CN218545466U - 一种精简结构的球形共底火箭贮箱 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种精简结构的球形共底火箭贮箱，其属于火箭技术领域，其包括有上端的贮箱前球底、下端的贮箱后球底，贮箱前球底下方连接有前箱壳体，贮箱后球底上方连接有后箱壳体；前箱壳体和后箱壳体之间通过共底r型环相连接；前箱壳体、后箱壳体及共底r型环的外侧面相齐平；共底r型环内侧连接有球形共底，球形共底呈向上或向下突起的球面状，球形共底将上下两贮箱密封地分隔，球形共底的下表面设置有共底隔热层。本实用新型采用单层球形共底结构，球形共底下单面安装共底隔热层，与现有的真空双层共底方案相比，结构更简单，既提高了可靠性，又降低了结构配套成本，同时有效减小火箭长度尺寸，降低长径比，有助于总体的优化设计。

Description

一种精简结构的球形共底火箭贮箱

技术领域

本实用新型属于火箭技术领域，具体地涉及一种精简结构的球形共底火箭贮箱。

背景技术

目前，世界航天业已然进入到商业化时代，降本增效，是现今运载火箭研制的必然发展方向。运载火箭主要含结构、动力、电气控制系统等，火箭结构是运载火箭重要组成。一般的液体火箭结构例如图4a至图4c所示，主要包括一级箭体结构、二级箭体结构和整流罩等。一级箭体结构主要包含一级动力舱、一级后箱、一级箱间段、一级前箱、级间段等；在这些部件之间均具有多段用于连接的端框、过渡段及Y型环等结构，部件繁多、工艺复杂。

为了降低火箭的长度及成本，火箭可采用共底贮箱设计方案，即将原来的两个贮箱合并成一个贮箱，贮箱内部增加共底结构将贮箱分成前、后两箱，分别装氧化剂和燃烧剂燃料。国内的某型号火箭三级采用液氢液氧推进剂，由于液氢、液氧两种推进剂液态温度不同，贮箱共底需要隔热，采用了双层共底真空结构，相当于将前箱后底后凸底改为后凹底结构；前箱后凹底与后箱前凸底结构相对贴合、之间留有间隙空腔，前箱后凹底与后箱前凸底机械连接、抽真空形成真空腔，提升隔热效果。该方案仍存在工艺较为复杂的缺憾。

实用新型内容

基于现有技术存在的问题，本实用新型提供一种精简结构的球形共底火箭贮箱，其解决现有火箭共底贮箱结构及工艺复杂、成本难以进一步降低的问题。

依据本实用新型的技术方案，本实用新型提供一种精简结构的球形共底火箭贮箱，贮箱包括有上端的贮箱前球底、下端的贮箱后球底，贮箱前球底下方连接有前箱壳体，贮箱后球底上方连接有后箱壳体；前箱壳体和后箱壳体之间通过共底r型环相连接；共底r型环的截面呈r字形；前箱壳体、后箱壳体及共底r型环的外侧面相齐平；共底r型环内侧连接有球形共底，球形共底呈向上或向下突起的球面状，球形共底将贮箱密封地分隔，球形共底的下表面设置有共底隔热层。

进一步地，球形共底呈向上突起的球面状，球形共底的下端与共底r型环内侧的上端相对接并焊接；共底隔热层贴合球形共底的下表面设置，并贴合地延伸至共底r型环的下端。

进一步地，贮箱前球底和贮箱后球底分别为向上和向下突出。

进一步地，贮箱前球底、前箱壳体及级间段之间通过前r型环相连接；贮箱后球底、后箱壳体及动力舱之间通过后r型环相连接。

进一步地，前r型环和后r型环均通过各自的第一对接端与相邻的级间段或动力舱相连接；第一对接端开设有第一连接孔，级间段和动力舱上均开设有第二连接孔，第一连接孔和第二连接孔相对齐并穿入设置有螺栓或铆钉。

进一步地，前r型环和后r型环均由外侧向内侧或者由内侧向外侧开设有凹槽，凹槽与第一连接孔相连通。

进一步地，前r型环和后r型环均通过各自的第二对接端与相邻的前箱壳体或后箱壳体相连接；前r型环和后r型环均通过各自的第三对接端与相邻的贮箱前球底或贮箱后球底相连接。

