多層熱沉支撐結構的製作方法

2023-05-26 23:48:06 1

專利名稱：多層熱沉支撐結構的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種熱沉系統的支撐結構，尤其適用於多層熱沉的支撐結構。背景技術：
太空飛行器在地面模擬試驗系統中進行試驗時，通常在模擬系統的容器內布置低溫的液氮熱 沉和液氦熱沉來模擬太空的冷黑環境，並利用熱沉的低溫吸附技術使容器內達到高真空 (l(T4-l(r5Pa)甚至極高真空(<10—7Pa)要求。熱沉在容器內的安裝和支撐很重要，熱沉片 通常掛在熱沉骨架上，熱沉骨架與容器之間的連接機構稱為熱沉支撐結構，在滿足結構強度 的情況下，支撐結構越簡單、質量越輕越好。由於熱沉受冷熱衝擊明顯，熱脹冷縮程度很大， 有時甚至達到幾十毫米(KM6立式熱沉的外形尺寸為①10mXhl6.9m，其徑向伸縮量達58mm)， 所以支撐結構應保證熱沉在冷熱循環下自由伸縮，不產生較大溫度應力。
常見的熱沉支撐形式有可調鉸鏈型、支座型和螺栓連接型[1],見圖l。中國大型空間環 境模擬器KM6主容器的熱沉支撐結構第一次使用了圖2所示的"牛腿"型結構[2],固定在熱 沉骨架上的小車(滑輪)能在"牛腿"上滑動自如，該結構解決了熱沉骨架熱脹冷縮帶來的徑 向應力影響，完全滿足腿6熱沉工作時徑向伸縮量58mm的要求。圖3為KM6輔容器的"掛鈎 型"熱沉支撐結構，熱沉骨架通過掛鈎掛接在容器內壁的角鋼導軌上，掛鈎和導軌間貼有聚 四氟乙烯絕熱墊，聚四氟乙烯絕熱墊既解決熱沉與容器的絕熱問題，又保證熱沉骨架在導軌 上的自由伸縮。
隨著對容器內真空度要求的提高和不同試驗的特殊要求，熱沉系統逐漸採用多層形式。 圖4為某地面模擬試驗系統的多層熱沉結構示意圖，從圖中可見該系統的熱沉有5層、7部
分，分別為前部液氮熱沉及骨架(2);前部液氦熱沉及骨架(3);後部液氮熱沉及骨架(4); 後部液氦熱沉及骨架(5);羽流泵大筒熱沉及骨架(6);羽流泵中筒熱沉及骨架(7);羽流
泵小筒熱沉及骨架(8)。容器內壁到最內層熱沉(羽流吸附泵小筒)的距離約L5m，間距如此 大的熱沉結構在中國屬於首例，在國際上也屬罕見。在工作時(熱沉管路內通低溫工質)單層 熱沉的最大質量約6t，要求熱沉支撐結構牢固可靠，且拆裝方便。
現有的支撐結構不能很好的解決多層熱沉的支撐問題，對質量如此大的熱沉，支座型和 螺栓連接型支撐結構的結構強度不足，且不能解決伸縮量大的問題。中國早期KM系列空間環 境模擬器較多採用可調鉸鏈結構，但這種結構拆裝困難，尤其是鉸鏈需要穿過多層熱沉時， 鉸鏈解鎖後熱沉支撐固定困難，向容器外運輸難度也較大。圖3所示的"掛鈎"型也只適用 於熱沉緊貼容器內壁的單層熱沉結構。
圖2所示的支撐結構雖能很好的解決熱沉冷熱衝擊時伸縮量大的問題，但對多層熱沉結
3構，內層熱沉到達容器內壁的距離較大，此時需要"牛腿"伸出長度較多，在承受熱沉質量 較大時，"牛腿"的撓度變形會很大。假設"牛腿"長lm，材料為0Crl8Ni9Ti，"牛腿"的截 面慣性矩取I=2e6nun4，承受載荷F=le4N時，根據材料力學的懸臂梁撓度計算公式w=FL3/3EI， 其中E為彈性模量，取E^2.09e5N/rran4，經計算牛腿的最大撓度可達8mm，如此大的撓度變形 是工程上不能接受的。可見牛腿型的支撐結構也不適於多層熱沉的支撐結構。 綜上所述，大型熱沉的支撐結構應具備以下特點
(1) 承載大，能承受重達幾噸的載荷；
