CN116513487B - 多功能上面级构型及航天运载器 - Google Patents

Abstract

本申请涉及航空机械领域，尤其是涉及一种多功能上面级构型及航天运载器。多功能上面级构型包括动力舱，动力舱包括锥形的承力筒、底板、中板、球状的贮箱和撑杆组件，中板和底板相对地设于承力筒的两端，且中板位于小径端。多个贮箱环绕承力筒呈圆周间隔分布并固定于中板上，多个撑杆组件环绕承力筒呈圆周间隔分布，且每个撑杆组件均是相对承力筒的轴向倾斜地支撑于底板和中板之间。本申请通过将承力筒设置为锥形，能够在一定程度上减小承力筒的尺寸，为贮箱的安装留出充足的空间，使有限的空间内能够在承力筒的外侧布置多个大型球状贮箱；同时通过布置多个撑杆组件，以对锥形的承力筒在强度以及横向刚度和纵向刚度上的不足进行弥补。

Description

多功能上面级构型及航天运载器

技术领域

本申请涉及航空机械领域，尤其是涉及一种多功能上面级构型及航天运载器。

背景技术

上面级属于大型空间飞行器，通常需要携带大量推进剂并搭载卫星，一般需使用大尺寸中心承力筒才能满足刚度、强度的要求。目前传统的上面级多采用大尺寸中心承力筒加桁架的构型，其主要功能是部署卫星，留轨时间较短，无需快速机动，对推进剂贮箱无特殊要求，因而遇到贮箱尺寸较大的情况，可将贮箱部分嵌入中心承力筒，参与承力，同时贮箱暴露在外可保持大尺寸中心承力筒构型。

不同于传统上面级，多功能上面级在完成卫星部署任务后，还需要执行在轨试验、在轨服务等多项任务，需要长期留轨，且针对特定任务还需要快速机动，因此必须使用膜压式球状贮箱，以减小燃料晃动对飞行器姿态的影响，才能满足快速机动的要求。

而对于多功能上面级，若直接采用传统的大尺寸中心承力筒加桁架的开放式构型，现有膜压式球状贮箱本身不能承力，不能嵌入中心承力筒，当其尺寸较大且具有多个需要布置时，只能大幅度缩小中心承力筒的尺寸，导致主结构无法提供足够的刚度和强度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多功能上面级构型及航天运载器，以在一定程度上有效节省空间，保证整体结构的刚度和强度。

本发明提供了一种多功能上面级构型，包括动力舱，所述动力舱包括底板、中板、承力筒、撑杆组件和贮箱；

所述承力筒为锥形承力筒，所述底板和所述中板相对地设置于所述承力筒的轴向方向的两端，且所述中板位于所述承力筒的小径端；

所述贮箱为球状贮箱，所述贮箱的数量为多个，多个所述贮箱环绕所述承力筒的小径端呈圆周间隔分布并分别固定于所述中板上；

所述撑杆组件的一端与所述底板相连接，所述撑杆组件的另一端朝远离所述承力筒的方向倾斜并与所述中板相连接；所述撑杆组件的数量为多个，多个所述撑杆组件环绕所述承力筒呈圆周间隔分布。

进一步地，每个所述撑杆组件均包括第一撑杆和第二撑杆；

所述第一撑杆和所述第二撑杆的第一端分别铰接于所述底板上并间隔预定的距离，所述第一撑杆和所述第二撑杆的第二端分别铰接于所述中板上，且所述第一撑杆和所述第二撑杆的第二端在朝远离所述承力筒的方向倾斜的同时也朝向靠近彼此的方向倾斜。

进一步地，所述动力舱还包括气瓶，所述气瓶位于所述底板和所述中板之间并固定于所述底板上；

所述气瓶位于所述撑杆组件的第一撑杆和所述第二撑杆之间；

至少一个所述撑杆组件之间设有所述气瓶。

进一步地，所述动力舱还包括主发动机；

所述主发动机位于所述底板背离所述中板的一侧，且所述主发动机的一端与所述承力筒相连接。

进一步地，所述动力舱还包括顶板和周侧围板；

所述顶板与所述中板相对地设于所述中板背离所述底板的一侧，所述周侧围板围设于所述顶板和所述底板之间。

进一步地，所述顶板、所述底板和所述周侧围板均呈不等边八边形；

所述周侧围板相对的两个侧板上分别布置有展开式太阳电池阵。

进一步地，所述中板与所述顶板之间设有支撑框架；

所述支撑框架为碳纤维支撑框架。

进一步地，所述的多功能上面级构型还包括多功能服务舱，所述多功能服务舱包括锥形舱盖，所述锥形舱盖的大径端朝向所述顶板并盖设于所述顶板上，所述锥形舱盖和所述顶板围设形成的空间内用于布置单机。