进一步地，第二对接端及第三对接端均与相连接的部件厚度相同并通过对接焊缝相连接。

进一步地，第二对接端及第三对接端均开设有环槽从而与相连接的部件相卡合并通过锁底焊缝相连接。

优选地，共底隔热层为PMI泡沫材料、气凝胶、玄武岩或陶瓷纤维复合材料制成的板状结构。

与现有技术相比，本实用新型的有益技术效果如下：

1、本实用新型采用单层球形共底结构，球形共底下单面安装共底隔热层，与现有的真空双层共底方案相比，结构更简单，既提高了可靠性，又降低了结构配套成本。

2、本实用新型对火箭贮箱结构进行精简优化，和现有一般的火箭结构相比，去掉了后箱后端框、后箱后过渡段、后箱前端框、后箱前过渡段和前箱后端框、前箱后过渡段、前箱前端框、前箱前过渡段，以及前箱后底、后箱前底和箱间段，替换为贮箱前r型环、贮箱后r型环、共底r型环以及球形共底结构。通过精简优化设计，去除了相应部段，降低了产品配套成本；共底设计应用，可有效减小火箭长度尺寸，降低长径比，有助于总体的优化设计。

附图说明

图1a、图1b是本实用新型的火箭整体结构示意图。

图1c是图1a中E部分的剖视示意图。

图1d是图1b中D部分的剖视示意图。

图2、图3是本实用新型另一些实施例的前r型环处的结构示意图。

图4a、图4b是现有火箭的结构示意图。

图4c是图4a中F部分的剖视示意图。

附图中的附图标记说明：

A、一级箭体结构；B、二级箭体结构；C、整流罩；A1、一级前箱；A2、一级后箱；A3、一级箱间段；A4、级间段；A5、动力舱；A11、前箱前端框；A12、前箱前过渡段；A13、前箱前底；A14、前箱前Y型环；A15、前箱壳体；A16、前箱后Y型环；A17、前箱后底；A18、前箱后过渡段；A19、前箱后端框；A21、后箱前端框；

A22、后箱前过渡段；A23、后箱前底；A24、后箱前Y型环；A25、后箱壳体；A26、后箱后Y型环；A27、后箱后底；A28、后箱后过渡段；A29、后箱后端框；

1、贮箱前球底；2、贮箱后球底；3、共底r型环；4、球形共底；5、共底隔热层；6、前r型环；7、后r型环；8、第一对接端；9、第一连接孔；10、第二连接孔；11、凹槽；12、第二对接端；13、第三对接端；14、环槽。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关实用新型相关的部分。在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要注意，本实用新型中提及的“第一”、“第二”等概念仅用于对不同的装置、模块或单元进行区分，并非用于限定这些装置、模块或单元所执行的功能的顺序或者相互依存关系。

需要注意，本实用新型中提及的“一个”、“多个”的修饰是示意性而非限制性的，本领域技术人员应当理解，除非在上下文另有明确指出，否则应该理解为“一个或多个”。

本实用新型涉及一种精简结构的球形共底火箭贮箱，属于火箭技术领域，精简结构的球形共底火箭贮箱包括有上端的贮箱前球底、下端的贮箱后球底，贮箱前球底下方连接有前箱壳体，贮箱后球底上方连接有后箱壳体；前箱壳体和后箱壳体之间通过共底r型环相连接；共底r型环的截面呈r字形；前箱壳体、后箱壳体及共底r型环的外侧面相齐平；共底r型环内侧连接有球形共底，球形共底呈向上或向下突起的球面状，球形共底将上下两贮箱密封地分隔，球形共底的下表面设置有共底隔热层。本实用新型采用单层球形共底结构，球形共底下单面安装共底隔热层，与现有的真空双层共底方案相比，结构更简单，既提高了可靠性，又降低了结构配套成本，同时有效减小火箭长度尺寸，降低长径比，有助于总体的优化设计。

首先请参阅图4a至图4c，为现有液体火箭的结构。罐状的贮箱外侧为贮箱壳体，贮箱的两端为贮箱箱底，贮箱两端的贮箱箱底外均具有多段相连接的环形连接结构。因此除贮箱的箱底以及外侧的壳体以外，一级箭体结构中总共还包括前箱前端框A11、前箱前过渡段A12、前箱前Y型环A14、前箱后Y型环A16、前箱后过渡段A18、前箱后端框A19、后箱前端框A21、后箱前过渡段A22、后箱前Y型环A24、后箱后Y型环A26、后箱后过渡段A28和后箱后端框A29这12个连接部件。进而需要对这些部件分别进行生产加工、装配连接，工艺复杂、加工难度大、成本较高，其总重也较大，对力求降低成本的商业化运载火箭的发展造成阻碍。

