一種用於火箭艙體的外環框的製作方法

2023-05-21 02:47:31

專利名稱:一種用於火箭艙體的外環框的製作方法
【專利摘要】一種用於火箭艙體的外環框，安裝於艙體外圍，包括第一框段和第二框段，所述第一框段靠近所述艙體的一側開有若干個缺口與所述艙體的外型相匹配，所述第一框段遠離所述艙體的一側到艙體的距離為中間大於兩端；所述第二框段靠近艙體的一側開有若干個缺口與所述艙體外型相匹配，所述第二框段遠離所述艙體一側到艙體的距離相等；所述第一框段與所述第二框段分別安裝到所述艙體後通過彼此連接形成外環框。本實用新型設計的火箭外環框節省了火箭艙內空間，且滿足承力要求，裝配簡單，在新型火箭領域有較好的應用前景。
【專利說明】一種用於火箭艙體的外環框

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種航天運載器艙段結構，特別是一種外環框。

【背景技術】
[0002]航天運載器艙段結構一般採用薄壁鉚接的半硬殼式結構，主要由縱向構件、橫向構件、蒙皮、儀器電纜支架組成。其中橫向構件主要是環框結構，對縱向構件提供環向支撐作用，並用作部分儀器電纜支架的安裝基礎。考慮到氣動載荷的影響，現有型號的航天運載器艙段的環框結構均位於艙段內部，內置環框具有剖面簡單、易於成形和裝配工藝成熟的優點。新型火箭採用的新型發動機裝置對艙段內部包絡空間要求大，在1420mm長度範圍內不允許設置內部環框結構。如果簡單的把艙段內部的環框結構形式挪到艙段外部來，又會帶來火箭氣動外形不好、結構裝配困難、主承力梁桁上支撐剛度不足、非主承力桁條上支撐剛度富裕而導致的不優化的問題。
實用新型內容
[0003]本實用新型解決的技術問題是:提供一種外置環框結構，用以解決現有技術中內置環框佔用運載器艙段內部空間的問題。
[0004]本實用新型的技術解決方案是:一種用於火箭艙體的外環框，安裝於艙體外圍，包括第一框段和第二框段，所述第一框段靠近艙體的一側開有若干個缺口與所述艙體的外型相匹配，所述第一框段遠離艙體的一側到艙體的距離為中間大於兩端；所述第二框段靠近艙體的一側開有若干個缺口且與所述艙體外型相匹配，所述第二框段遠離所述艙體一側到艙體的距離相等；所述第一框段與所述第二框段分別安裝到所述艙體後通過彼此連接形成外環框。
[0005]所述外環框包括四個第一框段和四個第二框段且相互交替相連，所述第一框段位於艙體的主承力部分。
[0006]用於連接所述第一框段和第二框段的為一種連接板。
[0007]所述第一框段遠離艙體一側的兩端到艙體的距離與所述第二框段遠離艙體一側到艙體的距離相等。
[0008]所述第一框段的兩個端面夾角範圍為40°?55° ;所述第二框段的兩個端面的夾角範圍為35°?50°。
[0009]所述第一框段包括上框板和下框板，所述上框板和所述下框板分別包括帶有缺口的主體部分以及外側板部分，所述帶有缺口的主體部分垂直於所述外側板部分，其中，帶有缺口的主體部分與外側板部分為一體結構並圓弧過渡；所述上框板的缺口與所述下框板的缺口一一對應；所述上框板與下框板可拆卸連接。
[0010]所述上框板與下框板的各截面及各截面變化規律相同。
[0011]所述上框板與下框板的帶有缺口的主體部分相對設置形成第一空間並通過外側板安裝，所述第一空間內設置有內加強件。
[0012]本實用新型與現有技術相比有益效果為:
[0013](I)本實用新型採用變剖面多段組合設計方案，既能為承受較大集中載荷的主梁、副梁和主桁等縱向構件提供足夠的徑向支撐，又能以較少的材料滿足其餘範圍內承受較小載荷的縱向桁條提供合理的支撐剛度，同時充分考慮了在桁條外置的艙段上設置外部環框的裝配工藝可行性，進而較為明顯的減輕了環框的重量，與等剖面環框結構相比，重量減輕達到20%以上。
[0014](2)本實用新型的上框板和下框板相扣組合成閉合的框段，這種設計方法不僅提高了框板成形工藝性、裝配工藝性，而且有效提高了框的環向剛度。同時通過在上下框之間設置內加強件，能夠有效提高對主梁的支撐剛度，進一步提高了結構的可靠性。
[0015](3)本實用新型的變剖面框段和等剖面框段的數量和組合方式可根據實際承受載荷情況進行調整，使用方便、靈活，在採用新型發動機的新型火箭艙段中有較好的應用前景。