进一步地，所述的多功能上面级构型还包括载荷舱段，所述载荷舱段包括多星分离适配器、搭载卫星和载荷；

所述多星分离适配器的一端固定于所述锥形舱盖的小径端，所述多星分离适配器的周侧设有多个分离机构，所述分离机构用于搭载以及弹射所述搭载卫星；

所述多星分离适配器的内部安装所述载荷。

本发明还提供了一种航天运载器，包括上述任一项所述的多功能上面级构型。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供的多功能上面级构型包括动力舱，动力舱包括承力筒、底板、中板、贮箱和撑杆组件，承力筒呈锥形，中板和底板相对地设于承力筒的轴向方向的两端，以使承力筒支撑于底板和中板之间，且底板位于承力筒的大径端，中板位于承力筒的小径端。贮箱为球状贮箱，贮箱位于承力筒的外侧，且贮箱的数量为多个，多个贮箱以承力筒的轴线为轴线环绕承力筒呈圆周均匀间隔分布。撑杆组件也支撑于底板和中板之间，且撑杆组件的数量为多个，多个撑杆组件均设置于撑杆组件的外侧，且多个撑杆组件以承力筒的轴线为轴线环绕承力筒呈圆周均匀间隔分布。对于任一撑杆组件，其第一端靠近承力筒的根部设置并连接于底板上，第二端连接于底板上，且其第二端在朝向中板延伸的同时也朝远离承力筒的方向倾斜，使每个撑杆组件均是相对承力筒的轴向倾斜地支撑于底板和中板之间。

因此，本申请的多功能上面级构型，通过将承力筒设置为锥形，使承力筒由底板至中板方向的逐渐收缩，从而在一定程度上减小承力筒的尺寸，为贮箱的安装留出充足的空间，使有限的空间内能够在承力筒的外侧布置多个大型球状贮箱；同时通过在承力筒的外侧布置多个撑杆组件，对锥形的承力筒在强度以及横向刚度和纵向刚度上的不足进行弥补，保证了构型整体结构的强度以及横向和纵向刚度。

本发明还提供了一种航天运载器，包括所述的多功能上面级构型，因而所述航天运载器也具有多功能上面级构型的有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明实施例提供的多功能上面级构型的整体结构示意图；

图2为本发明实施例提供的多功能上面级构型隐去周侧围板后的爆炸图；

图3为本发明实施例提供的多功能上面级构型的周侧围板的不等边八边形的结构示意图。

附图标记：

1-动力舱，11-底板，12-中板，13-顶板，14-承力筒，15-贮箱，16-撑杆组件，17-气瓶，18-主发动机，19-支撑框架；

2-多功能服务舱，21-锥形舱盖，22-单机；

3-载荷舱段，31-多星分离适配器，32-搭载卫星，33-载荷。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明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。

通常在此处附图中描述和显示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例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例。

基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“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，或一体地连接；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，可以是两个元件内部的连通。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中的具体含义。

下面参照图1至图3描述根据本申请一些实施例所述的多功能上面级构型及航天运载器。

本申请的第一方面提供了一种多功能上面级构型，如图1所示，多功能上面级构型包括依次布置的动力舱1、多功能服务舱2和载荷舱段3。

关于动力舱1，如图2所示，动力舱1包括承力筒14、底板11、中板12、贮箱15和撑杆组件16，其中承力筒14呈锥形，使得承力筒14的轴向方向的一端为具有较大直径的大径端，承力筒14的轴向方向的另一端为具有较小直径的小径端；中板12和底板11相对地设于承力筒14的轴向方向的两端，以使承力筒14支撑于底板11和中板12之间，且底板11位于承力筒14的大径端，中板12位于承力筒14的小径端。

中板12用于固定安装存放推进剂的贮箱15，贮箱15为球状贮箱15，比如贮箱15为膜压式球状贮箱15；贮箱15位于承力筒14的外侧，且贮箱15的数量为多个，多个贮箱15以承力筒14的轴线为轴线环绕承力筒14呈圆周均匀间隔分布。优选地，中板12上开设有多个安装孔，多个安装孔位于承力筒14的外侧，且多个安装孔以承力筒14的轴线为轴线环绕承力筒14呈圆周均匀间隔分布，多个安装孔与多个贮箱15相适配的一一对应，使多个贮箱15能够分别通过一安装孔嵌设安装于中板12上，从而将多个贮箱15环绕布置于承力筒14的外侧。