因此，本实用新型提出一种精简结构的球形共底火箭贮箱，其改进重点即在于取消贮箱的过渡段、端框和Y型环分体式的结构，将其三者结构、功能相融合并进行优化，形成前r型环6和后r型环7；并且，取消了前箱后底A17、一级箱间段A3及后箱前底A23范围的所有部件，替换为球形共底4，同时，采用共底隔热层5替代了现有的双层共底真空结构；从而显著简化了结构，也减轻了重量。

请参阅图1a至图1d，本实用新型的一实施例中，火箭整体主要包括一级箭体结构A、二级箭体结构B和整流罩C等，其中，一级箭体结构A主要包含一级的动力舱A5、级间段A4以及精简结构的球形共底火箭贮箱等。本实用新型的精简结构的球形共底火箭贮箱，贮箱包括有上端的贮箱前球底1、下端的贮箱后球底2，贮箱前球底1下方连接有前箱壳体A15，贮箱后球底2上方连接有后箱壳体A25。如图1c所示，其为图1a中E部分的剖视示意图。前箱壳体A15和后箱壳体A25之间通过共底r型环3相连接。共底r型环3的截面呈r字形。前箱壳体A15、后箱壳体A25及共底r型环3的外侧面相齐平，从而便于装配并减少气动阻力。共底r型环3内侧连接有球形共底4，球形共底4将贮箱密封地分隔，球形共底4呈向上突起的球面状，球形共底4的下端与共底r型环3内侧的上端相对接并焊接。贮箱前球底1和贮箱后球底2分别为向上和向下突出的球面。球形共底4上方形成前箱，用于贮存氧化剂例如液氧，下方形成后箱。用于贮存燃烧剂例如甲烷。

球形共底4的下表面设置有共底隔热层5。共底隔热层5贴合球形共底4的下表面设置，并贴合地延伸至共底r型环3的下端。共底隔热层5为耐低温性能的PMI泡沫材料、气凝胶、玄武岩或陶瓷纤维复合材料制成的板状结构，共底隔热层5贴合地覆盖球形共底4以及与球形共底4相邻的一部分共底r型环3，从而保证结构可靠性。

请参阅图1d，贮箱前球底1、前箱壳体A15及级间段A4之间通过前r型环6相连接。本实用新型的前r型环6和后r型环7，即是指截面呈r字形的环状结构，其r字形的三个端部分别与相邻的贮箱壳体、贮箱箱底以及级间段A4/动力舱A5相连接，从而形成稳定的整体固定的箭体结构。相类似地，贮箱后球底2、后箱壳体A25及动力舱A5之间通过后r型环7相连接。前r型环6和后r型环7均通过各自的第一对接端8与相邻的级间段A4或动力舱A5相连接；第一对接端8开设有第一连接孔9，级间段A4和动力舱A5上均开设有第二连接孔10，第一连接孔9和第二连接孔10相对齐并穿入设置有螺栓或铆钉。

优选地，如图1d和图2所示，前r型环6和后r型环7均由外侧向内侧或者由内侧向外侧开设有凹槽11，凹槽11与第一连接孔9相连通，从而便于安装螺栓，同时起到减重作用。

前r型环6和后r型环7均通过各自的第二对接端12与相邻的前箱壳体A15或后箱壳体A25相连接。前r型环6和后r型环7均通过各自的第三对接端13与相邻的贮箱前球底1或贮箱后球底2相连接。

如图1d所示实施例中，第二对接端12及第三对接端13均与相连接的部件厚度相同并对接焊接。优选如图2所示，第二对接端12及第三对接端13均开设有环槽14从而与相连接的部件相卡合并焊接。环槽14即向内凹陷的、以容纳卡合相连接的板末端的环形槽，或可理解为在图1d所示结构基础上，在内侧增设了环形挡板；总之通过此结构增大了前r型环6与相连接部分贴合的面积，可通过锁底焊缝焊接，保证焊缝的密封。

如图3所示的再一实施例中，第一对接端8具有环槽结构，级间段A4末端及该环槽相对应地开设有通孔，例如为周向均匀分布的共上下两排孔，在该通孔中通过铆钉或者螺栓进行固定。前r型环6与贮箱前球底1以及与前箱壳体A15之间通过对接焊缝焊接。

可以理解的是，前r型环6及后r型环7的r字形的三个端的连接方式以及是否开设有凹槽均可以根据需要进行选择及组合。r型环与贮箱壳体及贮箱箱底之间也可采用螺栓或铆钉连接，与级间段A4/动力舱A5之间也可采用焊接，出于对结构整体的装配便捷性及后续使用的需要考虑，优选将r型环与贮箱壳体及贮箱箱底之间直接焊接固定，形成与贮箱主体相连为一体的密封结构，而与级间段A4/动力舱A5之间采用可拆卸的螺栓连接，便于进行维护等工作。此外，以上仅给出了针对于一级箭体结构的例子，可以想到的是，对于二级箭体结构等，也可采用本实用新型的方案。

