架一一对应连接每个所述第二发动机安装台。

根据本发明提供的一种运载火箭多发动机安装舱段，所述第一连杆架和所述第二连杆架均为多连杆架，所述多连杆架的横截面积沿所述外舱的尾端至首端的方向逐渐增大。

根据本发明提供的一种运载火箭多发动机安装舱段，所述发动机传力结构还包括：

多根第二斜支撑杆，每根所述第二斜支撑杆分别与所述第一承力梁和所述外舱的首端相连，以构造出多个三角支架，每个所述第二发动机安装台分别对应两个所述三角支架。

根据本发明提供的一种运载火箭多发动机安装舱段，所述发动机传力结构包括：

多根第二承力梁，呈纵横交错地连接于所述外舱的尾端，以分隔出多个呈规则多边形的承力架，所述承力架包括第一承力架和多个第二承力架，多个所述第二承力架以所述第一承力架为中心环布；

第三连杆架，所述第一发动机安装台和所述第二发动机安装台分别通过所述第三连杆架对应连接于所述第一承力架和所述第二承力架。

根据本发明提供的一种运载火箭多发动机安装舱段，所述发动机传力结构还包括：

多根第三斜支撑杆，多根所述第三斜支撑杆的第一端分别一一对应连接于所述第一承力架的多个顶点，多根所述第三斜支撑杆的第二端分别连接于所述外舱的首端。

本发明还提供一种运载火箭，包括：箭体和上述的运载火箭多发动机安装舱段，所述运载火箭多发动机安装舱段与所述箭体相连。

本发明提供的运载火箭多发动机安装舱段及运载火箭，通过发动机传力结构的尾端设有第一发动机安装台和多个第二发动机安装台，可以用于安装多台发动机，且多个第二发动机安装台以第一发动机安装台为中心均匀环布，可以提高发动机的动力分布均匀性，且每个安装台上的发动机故障时，可单独装换维护；通过发动机传力结构一体成型于外舱内且分别与外舱的首端和尾端相连，可以将多台发动机的推力从外舱的尾端均匀地传递至外舱的首端，从而推动运载火箭。因此，本发明运载火箭多发动机安装舱段为安装传力一体化结构，发动机安装无需相关技术中的联合机架，可以有效减轻质量，提高运载火箭的运载效率，并且发动机的集中推力可以较为均匀地传递至运载火箭，从而保证运载火箭的运行轨迹，具有结构简单、质量轻、维护性好等特点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的运载火箭多发动机安装舱段的结构示意图之一；

图2是本发明提供的运载火箭多发动机安装舱段的结构示意图之二；

图3是本发明提供的运载火箭多发动机安装舱段的爆炸图；

图4是本发明提供的运载火箭多发动机安装舱段与发动机的装配示意图之一；

图5是本发明提供的运载火箭多发动机安装舱段的结构示意图之三；

图6是本发明提供的运载火箭多发动机安装舱段的结构示意图之四；

图7是本发明提供的运载火箭多发动机安装舱段与发动机的装配示意图之二；

图8是本发明提供的运载火箭多发动机安装舱段的结构示意图之五；

图9是本发明提供的运载火箭多发动机安装舱段的结构示意图之六；

图10是本发明提供的运载火箭多发动机安装舱段与发动机的装配示意图之三。

附图标记：

100：发动机；200：外舱；300：第一发动机安装台；

400：第二发动机安装台；

501：内舱；502：第一连杆；503：第二连杆；

504：第一斜支撑杆；

601：第一承力梁；6011：主承力梁；6012：副承力梁；

602：第一连杆架；603：第二连杆架；604：第二斜支撑杆；

701：第二承力梁；7011：第一承力架；7012：第二承力架；

702：第三连杆架；703：第三斜支撑杆。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”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实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置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实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，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”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

下面结合图1-图10描述本发明的运载火箭多发动机安装舱段及运载火箭。可以理解的是，本发明附图中示出的发动机100为七台。当然，发动机100也可以设置为其他数量，可根据实际工况进行设计。

根据本发明第一方面的实施例，参照图1-图10所示，本发明提供的运载火箭多发动机安装舱段，主要包括：外舱200和发动机传力结构。其中，外舱200作为主要的承载主体，用于承载发动机传力结构，并且外舱200可以采用由桁条蒙皮连接而成的金属半硬壳结构，也可以采用复合材料等其他结构，使得整体舱段结构具有强度高、质量轻等特点。