撑杆组件16也支撑于底板11和中板12之间，且撑杆组件16的数量为多个，多个撑杆组件16均设置于撑杆组件16的外侧，且多个撑杆组件16以承力筒14的轴线为轴线环绕承力筒14呈圆周均匀间隔分布。对于任一撑杆组件16，其第一端靠近承力筒14的根部设置并连接于底板11上，第二端连接于底板11上，且其第二端在朝向中板12延伸的同时也朝远离承力筒14的方向倾斜，使每个撑杆组件16均是相对承力筒14的轴向倾斜地支撑于底板11和中板12之间。

因此，本申请的多功能上面级构型，通过将承力筒14设置为锥形，使承力筒14由底板11至中板12方向的逐渐收缩，从而在一定程度上减小承力筒14的尺寸，为贮箱15的安装留出充足的空间，使有限的空间内能够在承力筒14的外侧布置多个大型球状贮箱15；同时通过在承力筒14的外侧布置多个撑杆组件16，对锥形的承力筒14在强度以及横向刚度和纵向刚度上的不足进行弥补，保证了构型整体结构的强度以及横向和纵向刚度。

关于撑杆组件16的结构，在本申请的一个实施例中，优选地，如图2所示，每个撑杆组件16均包括第一撑杆和第二撑杆，第一撑杆和第二撑杆的第一端间隔设置并分别铰接于底板11上，第一撑杆和第二撑杆的第二端分别铰接于中板12上，且第一撑杆和第二撑杆在朝远离承力筒14的方向倾斜的同时，还朝向靠近彼此的方向倾斜，即第一撑杆的第一端与第二撑杆的第一端在底板11上的间距大于二者第二端在中板12上的间距，从而使撑杆组件16的一端能够稳定地支撑于底板11上，同时对中板12提供足够的支撑力。

在该实施例中，优选地，如图2所示，动力舱1还包括气瓶17，气瓶17位于中板12和底板11之间，且气瓶17固定于底板11上；进一步优选地，气瓶17以及气瓶17上的管路设置于撑杆组件16的第一撑杆和第二撑杆之间，从而对动力舱1的空间进行合理利用。

在该实施例中，优选地，如图1和图2所示，动力舱1还包括主发动机18，底板11上开设有通孔，通孔与承力筒14同轴并相互连通，主发动机18设置于底板11背离中板12的一侧，且主发动机18的一端通过底板11上通孔伸入到承力筒14内并与承力筒14同轴相连。

在该实施例中，优选地，如图1和图2所示，动力舱1还包括顶板13和周侧围板，其中顶板13与中板12相对间隔地设于中板12背离底板11的一侧，即中板12位于顶板13和底板11之间；周侧围板围设于顶板13和底板11之间，从而形成封闭的动力舱1的舱室，以对动力舱1设置于底板11和顶板13之间的部件、线路等进行封闭，进而能够在一定程度上提高各部件及线路的使用寿命，使其能够长期稳定运行。

在该实施例中，优选地，如图3所示，由顶板13、底板11以及周侧围板围设形成的动力舱1的舱室呈不等边八边形，即周侧围板的横截面为不等边八边形，顶板13、底板11以及中板12均为与周侧围板相适配的不等边八边形。比如周侧围板包括八个侧板，其中沿第一方向相对设置的两个侧板具有较大的宽度，沿与第一方向相垂直的第二方向相对设置的两个侧板也具有较大的宽度，这四个具有较大宽度的侧板通过四个具有较小宽度的侧板首尾顺次相连，以形成不等边的八边形结构。优选地，周侧围板相对的两个侧板上分别布置有展开式太阳电磁阵，比如在相对设置的具有较大宽度的两个侧板上布置展开式太阳电池阵。

因此，通过将动力舱1设置为不等边八边形，能够在一定程度上增强动力舱1的抗扭转强度，同时也能够使动力舱1的包络尺寸更小，此外也能够为太阳电池阵的布置提供足够宽度的侧边。

在该实施例中，优选地，如图2所示，中板12和顶板13之间还设有支撑框架19，以使顶板13通过支撑框架19支撑于顶板13上，从而提高整体结构连接的稳定性，保证整体结构具有足够的强度。

