一種基于承力式復(fù)合材料貯箱的上面級構(gòu)型的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種上面級構(gòu)型。
【背景技術(shù)】
[0002]上面級是航天運輸系統(tǒng)的重要組成部分，未來上面級發(fā)展具有靈活、機動、長期在軌等能力需求，對上面級總體性能方面提出更為先進的要求，在動力系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)系統(tǒng)等方面都要求應(yīng)用先進技術(shù)，達到長期在軌、多次起動、結(jié)構(gòu)輕質(zhì)化等性能要求。上面級的入軌質(zhì)量對結(jié)構(gòu)質(zhì)量的敏感性很強，降低1kg的結(jié)構(gòu)質(zhì)量，即可增加1kg的有效載荷入軌質(zhì)量。因此，優(yōu)化上面級的總體構(gòu)型和布局，設(shè)計使用相應(yīng)上面級輕質(zhì)化結(jié)構(gòu)，是提升上面級性能指標(biāo)的重要途徑。
[0003]目前，國際上經(jīng)典上面級如俄羅斯Fregat上面級、美國MiTex上面級及慣性上面級(IUS)等都采用傳統(tǒng)的構(gòu)型布局，采用承力梁或承力艙段作為主承力結(jié)構(gòu)，貯箱等組件與承力結(jié)構(gòu)連接，構(gòu)成上面級結(jié)構(gòu)布局，未采用貯箱作為主承力結(jié)構(gòu)從而進行傳力路徑優(yōu)化；結(jié)構(gòu)布局不夠緊湊，還有優(yōu)化的空間；推進劑貯箱普遍采用金屬材料，未充分采用復(fù)合材料等高強度、高剛度的材料進行減重，結(jié)構(gòu)效率低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種基于承力式復(fù)合材料貯箱的上面級構(gòu)型，采用承力式復(fù)合材料貯箱作為主承力結(jié)構(gòu)，優(yōu)化上面級構(gòu)型布局和傳力特性，在實現(xiàn)輕質(zhì)化的同時提高了上面級的動力學(xué)性能，有效提高上面級結(jié)構(gòu)效率，提升上面級性能指標(biāo)。
[0005]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種基于承力式復(fù)合材料貯箱的上面級構(gòu)型，包括:儀器艙、承力式復(fù)合材料貯箱、發(fā)動機、發(fā)動機支架和連接支架；儀器艙固定在發(fā)動機支架的頂部，發(fā)動機支架連接在發(fā)動機上端，承力式復(fù)合材料貯箱環(huán)繞發(fā)動機的軸線分布，一端固定在儀器艙底部，另一端固定在連接支架上，連接支架與外部結(jié)構(gòu)相連；承力式復(fù)合材料貯箱為膠囊形狀，采用碳纖維復(fù)合材料。
[0006]所述承力式復(fù)合材料貯箱繞發(fā)動機等夾角分布，與儀器艙和連接支架用螺栓進行連接。
[0007]所述承力式復(fù)合材料貯箱的數(shù)量為4個或6個。
[0008]所述承力式復(fù)合材料貯箱直徑大于Φ 1000mm,內(nèi)襯為金屬內(nèi)襯或無內(nèi)襯結(jié)構(gòu)。
[0009]所述碳纖維復(fù)合材料縱、環(huán)向鋪層厚度比為1:1。
[0010]所述發(fā)動機支架繞發(fā)動機等夾角分布，數(shù)量為3個或4個，發(fā)動機支架材料為碳纖維復(fù)合材料。
[0011]所述儀器艙為錐形殼段，底部直徑為ΦΙΟΟΟπιπι?Φ1800πιπι，頂部直徑為Φ 600mm ?Φ 1400mm，高度為 200mm ?500mm。
[0012]所述連接支架為圓環(huán)形。
[0013]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于:
[0014](1)本發(fā)明采用承力式復(fù)合材料的貯箱等結(jié)構(gòu)作為主承力結(jié)構(gòu)進行上面級結(jié)構(gòu)構(gòu)型布局設(shè)計，降低上面級結(jié)構(gòu)質(zhì)量，可使承力式復(fù)合材料貯箱較承力式金屬貯箱減重30%以上，實現(xiàn)了上面級結(jié)構(gòu)輕質(zhì)化。