【附圖說明】

[0016]圖1為本實用新型外置環框在艙段中的位置關係圖；
[0017]圖2a、2b和2c分別為本實用新型外置環框結構及組成圖；
[0018]圖3a、3b分別為本實用新型最大剖面與內加強件及最小剖面與框連接件裝配圖；
[0019]圖4a、4b分別為本實用新型的變剖面圖；
[0020]圖5a、5b分別為本實用新型的等剖面圖；
[0021]圖6為本實用新型的張緊器和皮帶正常工作圖；
[0022]圖7為本實用新型環框與艙段裝配關係圖；
[0023]圖8a?Sg為本實用新型第一框段和第二框段缺口分布和缺口尺寸圖。

【具體實施方式】
[0024]以下根據附圖對本實用新型的實施進行說明。
[0025]本實用新型一種安裝於艙段外部的組合式變剖面環框結構，以下為了描述簡單，定義外環框安裝於火箭艙體後遠離艙體一側到艙體距離大的部分簡稱為大剖面處，定義外環框安裝於火箭艙體後遠離艙體一側到艙體距離小的部分為小剖面處，大剖面部分到小剖面部分的過渡部分定義為變剖面部分，可知第一框段I包括大剖面部分、變剖面部分和小剖面部分，第二框段2均為小剖面部分。如圖1所示，箭頭所指即為本實用新型的外環框，外環框設置在距離艙段下端面約700_位置處的艙段外部，外環框的安裝方向與艙體地面平行，與艙段蒙皮、外加筋桁條相連，其中外加筋桁條包括主梁、副梁、主桁和其它桁條等。
[0026]圖2a為外環框各個組成部分處於外環框的位置圖，圖2b為整個外環框的組成和位置圖，圖2c為外環框局部示意圖。外環框包括第一框段1，和第二框段2，其中第一框段I由上框板1-1和下框板1-2組成，上框板1-1和下框板1-2之間設置有內加強件4，上框板1-1和下框板1-2截面形式和變化規律一樣，高度、尺寸可以有所差別，兩者能夠容易的拆裝。同時，上框板1-1和下框板1-2在與艙段縱向桁條相交的位置處開缺口進行避讓，在主梁位置開較大缺口，使主梁能夠貫穿裝配，在其它位置開成型面帶下陷的缺口，可以使得框板直接與縱向桁條、蒙皮相連，提高連接強度。上框板1-1和下框板1-2分別包括開有缺口一側的主體部分和外側板部分，外側板垂直於主體部分，外側板與主體為一體結構並呈圓弧過渡，上框板1-1與下框板1-2安裝時為帶有缺口的主體部分相對，外側板部分相互搭接，即下框板1-2的外側板遠離其主體部分與上框板1-1的圓弧過渡處相交且垂直於上框板1-1的主體部分，此時，上框板1-1與下框板1-2之間形成一個空間。為了提高對主梁的支撐強度，在上框板1-1和下框板1-2形成的空間中設置了內加強件4，內加強件4與上框板1-1和下框板1-2採用鉚釘連接。第一框段I和第二框段2通過連接板6連接。本實用新型的外環框由四個第一框段I和四個第二框段2組成，第一框段I位於承力主梁區域處，為承受較大集中載荷的縱向構件(如主梁、副梁、主桁)提供徑向支撐剛度，第二框段2在其餘範圍內為承受較小載荷的縱向桁條提供徑向支撐剛度。
[0027]圖3a為第一框段I與內加強件4的裝配圖，從圖中可以看出，上框板1_1與下框板1-2通過鉚釘7與內加強件4固定連接；圖3b為第一框段I和第二框段2通過連接板6的裝配圖，從圖中可以看出，第一框段I的上框板1-1和下框板1-2與所述第二框段2通過連接板6相連，第一框段I和第二框段2分別通過鉚釘8與覆蓋在第一框段I和第二框段2外側作為連接機構的連接板6連接。