此外，在材料方面，目前有项目采用更高强度的2195铝合金材料，也有采用复合材料或复合结构的贮箱，对超大型的火箭、也有采用不锈钢材料贮箱结构。本实用新型的共底贮箱优选采用综合性能较好、性价比更好的2A14铝合金材料。作为液氧、甲烷火箭的贮箱，2A14铝合金的低温强度接近500MPa，低温特性更好；并且密度相对较小有助于降低火箭重量；此外2A14铝合金的成本也相对较低，因此是较为理想的材料。以及采用搅拌摩擦焊接固相焊接工艺，能够有效地提升焊缝强度系数，减少焊接气孔、夹杂、裂纹等质量缺陷。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，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实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种精简结构的球形共底火箭贮箱，其特征在于，所述球形共底火箭贮箱包括有上端的贮箱前球底(1)、下端的贮箱后球底(2)，所述贮箱前球底(1)下方连接有前箱壳体(A15)，所述贮箱后球底(2)上方连接有后箱壳体(A25)；所述前箱壳体(A15)和所述后箱壳体(A25)之间通过共底r型环(3)相连接；所述共底r型环(3)的截面呈r字形；所述前箱壳体(A15)、所述后箱壳体(A25)及所述共底r型环(3)的外侧面相齐平；所述共底r型环(3)内侧连接有球形共底(4)，所述球形共底(4)呈向上或向下突起的球面状，所述球形共底(4)将所述贮箱密封地分隔，所述球形共底(4)的下表面设置有共底隔热层(5)。

2.如权利要求1所述的精简结构的球形共底火箭贮箱，其特征在于，所述球形共底(4)呈向上突起的球面状，所述球形共底(4)的下端与所述共底r型环(3)内侧的上端相对接并焊接；所述共底隔热层(5)贴合所述球形共底(4)的下表面设置，并贴合地延伸至所述共底r型环(3)的下端。

3.如权利要求1所述的精简结构的球形共底火箭贮箱，其特征在于，所述贮箱前球底(1)和所述贮箱后球底(2)分别为向上和向下突出。

4.如权利要求1所述的精简结构的球形共底火箭贮箱，其特征在于，所述贮箱前球底(1)、所述前箱壳体(A15)及级间段(A4)之间通过前r型环(6)相连接；所述贮箱后球底(2)、所述后箱壳体(A25)及动力舱(A5)之间通过后r型环(7)相连接。

5.如权利要求4所述的精简结构的球形共底火箭贮箱，其特征在于，所述前r型环(6)和所述后r型环(7)均通过各自的第一对接端(8)与相邻的所述级间段(A4)或所述动力舱(A5)相连接；所述第一对接端(8)开设有第一连接孔(9)，所述级间段(A4)和所述动力舱(A5)上均开设有第二连接孔(10)，所述第一连接孔(9)和所述第二连接孔(10)相对齐并穿入设置有螺栓或铆钉。

6.如权利要求5所述的精简结构的球形共底火箭贮箱，其特征在于，所述前r型环(6)和所述后r型环(7)均由外侧向内侧或者由内侧向外侧开设有凹槽(11)，所述凹槽(11)与所述第一连接孔(9)相连通。

7.如权利要求4所述的精简结构的球形共底火箭贮箱，其特征在于，所述前r型环(6)和所述后r型环(7)均通过各自的第二对接端(12)与相邻的所述前箱壳体(A15)或所述后箱壳体(A25)相连接；

所述前r型环(6)和所述后r型环(7)均通过各自的第三对接端(13)与相邻的所述贮箱前球底(1)或所述贮箱后球底(2)相连接。

8.如权利要求7所述的精简结构的球形共底火箭贮箱，其特征在于，所述第二对接端(12)及所述第三对接端(13)均与相连接的部件厚度相同并通过对接焊缝相连接。

9.如权利要求7所述的精简结构的球形共底火箭贮箱，其特征在于，所述第二对接端(12)及所述第三对接端(13)均开设有环槽(14)从而与相连接的部件相卡合并通过锁底焊缝相连接。

10.如权利要求1-9中任意一项所述的精简结构的球形共底火箭贮箱，其特征在于，所述共底隔热层(5)为PMI泡沫材料、气凝胶、玄武岩或陶瓷纤维复合材料制成的板状结构。

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