[0015](2)本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)中采用額外的承力結(jié)構(gòu)作為上面級主承力件的結(jié)構(gòu)相比，承力式復(fù)合材料貯箱具備承載力學(xué)載荷和貯存推進劑等多項功能，本發(fā)明優(yōu)化了上面級構(gòu)型的總體構(gòu)型和結(jié)構(gòu)布局，簡化上面級結(jié)構(gòu)組成，使上面級結(jié)構(gòu)更緊湊，降低了上面級高度，可以有效降低上面級高度10% _20%，提高了上面級結(jié)構(gòu)效率，傳力性能好，提高了上面級的動力學(xué)性能。
[0016](3)本發(fā)明的基于承力式復(fù)合材料貯箱的上面級構(gòu)型結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，有利于降低航天運輸系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)重量，易于工程化實現(xiàn)，具有重要的工程實現(xiàn)意義。
[0017](4)本發(fā)明采用承力式復(fù)合材料的貯箱為大型軸向承力的復(fù)合材料貯箱，同時承受內(nèi)壓和軸向載荷，改變傳統(tǒng)復(fù)合材料縱環(huán)向鋪層厚度比，貯箱可用于貯存低溫推進劑，提出了大型軸向承力復(fù)合材料貯箱的新型設(shè)計方案。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明上面級構(gòu)型的主視圖。
[0019]圖2為本發(fā)明上面級構(gòu)型的仰視圖。
[0020]圖3為本發(fā)明發(fā)動機支架的主視圖。
【具體實施方式】
[0021]如圖1、圖2所示，一種基于承力式復(fù)合材料貯箱的上面級構(gòu)型，包括:儀器艙1、承力式復(fù)合材料貯箱2、發(fā)動機3、發(fā)動機支架4和連接支架5。儀器艙1固定在發(fā)動機支架4的頂部，連接支架5為圓環(huán)形，固定在發(fā)動機支架4的底部，發(fā)動機支架4連接在發(fā)動機3上端，承力式復(fù)合材料貯箱2為膠囊形狀，四個承力式復(fù)合材料貯箱2環(huán)繞發(fā)動機3的軸線分布且一端固定在連接支架5、另一端固定在儀器艙1底部上。承力式復(fù)合材料貯箱2采用碳纖維復(fù)合材料。所述承力式復(fù)合材料貯箱2繞發(fā)動機3等夾角分布，數(shù)量為4個或6個，與儀器艙1和連接支架5用螺栓進行連接。如圖3所示，發(fā)動機支架4為桿狀結(jié)構(gòu)，發(fā)動機支架4繞發(fā)動機3等夾角分布，每個發(fā)動機支架4安裝后與發(fā)動機3軸呈一定夾角，起支撐作用，數(shù)量為3個或4個，發(fā)動機支架4橫截面形狀為圓形、環(huán)形或方形。所述儀器艙1為維形殼段，底部直徑為Φ 1000mm?Φ 1800mm，頂部直徑為Φ 600mm?Φ 1400mm，高度為 200mm ?500mm。
[0022]發(fā)動機3通過發(fā)動機支架4直接與儀器艙1連接，將推力直接傳遞給儀器艙1，儀器艙1直接與承力式復(fù)合材料貯箱2螺接，使承力式復(fù)合材料貯箱2承受上面級自主動力飛行段發(fā)動機推力等主要載荷。
[0023]承力式復(fù)合材料貯箱2承受除推進劑過載以及承力式復(fù)合材料貯箱2增壓壓力夕卜，還承受并傳遞火箭上升主動段的過載。承力式的承力式復(fù)合材料貯箱2全部采用復(fù)合材料，承力式復(fù)合材料貯箱2減輕結(jié)構(gòu)重量，由于復(fù)合材料屬于各向異性材料，具有比強度高和比模量高、可設(shè)計性強、易于整體成型、破壞后無二次損傷等優(yōu)點，對承力式復(fù)合材料貯箱2進行優(yōu)化設(shè)計，使得承力式復(fù)合材料貯箱2在垂直承力方向上具有最優(yōu)承載能力，有效減輕結(jié)構(gòu)重量，最大可使承力式復(fù)合材料貯箱較承力式金屬貯箱減重30%以上，根據(jù)具體結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，與傳統(tǒng)上面級相比，采用承力式復(fù)合材料貯箱2可以有效降低上面級高度10% -20%。所述承力式復(fù)合材料貯箱2為大型軸向承力的復(fù)合材料貯箱，承力式復(fù)合材料貯箱2直徑大于Φ1000_，碳纖維復(fù)合材料縱、環(huán)向鋪層厚度比為1:1，貯箱內(nèi)襯為金屬內(nèi)襯(如鋁合金或鈦合金)或無內(nèi)襯結(jié)構(gòu)，承力式復(fù)合材料貯箱2同時承受內(nèi)壓和軸向載荷。