(2) 變形小，熱沉支撐結構的變形不能過大；
(3) 無溫度應力，熱沉支撐結構能保證熱沉在大溫度梯度下能自由伸縮，不產生溫度應
力；
(4) 可拆卸，多層熱沉在不用時可根據需要拆卸，且拆卸方便。
參考資料黃本誠《模擬太空環境的熱沉技術》，《第三屆海內外華人航天科技研討大會論文集》
1997年於澳門。鄒定忠《熱沉設計技術》，《中國空間科學技術》2002年第3期。
發明內容
本發明的目的是提供一種新型的熱沉支撐結構，尤其適用於大尺寸、大跨度的多層熱沉 支撐，解決了多層熱沉的最內層熱沉與容器內壁間距較大時熱沉支撐結構撓度變形大的問題。
採用"可調支杆-多支點"熱沉結構，更換不同高度的支杆即可實現熱沉支撐結構的高度調節； 通過增減支點的個數滿足熱沉支撐結構不同承重要求。安裝在熱沉骨架上的支撐輪可在熱沉 支撐結構的導軌上沿軸向和徑向自由滑動，消除了由溫度梯度導致熱沉及骨架沿軸向及徑向 的伸縮量影響。
單個支點的結構圖如圖5所示，包括支撐墩兒(18)、下連接件(17)、支杆(16)、上 連接件(15)、固定螺釘(14)和調整墊片(13)。
多層熱沉支撐結構的特徵包括
1. 熱沉及熱沉骨架上的支撐輪(10)可在熱沉支撐結構的導軌(12)上沿逕行和軸向滑
動，消除熱沉及熱沉骨架熱脹冷縮時沿徑向和軸向的伸縮量；
2. 熱沉及熱沉骨架上的支撐輪(10)可在熱沉支撐結構的導軌上沿逕行滑動，實現熱沉 及熱沉骨架在容器內的推入和推出；
3. 增減熱沉支撐結構導軌底部的支點(圖5所示)個數實現不同質量熱沉的可靠承載；
4. 更換不同高度支杆(16)滿足不同高度的熱沉的可靠支撐；5. 調節調整墊片(13)的厚度滿足熱沉支撐結構各導軌(12)的水平和平行；
6. 熱沉支撐結構導軌(12)調平後，各支點可用雙固定螺釘(14)鎖緊，下次拆裝時可 直接將支杆(16)從下連接件(17)上拆下，實現導軌與支撐結構整體拆裝，方便快捷。


圖la可調鉸鏈型熱沉的支撐形式； 圖lb支座型熱沉的支撐形式； 圖lc螺栓連接型熱沉的支撐形式； 圖2 KM6主容器立式熱沉支撐結構； 圖3 KM6輔容器臥式熱沉支撐結構； 圖4某熱沉結構示意圖； 圖5單支點結構示意圖。
圖中l-容器內壁；2-前部液氮熱沉及骨架；3-前部液氦熱沉及骨架；4_後部液氮熱沉 及骨架5-後部液氦熱沉及骨架；6-羽流泵大筒熱沉及骨架；7-羽流泵中筒熱沉及骨架；8_
羽流泵小筒熱沉及骨架；9-骨架連接件；lO-支撐輪；11-擋塊；12-導軌；13_13-調整墊片； 14-固定螺釘；15-上連接件；16-支杆；17-下連接件；18-支撐墩兒具體實施方式
下面結合附圖5對本發明進一步說明。
本發明是一種適用於多層熱沉支撐的"可調支杆-多支點"熱沉支撐結構，包括支撐墩
兒(19)、下連接件(17)、支杆(16)、上連接件(15)、固定螺釘(14)、調整墊片(13)、 導軌(12)、擋塊(11)、支撐輪(10)、骨架連接件(9)。支撐墩兒(18)焊接在容器內壁(1) 上，支撐墩兒個數與每條熱沉支撐結構導軌(12)下的支點個數一致，熱沉及熱沉骨架的質 量越大，需要支點的個數越多。每個支點的結構如圖5所示，下連接件(17)與支撐墩兒(18) 用螺紋連接，支杆(16)為表面經過RaO. 8級剖光處理的不鏽鋼圓杆，兩端開圓？L支杆(16) 套插在下連接件(17)的上部，用支杆的下端面定位。上連接件(15)插入支杆(16)內， 靠支杆的上端面定位。上連接件上面放導軌(12)，導軌由多個支點的上連接件(15)支撐， 導軌與上連接件間有調整墊片(13)，用於調節導軌的水平和平行，導軌調平後用雙固定螺釘