发动机传力结构一体成型于外舱200内，并且发动机传力结构分别与外舱200的首端和尾端相连；发动机传力结构的尾端设有第一发动机安装台300和多个第二发动机安装台400，用于安装多台发动机100，且多个第二发动机安装台400以第一发动机安装台300为中心均匀环布，这样设计的话，可以提高发动机100的动力分布均匀性。发动机传力结构用于将多台发动机100的推力从外舱的尾端均匀传递至外舱的首端，从而为运载火箭提供动力。

本发明实施例提供的运载火箭多发动机安装舱段，通过发动机传力结构的尾端设有第一发动机安装台300和多个第二发动机安装台400，且多个第二发动机安装台400以第一发动机安装台300为中心均匀环布，可以提高发动机100的动力分布均匀性，且每个安装台上的发动机100故障时，可单独装换维护；通过发动机传力结构一体成型于外舱200内且分别与外舱200的首端和尾端相连，可以将发动机100的推力从外舱200的尾端均匀地传递至外舱200的首端，从而推动运载火箭。因此，本发明运载火箭多发动机安装舱段为安装传力一体化结构，发动机100安装无需相关技术中的联合机架，可以有效减轻质量，提高运载火箭的运载效率，并且发动机100的集中推力可以较为均匀地传递至运载火箭，从而保证运载火箭的运行轨迹，具有结构简单、质量轻、维护性好等特点。

根据本发明的一个实施例，参照图1-图4所示，发动机传力结构包括：内舱501，内舱501套接于外舱200内，多个第二发动机安装台400均匀环布于内舱501的尾端端面，并且内舱501的首端与外舱200的首端相连，内舱501的尾端内壁设有多根均匀相交的第一连杆502，第一发动机安装台300设置于多根第一连杆502的相交中心点，内舱501的尾端外壁与外舱200的尾端内壁之间均匀环布多根第二连杆503，多根第二连杆503与多个第二发动机安装台400一一对应，可以使得每根第二连杆503较为均匀地承受第二发动机安装台400上的多台发动机100的推力，使发动机100的推力由内舱501均匀地传递至外舱200上，有效地提高了发动机100的动力分布均匀性，进而保证运载火箭的运行轨迹。

可以理解的是，在本发明该实施例中，主要将内舱501作为发动机100的传力结构，并且通过上述第一连杆502和第二连杆503的结构布置，可以提高发动机100动力的分布均匀性，此外，多台发动机100可逐一安装至对应的发动机安装台上，装换方便，便于维护。

并且，本发明实施例的发动机传力结构还包括：多根第一斜支撑杆504，每根第一连杆502对应两根第一斜支撑杆504，并且每根第一斜支撑杆504的第一端均连接于多根第一连杆502的相交中心点，每根第一斜支撑杆504的第二端连接于内舱501的首端。

值得一提的是，本发明通过上述设计，一方面可以使得位于中心的发动机100的推力通过多根第一斜支撑杆504均匀传递至外舱200的首端四周，并且环布的多台发动机100的推力可以通过内舱501传递至外舱200，因此，本发明根据发动机100推力的传递特性，对发动机传力结构进行巧妙优化设计，可以使得发动机100的传力更加均匀，从而有效保证火箭的运行轨迹；另一方面，还可以提高整体舱段结构的强度和稳定性。

本发明内舱501可以采用由桁条蒙皮连接而成的金属半硬壳结构，也可以采用复合材料等其他结构，使得整体舱段结构具有强度高、质量轻等特点。

并且，内舱501为锥形硬壳式舱段，且内舱501的横截面积沿尾端至首端的方向逐渐增大。这样设计的话，一方面可以保证整体舱段结构的强度，另一方面，可以使得发动机100的推力以渐扩的形式均匀地传递。

