CN115289385B - 一种卫星用高长径比复合材料高压气瓶安装结构 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及航天高压容器技术领域，具体而言，涉及一种卫星用高长径比复合材料高压气瓶安装结构，包括气口端安装结构、密封端安装结构以及防转法兰，其中：气口端安装结构设置在复合材料高压气瓶的上封头处；密封端安装结构设置在复合材料高压气瓶的下封头处；防转法兰固定在卫星中板上，并与密封端安装结构连接；复合材料高压气瓶的主体长度大于主体直径。本申请提供了适用于卫星用高长径比高压气瓶的安装结构，保证了卫星发射和运行力学环境下高压气瓶安装结构的可靠性，同时可适应高长径比高压气瓶充放气过程中的轴向大变形，质量轻，不容易出现断裂和失效现象。

Description

一种卫星用高长径比复合材料高压气瓶安装结构
技术领域
本申请涉及航天高压容器技术领域，具体而言，涉及一种卫星用高长径比复合材料高压气瓶安装结构。
背景技术
卫星用复合材料高压气瓶的功能是存储和供应卫星推进系统所需的高压气体。高长径比复合材料高压气瓶具有结构效率高、质量轻、可靠性好、承压能力强等特点，特别是在减重方面具有无可比拟的优势，从而减轻卫星总体重量，进而降低发射和运行成本。
作为一种航天高压容器，该类气瓶的工作压力较高(≥15MPa)，为满足轻质高强特性，航天等领域气瓶多采用超薄壁内衬设计，工作时随着充放气进行，气瓶轴向发生较大变形。此外，随着卫星随火箭上行，内部气瓶需要承受数个重力加速度大小的振动载荷或加速度载荷，在内压载荷和外部力学环境共同作用下，常规安装结构质量较大或易出现断裂和失效现象，因此急需一种卫星用高长径比复合材料高压气瓶轻量可靠的安装结构。
发明内容
针对复合气瓶现有常规安装结构质量较大以及容易出现断裂和失效的问题，本申请提供了一种卫星用高长径比复合材料高压气瓶安装结构，用于给卫星推进系统中高长径比复合材料高压气瓶提供轻量且高可靠的连接。
为了实现上述目的，本申请提供了一种卫星用高长径比复合材料高压气瓶安装结构，包括气口端安装结构、密封端安装结构以及防转法兰，其中：气口端安装结构设置在复合材料高压气瓶的上封头处；密封端安装结构设置在复合材料高压气瓶的下封头处；防转法兰固定在卫星中板上，并与密封端安装结构连接，复合材料高压气瓶的主体长度大于主体直径。
进一步的，气口端安装结构包括接嘴、过渡段、支撑段、气口端挂丝台以及气口端焊台。
进一步的，接嘴与外接管路连接，气口端焊台与复合材料高压气瓶的上封头焊接。
进一步的，支撑段套设在卫星承力筒的安装孔内。
进一步的，密封端安装结构包括内轴向定位台、密封端挂丝台以及密封端焊台。
进一步的，内轴向定位台设置有外螺纹和销钉孔，密封端焊台与复合材料高压气瓶的下封头焊接。
进一步的，防转法兰包括外轴向定位台和固定台，外轴向定位台设置有内螺纹和销钉孔，固定台上均匀设置有通孔。
进一步的，内轴向定位台与外轴向定位台通过内螺纹和外螺纹进行连接，并向销钉孔内插入销钉进行固定。
进一步的，内轴向定位台与外轴向定位台连接固定后，外轴向定位台的端面与固定台的端面紧密贴合。
进一步的，固定台通过通孔与卫星中板螺栓连接。
本发明提供的一种卫星用高长径比复合材料高压气瓶安装结构，具有以下有益效果：
本申请提供了适用于卫星用高长径比高压气瓶的安装结构，保证了卫星发射和运行力学环境下高压气瓶安装结构的可靠性，同时可适应高长径比高压气瓶充放气过程中的轴向大变形，质量轻，不容易出现断裂和失效现象。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是根据本申请实施例提供的卫星用高长径比复合材料高压气瓶安装结构的整体示意图；
图2是根据本申请实施例提供的卫星用高长径比复合材料高压气瓶安装结构的气口端安装结构的示意图，
图3是根据本申请实施例提供的卫星用高长径比复合材料高压气瓶安装结构的气口端安装结构的剖视图；
图4是根据本申请实施例提供的卫星用高长径比复合材料高压气瓶安装结构的密封端安装结构的示意图；
图5是根据本申请实施例提供的卫星用高长径比复合材料高压气瓶安装结构的密封端安装结构的剖视图；
图6是根据本申请实施例提供的卫星用高长径比复合材料高压气瓶安装结构的防转法兰的示意图，
图7是根据本申请实施例提供的卫星用高长径比复合材料高压气瓶安装结构的防转法兰的剖视图；
图中：1-气口端安装结构、2-卫星承力筒、3-上封头、4-下封头、5-密封端安装结构、6-防转法兰、7-卫星中板、8-接嘴、9-过渡段、10-支撑段、11-气口端挂丝台、12-气口端焊台、13-内轴向定位台、14-密封端挂丝台、15-密封端焊台、16-外轴向定位台、17-固定台、18-通孔、19-销钉孔、20-复合材料高压气瓶。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”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。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。
另外，术语“多个”的含义应为两个以及两个以上。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