关于多功能服务舱2，在本申请的一个实施例中，优选地，如图2所示，多功能服务舱2包括锥形舱盖21和单机22，动力舱1的顶板13也作为多功能服务舱2的底板，锥形舱盖21的轴向方向的一端为具有较大直径的大径端，锥形舱盖21以其大径端朝向顶板13并盖设于顶板13上，从而在锥形舱盖21和顶板13之间围设形成封闭的多功能服务舱2的舱室，单机22以及单机22上的线缆布置于多功能服务舱2的舱室，且单机22固定安装于顶板13上，从而通过锥形舱盖21与顶板13围设形成的封闭舱室对单机22及其线缆进行防护，使其能够长寿命地稳定运行。

关于载荷舱段3，在本申请的一个实施例中，优选地，如图2所示，载荷舱段3包括多星分离适配器31，搭载卫星32和载荷33，多功能服务舱2的锥形舱盖21远离顶板13的一端为其小径端，多星分离适配器31的一端固定于锥形舱盖21的小径端；多星分离适配器31为中空的承力结构，载荷33安装于多星分离适配器31的内部，多星分离适配器31的周侧设有多个分离机构，分离机构用于搭载、弹射搭载卫星32。

本申请的第二方面提供了一种航天运载器，包括上述任一实施例的多功能上面级构型。

在该实施例中，航天运载器包括多功能上面级构型，因此航天运载器具有多功能上面级构型的全部有益效果，在此不再一一赘述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。

Claims (8)

1.一种多功能上面级构型，其特征在于，包括动力舱，所述动力舱包括底板、中板、承力筒、撑杆组件和贮箱；

所述承力筒为锥形承力筒，所述底板和所述中板相对地设置于所述承力筒的轴向方向的两端，且所述中板位于所述承力筒的小径端；

所述贮箱为球状贮箱，所述贮箱的数量为多个，多个所述贮箱环绕所述承力筒的小径端呈圆周间隔分布并分别固定于所述中板上；

所述撑杆组件的一端与所述底板相连接，所述撑杆组件的另一端朝远离所述承力筒的方向倾斜并与所述中板相连接；所述撑杆组件的数量为多个，多个所述撑杆组件环绕所述承力筒呈圆周间隔分布；

所述动力舱还包括顶板和周侧围板；

所述顶板与所述中板相对地设于所述中板背离所述底板的一侧，所述周侧围板围设于所述顶板和所述底板之间；

所述顶板、所述底板和所述周侧围板均呈不等边八边形；

所述周侧围板相对的两个侧板上分别布置有展开式太阳电池阵。

2.根据权利要求1所述的多功能上面级构型，其特征在于，每个所述撑杆组件均包括第一撑杆和第二撑杆；

所述第一撑杆和所述第二撑杆的第一端分别铰接于所述底板上并间隔预定的距离，所述第一撑杆和所述第二撑杆的第二端分别铰接于所述中板上，且所述第一撑杆和所述第二撑杆的第二端在朝远离所述承力筒的方向倾斜的同时也朝向靠近彼此的方向倾斜。

3.根据权利要求2所述的多功能上面级构型，其特征在于，所述动力舱还包括气瓶，所述气瓶位于所述底板和所述中板之间并固定于所述底板上；

所述气瓶位于所述撑杆组件的第一撑杆和所述第二撑杆之间；

至少一个所述撑杆组件之间设有所述气瓶。

4.根据权利要求1所述的多功能上面级构型，其特征在于，所述动力舱还包括主发动机；

所述主发动机位于所述底板背离所述中板的一侧，且所述主发动机的一端与所述承力筒相连接。

5.根据权利要求1所述的多功能上面级构型，其特征在于，所述中板与所述顶板之间设有支撑框架；

所述支撑框架为碳纤维支撑框架。

6.根据权利要求1所述的多功能上面级构型，其特征在于，还包括多功能服务舱，所述多功能服务舱包括锥形舱盖，所述锥形舱盖的大径端朝向所述顶板并盖设于所述顶板上，所述锥形舱盖和所述顶板围设形成的空间内用于布置单机。

7.根据权利要求6所述的多功能上面级构型，其特征在于，还包括载荷舱段，所述载荷舱段包括多星分离适配器、搭载卫星和载荷；

所述多星分离适配器的一端固定于所述锥形舱盖的小径端，所述多星分离适配器的周侧设有多个分离机构，所述分离机构用于搭载以及弹射所述搭载卫星；

所述多星分离适配器的内部安装所述载荷。

8.一种航天运载器，其特征在于，包括权利要求1至7中任一项所述的多功能上面级构型。