根据本发明的一个实施例，参照图5-图7所示，与上述实施例不同的是，本发明实施例的发动机传力结构为桁架结构，主要包括：多根第一承力梁601、第一连杆架602和多个第二连杆架603。其中，多根第一承力梁601呈纵横交错地连接于外舱200的尾端，起到主要承力的作用；第一连杆架602设置于第一承力梁601的中心，并且第一连杆架602与第一发动机安装台300相连；多个第二连杆架603设置于第一承力梁601上，并且多个第二连杆架603以第一连杆架602为中心环布，每个第二连杆架603一一对应连接每个第二发动机安装台400。即多台发动机100通过第一连杆架602和第二连杆架603与第一承力梁601相连，这样设计的话，可以扩大发动机100的安装空间，开敞性好，操作方便。

本发明第一承力梁601的具体种类不做特别限制，只要可以起到承力的作用即可，例如可以为工字梁型材。

本发明第一连杆架602和第二连杆架603均为多连杆架，多连杆架的横截面积沿外舱200的尾端至首端的方向逐渐增大。具体地，多连杆架由多根连杆支架组成，多根连杆支架的第一端均集中与发动机安装台连接，多根连杆支架的第二端分别连接至第一承力梁601的不同位置。

这样设计的话，一方面可以进一步扩大发动机100的安装空间，便于操作；另一方面可以使得发动机100的推力以渐扩的形式较为均匀地传递至第一承力梁601上，从而提高发动机100的动力分布均匀性。

本发明多连杆架的连杆支架数量不做特别限制，可根据实际需求进行设计。

并且，本发明实施例的发动机传力结构还包括：多根第二斜支撑杆604，每根第二斜支撑杆604分别与第一承力梁601和外舱200的首端相连，以构造出多个三角支架，每个第二发动机安装台400分别对应两个三角支架，相应地，多个三角支架环绕中心的第一连杆架602。这样设计的话，一方面可以提高整体结构的强度和稳定性，另一方面，可以保证发动机100动力传递的完整均匀性，从而将发动机100的动力较为完整且均匀地传递至外舱200的首端。

例如，当发动机100设置为七台时，第一连杆架602和第二连杆架603均为四连杆架，并且第一承力梁601包括两个主承力梁6011和多个副承力梁6012，两个主承力梁6011平行设置于外舱200的尾端中部，多个副承力梁6012呈辐射状分布于两个主承力梁6011的两侧，以形成多个连接节点，七个四连杆架分别与连接节点相连。

可以理解的是，多台发动机100的动力通过多个四连杆架实现一级传递，然后通过主承力梁6011和多个副承力梁6012实现二级传递，最后通过多个第二斜支撑杆604实现三级传递，从而将多台发动机100的推力完整地传递到外舱200的首端。

根据本发明的一个实施例，参照图8-图10所示，本发明实施例的发动机传力结构为桁架结构，主要包括：多根第二承力梁701和第三连杆架702。其中，多根第二承力梁701呈纵横交错地连接于外舱200的尾端，以分隔出多个呈规则多边形的承力架，承力架包括第一承力架7011和多个第二承力架7012，多个第二承力架7012以第一承力架7011为中心环布，可以提高发动机100动力的分布均匀性；第一发动机安装台300和第二发动机安装台400分别通过第三连杆架702对应连接于第一承力架7011和第二承力架7012。本发明实施例通过多个第三连杆架702可以扩大发动机100的安装空间，开敞性好，操作方便。其中，规则多边形一般指方形、六边形、八边形等。

可以理解的是，本发明第一承力架7011和多个第二承力架7012具有相邻的共边。

本发明第二承力梁701的具体种类不做特别限制，只要可以起到承力的作用即可，例如可以为工字梁型材。

并且，第三连杆架702为多连杆架，且多连杆架的横截面积沿外舱的尾端至首端的方向逐渐增大。具体地，多连杆架由多根支杆组成，支杆的数量与规则多边形的承力架的边数相同，且多根支杆的第一端均集中与发动机安装台连接，多根支杆的第二端分别连接至规则多边形的承力架的对应顶点。

这样设计的话，一方面便于舱段加工设计以及发动机100安装；另一方面，可以使得发动机100的推力更加均匀地传递至第二承力梁701上，从而提高发动机100的动力分布均匀性。