[0024]本發(fā)明未詳細說明部分屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員公知技術(shù)。
【主權(quán)項】
1.一種基于承力式復(fù)合材料貯箱的上面級構(gòu)型，其特征在于，包括:儀器艙(1)、承力式復(fù)合材料貯箱(2)、發(fā)動機(3)、發(fā)動機支架(4)和連接支架(5);儀器艙(1)固定在發(fā)動機支架(4)的頂部，發(fā)動機支架(4)連接在發(fā)動機(3)上端，承力式復(fù)合材料貯箱(2)環(huán)繞發(fā)動機(3)的軸線分布，一端固定在儀器艙(1)底部，另一端固定在連接支架(5)上，連接支架(5)與外部結(jié)構(gòu)相連；承力式復(fù)合材料貯箱(2)為膠囊形狀，采用碳纖維復(fù)合材料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于承力式復(fù)合材料貯箱的上面級構(gòu)型，其特征在于:所述承力式復(fù)合材料貯箱(2)繞發(fā)動機(3)等夾角分布，與儀器艙(1)和連接支架(5)用螺栓進行連接。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于承力式復(fù)合材料貯箱的上面級構(gòu)型，其特征在于:所述承力式復(fù)合材料貯箱(2)的數(shù)量為4個或6個。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于承力式復(fù)合材料貯箱的上面級構(gòu)型，其特征在于:所述承力式復(fù)合材料貯箱(2)直徑大于Φ 1000mm，內(nèi)襯為金屬內(nèi)襯或無內(nèi)襯結(jié)構(gòu)。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于承力式復(fù)合材料貯箱的上面級構(gòu)型，其特征在于:所述碳纖維復(fù)合材料縱、環(huán)向鋪層厚度比為1:1。6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于承力式復(fù)合材料貯箱的上面級構(gòu)型，其特征在于:所述發(fā)動機支架(4)繞發(fā)動機(3)等夾角分布，數(shù)量為3個或4個，發(fā)動機支架(4)材料為碳纖維復(fù)合材料。7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于承力式復(fù)合材料貯箱的上面級構(gòu)型，其特征在于:所述儀器艙(1)為錐形殼段，底部直徑為Φ 1000mm?Φ 1800mm，頂部直徑為Φ 600mm?Φ 1400mm,高度為 200mm ?500mm。8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于承力式復(fù)合材料貯箱的上面級構(gòu)型，其特征在于:所述連接支架(5)為圓環(huán)形。
【專利摘要】一種基于承力式復(fù)合材料貯箱的上面級構(gòu)型，包括：儀器艙(1)、承力式復(fù)合材料貯箱(2)、發(fā)動機(3)、發(fā)動機支架(4)和連接支架(5)；儀器艙(1)固定在發(fā)動機支架(4)的頂部，發(fā)動機支架(4)連接在發(fā)動機(3)上端，承力式復(fù)合材料貯箱(2)環(huán)繞發(fā)動機支架(4)的軸線分布，一端固定在儀器艙(1)底部，另一端固定在連接支架(5)上，連接支架(5)與外部結(jié)合相連；承力式復(fù)合材料貯箱(2)為膠囊形狀，采用碳纖維復(fù)合材料。本發(fā)明采用承力式復(fù)合材料貯箱作為主承力結(jié)構(gòu)，優(yōu)化上面級構(gòu)型布局和傳力特性，在實現(xiàn)輕質(zhì)化的同時提高了上面級的動力學(xué)性能，有效提高上面級結(jié)構(gòu)效率，提升上面級性能指標(biāo)。
【IPC分類】F02K9/00
【公開號】CN105370440
【申請?zhí)枴緾N201510850085
【發(fā)明人】吳海華, 王書廷, 高朝輝, 何朔, 孔令超, 李勇鵬, 琚春光, 趙婷, 鄭正路, 徐振亮, 董曉林, 莊方方
【申請人】中國運載火箭技術(shù)研究院
【公開日】2016年3月2日
【申請日】2015年11月27日