(14)將導軌與上連接件(15)固定。下次拆裝時可直接將支杆從下連接件(17)上拆下， 無需調節熱沉支撐結構的固定螺釘(14)和調整墊片(13)，實現導軌與支撐結構整體拆裝， 方便快捷。
多層熱沉初次安裝時，先安裝最外層內層的各支點，支點放導軌(12)，調節每條導軌下 各支點調整墊片(13)的高度'使同層導軌的上端面水平，且兩導軌應互相平行，調平後鎖 緊各支點下的雙固定螺釘(14)，將該層熱沉及熱沉骨架推入容器或艙體內，準備安裝下一層熱沉。安裝該層熱沉臨近的內層熱沉時方法類似。
拆卸熱沉時，先將最內層熱沉及熱沉骨架推出容器或艙體，將兩條導軌及各自導軌下的 支點從各自支點的下連接件(17)中直接拔出，下次安裝時可直接將支杆(16)插入下連接 件(17)中，不需再作調平。
權利要求
1、多層熱沉支撐結構，其特徵在於包括支撐墩兒(18)、下連接件(17)、支杆(16)、上連接件(15)、固定螺釘(14)、調整墊片(13)、導軌(12)、擋塊(11)、支撐輪(10)、骨架連接件(9)；支撐墩兒(18)焊接在容器內壁(1)上，下連接件(17)與支撐墩兒(18)用螺紋連接，支杆(16)套插在下連接件(17)的上部，上連接件(15)插入支杆(16)內，上連接件上面放導軌(12)，導軌由多個支點的上連接件(15)支撐，導軌與上連接件間有調整墊片(13)，用於調節導軌的水平和平行，導軌調平後用雙固定螺釘(14)將導軌與上連接件(15)固定。
2、 如權利要求1所述的多層熱沉支撐結構，其特徵在於熱沉骨架上的支撐輪(10) 可在熱沉支撐結構的導軌(12 )上沿逕行和軸向滑動，消除熱沉及熱沉骨架熱脹冷 縮時沿徑向和軸向的伸縮量。
3、 如權利要求1所述的多層熱沉支撐結構，其特徵在於熱沉骨架上支撐輪(IO) 可在熱沉支撐結構的導軌(12 )上沿逕行滑動，實現熱沉及熱沉骨架在容器內的推 入和推出。
4、 如權利要求1所述的多層熱沉支撐結構，其特徵在於增減熱沉支撐結構導軌(12 ) 底部的支點個數實現不同質量熱沉的可靠承載。
5、 如權利要求1所述的多層熱沉支撐結構，其特徵在於更換不同高度支杆(16) 滿足不同高度熱沉的可靠支撐。
6、 如權利要求1所迷的多層熱沉支撐結構，其特徵在於調節調整墊片(13)的厚 度滿足熱沉支撐結構的導軌(12)的水平和平行。
7、 如權利要求1所述的多層熱沉支撐結構，其特徵在於熱沉支撐結構導軌調平後， 各支點可用雙固定螺釘(")鎖緊，下次拆裝時可直接將支杆(16 )從下連接件(17 ) 上拔出，實現導軌與支撐結構整體拆裝，方便快捷。
全文摘要
本發明提供一種適用於大尺寸、大跨度的多層熱沉的支撐結構，有效解決了多層熱沉結構最內層熱沉與真空容器內壁間距較大時熱沉支撐結構撓度變形大的問題。採用「可調支杆-多支點」的形式，更換不同高度的支杆(16)即可實現熱沉支撐結構的高度調節；通過增減支點的個數滿足熱沉支撐結構不同承重要求。安裝在熱沉骨架上的熱沉骨架上支撐輪(10)可在熱沉支撐結構的導軌(12)上沿軸向和徑向自由滑動，消除了由溫度梯度導致熱沉及熱沉骨架沿軸向及徑向的伸縮量影響。
文檔編號H05K7/20GK101578028SQ20091008607
公開日2009年11月11日 申請日期2009年6月8日 優先權日2009年6月8日
發明者凌桂龍, 張國舟, 李曉娟, 王文龍, 蔡國飆, 黃本誠 申請人:北京航空航天大學