此外，本发明实施例的发动机传力结构还包括：多根第三斜支撑杆703，多根第三斜支撑杆703的第一端分别一一对应连接于第一承力架7011的多个顶点，多根第三斜支撑杆703的第二端分别连接于外舱200的首端。这样设计的话，一方面可以形成三角支撑结构，提高整体结构的强度和稳定性，另一方面，可以保证发动机100动力传递的完整均匀性，从而将发动机100的动力较为完整且均匀地传递至外舱的首端。

例如，当发动机100设置为七台时，第三连杆架702为六连杆架，并且第二承力梁701包括多个呈六边形雪花辐射状的承力架，可以使得发动机100的传力更加均匀。

可以理解的是，多台发动机100的动力通过多个六连杆架实现一级传递，然后通过多个六边形的第二承力梁701实现二级传递，最后通过多个第三斜支撑杆703实现三级传递，从而将多台发动机100的推力完整地传递到外舱200的首端。

根据本发明第二方面的实施例，本发明还提供一种运载火箭，主要包括：箭体和上述实施例的运载火箭多发动机安装舱段，运载火箭多发动机安装舱段与箭体相连。

本发明实施例运载火箭通过上述实施例的运载火箭多发动机安装舱段，可以使得发动机100的动力分布更加均匀，从而保证运行轨迹，并且可以减轻整体重量，提高运载效率，此外，每台发动机100可以单独更换维护，维护性好。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (2)

1.一种运载火箭多发动机安装舱段，其特征在于，包括：

外舱；

发动机传力结构，一体成型于所述外舱内且分别与所述外舱的首端和尾端相连；

所述发动机传力结构的尾端设有用于安装多台发动机的第一发动机安装台和多个第二发动机安装台，多个所述第二发动机安装台以所述第一发动机安装台为中心均匀环布，所述发动机传力结构用于将多台所述发动机的推力从所述外舱的尾端传递至所述外舱的首端；

所述发动机传力结构包括：内舱和多根第一斜支撑杆，所述内舱设置于所述外舱内，多个所述第二发动机安装台设置于所述内舱的尾端端面，且所述内舱的首端与所述外舱的首端相连，所述内舱的尾端内壁设有多根均匀相交的第一连杆，所述第一发动机安装台设置于多根所述第一连杆的相交中心点，所述内舱的尾端外壁与所述外舱的尾端内壁之间均匀环布多根第二连杆，多根所述第二连杆与多个所述第二发动机安装台一一对应；每根所述第一连杆对应两根所述第一斜支撑杆，且每根所述第一斜支撑杆的第一端均连接于多根所述第一连杆的相交中心点，每根所述第一斜支撑杆的第二端连接于所述内舱的首端；所述内舱为锥形硬壳式舱段，且所述内舱的横截面积沿尾端至首端的方向逐渐增大；

或者，所述发动机传力结构包括：多根第一承力梁、第一连杆架、多个第二连杆架和多根第二斜支撑杆，多根第一承力梁呈纵横交错地连接于所述外舱的尾端；第一连杆架设置于所述第一承力梁的中心且与所述第一发动机安装台相连；多个第二连杆架设置于所述第一承力梁且以所述第一连杆架为中心环布，每个所述第二连杆架一一对应连接每个所述第二发动机安装台；所述第一连杆架和所述第二连杆架均为多连杆架，所述多连杆架的横截面积沿所述外舱的尾端至首端的方向逐渐增大；每根所述第二斜支撑杆分别与所述第一承力梁和所述外舱的首端相连，以构造出多个三角支架，每个所述第二发动机安装台分别对应两个所述三角支架；

或者，所述发动机传力结构包括：多根第二承力梁、第三连杆架和多根第三斜支撑杆，多根第二承力梁呈纵横交错地连接于所述外舱的尾端，以分隔出多个呈规则多边形的承力架，所述承力架包括第一承力架和多个第二承力架，多个所述第二承力架以所述第一承力架为中心环布；所述第一发动机安装台和所述第二发动机安装台分别通过所述第三连杆架对应连接于所述第一承力架和所述第二承力架；多根所述第三斜支撑杆的第一端分别一一对应连接于所述第一承力架的多个顶点，多根所述第三斜支撑杆的第二端分别连接于所述外舱的首端。

2.一种运载火箭，其特征在于，包括：箭体和权利要求1所述的运载火箭多发动机安装舱段，所述运载火箭多发动机安装舱段与所述箭体相连。

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