如图1所示，本申请提供了一种卫星用高长径比复合材料高压气瓶安装结构，包括气口端安装结构1、密封端安装结构5以及防转法兰6，其中：气口端安装结构1设置在复合材料高压气瓶20的上封头3处；密封端安装结构5设置在复合材料高压气瓶20的下封头4处；防转法兰6固定在卫星中板7上，并与密封端安装结构5连接；复合材料高压气瓶20的主体长度大于主体直径。
具体的，本申请实施例提供的卫星用高长径比复合材料高压气瓶安装结构主要应用在卫星推进系统中，通过设置在上封头3处的气口端安装结构1将复合材料高压气瓶20的上封头3与卫星推进系统中的卫星承力筒2连接，通过设置在下封头4处的密封端安装结构5以及防转法兰6将复合材料高压气瓶20的下封头4与卫星推进系统中的卫星中板7连接，从而实现复合材料高压气瓶20的安装固定。在本申请实施例中，复合材料高压气瓶20优选为球柱形，并且气瓶主体长度大于主体直径，主要是由于高长径比复合材料高压气瓶20具有结构效率高、质量轻、可靠性好、承压能力强等特点，特别是在减重方面具有无可比拟的优势，从而减能够轻卫星总体重量，进而降低发射和运行的成本。
进一步的，如图2-3所示，气口端安装结构1包括接嘴8、过渡段9、支撑段10、气口端挂丝台11以及气口端焊台12。接嘴8主要用于连接外接管路，用于复合材料高压气瓶20内部气体的进出，过渡段9主要用于安装保护接头，支撑段10主要用于和卫星承力筒2进行连接，气口端挂丝台11主要用于复合材料高压气瓶20复合材料层的缠绕，气口端焊台12主要用于与复合材料高压气瓶20上封头3焊接。
进一步的，接嘴8与外接管路连接，气口端焊台12与复合材料高压气瓶20的上封头3焊接。气口端安装结构1在轴向变形不受约束，可适应复合材料高压气瓶20充放气过程中的大变形。
进一步的，支撑段10套设在卫星承力筒2的安装孔内。复合材料高压气瓶20通过支撑段10与卫星承力筒2连接，支撑段10的直径略小于卫星承力筒2安装孔的直径，支撑段10的长度大于复合材料高压气瓶20轴向最大变形量。
进一步的，如图4-5所示，密封端安装结构5包括内轴向定位台13、密封端挂丝台14以及密封端焊台15。内轴向定位台13主要用于和防转法兰6配合连接，密封端挂丝台14主要用于复合材料高压气瓶20复合材料层缠绕，密封端焊台15主要用于与复合材料高压气瓶20下封头4焊接。
进一步的，内轴向定位台13设置有外螺纹和销钉孔19，密封端焊台15与复合材料高压气瓶20的下封头4焊接。内轴向定位台13外螺纹主要用于和防转法兰6的外轴向定位台16的内螺纹配合连接，其中，螺纹的长度略大于内轴向定位台13的高度。
进一步的，如图6-7所示，防转法兰6包括外轴向定位台16和固定台17，外轴向定位台16设置有内螺纹和销钉孔19，固定台17上均匀设置有通孔18。外轴向定位台16的内螺纹和内轴向定位台13外螺纹的结构尺寸相配合，固定台17上优选均匀的设置8个通孔18。
进一步的，内轴向定位台13与外轴向定位台16通过内螺纹和外螺纹进行连接，并向销钉孔19内插入销钉进行固定。防转法兰6与密封端安装结构5先通过内外螺纹进行配合连接，然后通过销钉孔19进行固定。
进一步的，内轴向定位台13与外轴向定位台16连接固定后，外轴向定位台16的端面与固定台17的端面紧密贴合，此时插入销钉，销钉穿过销钉孔19后，将销钉两端与防转法兰6进行点焊，实现防转法兰6和密封端安装结构5的固定连接，从而对密封端安装结构5进行约束。
进一步的，固定台17通过通孔18与卫星中板7螺栓连接。防转法兰6通过8个通孔18与卫星中板7进行螺栓连接，从而实现防转法兰6的全约束。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种卫星用高长径比复合材料高压气瓶安装结构，其特征在于，包括气口端安装结构、密封端安装结构以及防转法兰，其中：
所述气口端安装结构设置在复合材料高压气瓶的上封头处；
所述密封端安装结构设置在复合材料高压气瓶的下封头处；
所述防转法兰固定在卫星中板上，并与所述密封端安装结构连接；
所述复合材料高压气瓶的主体长度大于主体直径；
所述气口端安装结构包括接嘴、过渡段、支撑段、气口端挂丝台以及气口端焊台；
所述接嘴与外接管路连接，所述气口端焊台与所述复合材料高压气瓶的上封头焊接；
所述支撑段套设在卫星承力筒的安装孔内；
所述密封端安装结构包括内轴向定位台、密封端挂丝台以及密封端焊台；
所述内轴向定位台设置有外螺纹和销钉孔，所述密封端焊台与所述复合材料高压气瓶的下封头焊接；
所述防转法兰包括外轴向定位台和固定台，所述外轴向定位台设置有内螺纹和销钉孔，所述固定台上均匀设置有通孔。
2.如权利要求1所述的卫星用高长径比复合材料高压气瓶安装结构，其特征在于，所述内轴向定位台与所述外轴向定位台通过内螺纹和外螺纹进行连接，并向销钉孔内插入销钉进行固定。
3.如权利要求2所述的卫星用高长径比复合材料高压气瓶安装结构，其特征在于，所述内轴向定位台与所述外轴向定位台连接固定后，所述外轴向定位台的端面与所述固定台的端面紧密贴合。
4.如权利要求1所述的卫星用高长径比复合材料高压气瓶安装结构，其特征在于，所述固定台通过通孔与卫星中板螺栓连接。
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