[0028]圖4a和4b分別為第一框段I的大剖面處的剖面視圖和小剖面處的剖面視圖，從圖中可以看出，第一框段I兩端連線夾角為53°，其中以第一框段I的中心線向左右各17°為大剖面部分，隨後在單邊5°內過渡到小剖面部分，隨後剖面大小保持不變，即左右兩邊各4.5°範圍內為等剖面，第一框段I的大剖面部分到艙體的距離H1，小剖面部分到艙體的距離為H2，且Hl > H2。
[0029]圖5a和圖5b為第二框段2的剖面圖，從圖中可以看出，第二框段2的兩端連線夾角為37°，且第二框段2外側到艙體距離為H2。
[0030]圖6為艙體與外環框的結構示意圖，包括第一框段1，第二框段2，主梁11，第一框段I與第二框段2的連接板6，桁條12，角盒13，螺栓14，鉚釘15以及鉚釘16。從圖中可以看出，在副梁、主桁位置採用鉚釘15直接將第一框段I連接到桁條12及與其相連的蒙皮上；第二框段2採用鉚釘16連接到桁條及與其相連的蒙皮上；連接板6用於連接所述第一框段I和第二框段2 ;主梁11處採用角盒13連接，縱向用螺栓14將位於框段上面的角盒13、第一框段I和位於框段下面的角盒13連接到一起，切向採用螺栓將主梁左右兩邊的角盒13與主梁相連接，徑向採用螺栓將角盒13、主梁11和蒙皮連接在一起。
[0031]圖7為外環框與艙段裝配關係圖，從圖中可以看出，第一框段I組裝好以後，裝配到艙段上時，通過連接角盒13，將主梁11、上框板2、下框板3、內加強件4、蒙皮相連接。縱向採用螺栓14將位於框段上面的角盒13、上框板1-1、下框板1-2、內加強件4和位於框段下面的角盒13貫穿連接到一起。徑向採用螺栓將角盒13、主梁11和蒙皮連接在一起，切向採用螺栓將主梁11左右兩邊的角盒13與主梁11連接在一起。
[0032]環框上開缺口的情況出現在當環框和軸向的梁桁均位於艙段內側或外側的情況，即出現結構幹涉的情況，圖8a?8f為第一框段I和第二框段2上的缺口分布和缺口尺寸圖，從圖8a中可以看出，第一框段I的缺口以其中心線呈左右對稱分布，從其中心線往兩邊分別為主梁缺口、副梁缺口、主桁缺口(2個)、小桁缺口(2個)，第一框段I的中心線與主梁缺口中心線的夾角為3°、主梁缺口中心線與副梁缺口中心線的夾角為3.5°、副梁缺口中心線與其鄰近的主桁中心線的夾角為3.5°、兩個主桁中心線的夾角為4°、小桁缺口中心線與其鄰近的主桁缺口中心線的夾角為5°、兩個小桁缺口中心線的夾角為5°，第一框段I的兩端夾角為53 ° ;從圖Sb可以看出，第二框段2全部為小桁缺口，缺口分布以第二框段2中心呈左右對稱分布，從其中心線往兩邊均為小桁缺口，第二框段2中心線與其鄰近小桁缺口中心線之間的夾角為5.6°，鄰近各小桁缺口中心線之間的夾角從第二框段2中心往兩側分別為5.4°和5°，第二框段2的兩端面夾角為37° ;從圖Sc可以看出，尺寸88是主梁開口的最大寬度，該尺寸與外主梁緣板的寬度有關(比外主梁緣板寬度兩邊各寬4_)，36與外主梁立筋的最大寬度有關(比外主梁立筋寬度兩邊各寬3mm)，93是缺口的總高度，與主梁剖面總高度有關(比主梁剖面高度大3_)，13.5與外主梁緣板的高度有關，比外主梁緣板高3mm ;從圖8d可以看出，90是副梁開口的最大寬度，該尺寸與副梁緣板的寬度有關(比副梁緣板寬度兩邊各寬1mm)，74是副梁緣板的寬度兩邊各增加2mm，16與副梁立筋的最大寬度有關(比副梁立筋寬度兩邊各寬4mm)，54是缺口的總高度，與副梁剖面總高度有關(比副梁剖面高度大4mm)，5是副梁緣板的高度，尺寸8是當框由與蒙皮連接過渡到與副梁緣板連接位置處的過渡寬度，受製造工藝限制，一般為桁條緣板高度的1.5?2倍；從圖8e可以看出，80是主桁開口的最大寬度，該尺寸與主桁緣板的寬度有關(比主桁緣板寬度兩邊各寬1mm)，64是主桁緣板的寬度兩邊各增加2mm，16與主桁立筋的最大寬度有關(比主桁立筋寬度兩邊各寬4mm)，49是缺口的總高度，與主桁剖面總高度有關(比主桁剖面高度大4_)，4.5是主桁緣板的高度，尺寸8是當框由與蒙皮連接過渡到與主桁緣板連接位置處的過渡寬度，受製造工藝限制，一般為桁條緣板高度的1.5?2倍；從圖8f可以看出，66是小桁開口的最大寬度，該尺寸與小桁緣板的寬度有關(比小桁緣板寬度兩邊各寬6mm)，58是小桁緣板的寬度兩邊各增加2mm，30與小桁立筋的最大寬度有關(比小桁立筋寬度兩邊各寬4_)，28是缺口的總高度，與小桁剖面總高度有關(比小桁剖面高度大3_)，2是小桁緣板的高度，尺寸4是當框由與蒙皮連接過渡到與小桁緣板連接位置處的過渡寬度，受製造工藝限制，一般為桁條緣板高度的1.5?2倍；圖Sg為主梁、副梁、主桁及小桁缺口在艙體上的結構圖。
[0033]本實用新型未詳細說明的部分屬本領域技術人員公知的常識。
【權利要求】
1.一種用於火箭艙體的外環框，其特徵在於:安裝於艙體外圍，包括第一框段(I)和第二框段(2)，所述第一框段(I)靠近艙體的一側開有若干個缺口與所述艙體的外型相匹配，所述第一框段(I)遠離艙體的一側到艙體的距離為中間大於兩端；所述第二框段(2)靠近艙體的一側開有若干個缺口與所述艙體外型相匹配，所述第二框段(2)遠離所述艙體一側到艙體的距離相等；所述第一框段(I)與所述第二框段(2)分別安裝到所述艙體後通過彼此連接形成外環框。2.根據權利要求1所述的一種用於火箭艙體的外環框，其特徵在於:所述外環框包括四個第一框段⑴和四個第二框段⑵且相互交替相連，所述第一框段⑴位於艙體的主承力部分。3.根據權利要求1或2所述的一種用於火箭艙體的外環框，其特徵在於:用於連接所述第一框段(I)和第二框段(2)的為一種連接板(6)。4.根據權利要求1或2所述的一種用於火箭艙體的外環框，其特徵在於:所述第一框段(I)遠離艙體一側的兩端到艙體的距離與所述第二框段(2)遠離艙體一側到艙體的距離相等。5.根據權利要求2所述的一種用於火箭艙體的外環框，其特徵在於:所述第一框段(I)的兩個端面夾角範圍為40°?55° ;所述第二框段(2)的兩個端面的夾角範圍為35°?50。。6.根據權利要求1所述的一種用於火箭艙體的外環框，其特徵在於:所述第一框段(I)包括上框板(1-1)和下框板(1-2)，所述上框板(1-1)和所述下框板(1-2)分別包括帶有缺口的主體部分以及外側板部分，所述帶有缺口的主體部分垂直於所述外側板部分，其中，帶有缺口的主體部分與外側板部分為一體結構並圓弧過渡；所述上框板(1-1)的缺口與所述下框板(1-2)的缺口一一對應；所述上框板(1-1)與下框板(1-2)可拆卸連接。7.根據權利要求6所述的一種用於火箭艙體的外環框，其特徵在於:所述上框板(1-1)與下框板(1-2)的各截面及各截面變化規律相同。8.根據權利要求6所述的一種用於火箭艙體的外環框，其特徵在於:所述上框板(1-1)與下框板(1-2)的帶有缺口的主體部分相對設置形成第一空間並通過外側板安裝，所述第一空間內設置有內加強件(4)。
【文檔編號】B64G1-22GK204279981SQ201420479364
【發明者】王會平, 張登宇, 陳獻平, 王淑範, 閆偉 [申請人]北京宇航系統工程研究所, 中國運載火箭技術研究院