专利名称:一种用于火箭舱体的外环框的制作方法
【专利摘要】一种用于火箭舱体的外环框，安装于舱体外围，包括第一框段和第二框段，所述第一框段靠近所述舱体的一侧开有若干个缺口与所述舱体的外型相匹配，所述第一框段远离所述舱体的一侧到舱体的距离为中间大于两端；所述第二框段靠近舱体的一侧开有若干个缺口与所述舱体外型相匹配，所述第二框段远离所述舱体一侧到舱体的距离相等；所述第一框段与所述第二框段分别安装到所述舱体后通过彼此连接形成外环框。本实用新型设计的火箭外环框节省了火箭舱内空间，且满足承力要求，装配简单，在新型火箭领域有较好的应用前景。
【专利说明】一种用于火箭舱体的外环框
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种航天运载器舱段结构，特别是一种外环框。
【背景技术】
[0002]航天运载器舱段结构一般采用薄壁铆接的半硬壳式结构，主要由纵向构件、横向构件、蒙皮、仪器电缆支架组成。其中横向构件主要是环框结构，对纵向构件提供环向支撑作用，并用作部分仪器电缆支架的安装基础。考虑到气动载荷的影响，现有型号的航天运载器舱段的环框结构均位于舱段内部，内置环框具有剖面简单、易于成形和装配工艺成熟的优点。新型火箭采用的新型发动机装置对舱段内部包络空间要求大，在1420mm长度范围内不允许设置内部环框结构。如果简单的把舱段内部的环框结构形式挪到舱段外部来，又会带来火箭气动外形不好、结构装配困难、主承力梁桁上支撑刚度不足、非主承力桁条上支撑刚度富裕而导致的不优化的问题。
实用新型内容
[0003]本实用新型解决的技术问题是:提供一种外置环框结构，用以解决现有技术中内置环框占用运载器舱段内部空间的问题。
[0004]本实用新型的技术解决方案是:一种用于火箭舱体的外环框，安装于舱体外围，包括第一框段和第二框段，所述第一框段靠近舱体的一侧开有若干个缺口与所述舱体的外型相匹配，所述第一框段远离舱体的一侧到舱体的距离为中间大于两端；所述第二框段靠近舱体的一侧开有若干个缺口且与所述舱体外型相匹配，所述第二框段远离所述舱体一侧到舱体的距离相等；所述第一框段与所述第二框段分别安装到所述舱体后通过彼此连接形成外环框。
[0005]所述外环框包括四个第一框段和四个第二框段且相互交替相连，所述第一框段位于舱体的主承力部分。
[0006]用于连接所述第一框段和第二框段的为一种连接板。
[0007]所述第一框段远离舱体一侧的两端到舱体的距离与所述第二框段远离舱体一侧到舱体的距离相等。
[0008]所述第一框段的两个端面夹角范围为40°?55° ;所述第二框段的两个端面的夹角范围为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别包括带有缺口的主体部分以及外侧板部分，所述带有缺口的主体部分垂直于所述外侧板部分，其中，带有缺口的主体部分与外侧板部分为一体结构并圆弧过渡；所述上框板的缺口与所述下框板的缺口一一对应；所述上框板与下框板可拆卸连接。
[0010]所述上框板与下框板的各截面及各截面变化规律相同。
[0011]所述上框板与下框板的带有缺口的主体部分相对设置形成第一空间并通过外侧板安装，所述第一空间内设置有内加强件。
[0012]本实用新型与现有技术相比有益效果为:
[0013](I)本实用新型采用变剖面多段组合设计方案，既能为承受较大集中载荷的主梁、副梁和主桁等纵向构件提供足够的径向支撑，又能以较少的材料满足其余范围内承受较小载荷的纵向桁条提供合理的支撑刚度，同时充分考虑了在桁条外置的舱段上设置外部环框的装配工艺可行性，进而较为明显的减轻了环框的重量，与等剖面环框结构相比，重量减轻达到20%以上。
[0014](2)本实用新型的上框板和下框板相扣组合成闭合的框段，这种设计方法不仅提高了框板成形工艺性、装配工艺性，而且有效提高了框的环向刚度。同时通过在上下框之间设置内加强件，能够有效提高对主梁的支撑刚度，进一步提高了结构的可靠性。
[0015](3)本实用新型的变剖面框段和等剖面框段的数量和组合方式可根据实际承受载荷情况进行调整，使用方便、灵活，在采用新型发动机的新型火箭舱段中有较好的应用前景。
【附图说明】
[0016]图1为本实用新型外置环框在舱段中的位置关系图；
[0017]图2a、2b和2c分别为本实用新型外置环框结构及组成图；
[0018]图3a、3b分别为本实用新型最大剖面与内加强件及最小剖面与框连接件装配图；
[0019]图4a、4b分别为本实用新型的变剖面图；
[0020]图5a、5b分别为本实用新型的等剖面图；
[0021]图6为本实用新型的张紧器和皮带正常工作图；
[0022]图7为本实用新型环框与舱段装配关系图；
[0023]图8a?Sg为本实用新型第一框段和第二框段缺口分布和缺口尺寸图。
【具体实施方式】
[0024]以下根据附图对本实用新型的实施进行说明。
[0025]本实用新型一种安装于舱段外部的组合式变剖面环框结构，以下为了描述简单，定义外环框安装于火箭舱体后远离舱体一侧到舱体距离大的部分简称为大剖面处，定义外环框安装于火箭舱体后远离舱体一侧到舱体距离小的部分为小剖面处，大剖面部分到小剖面部分的过渡部分定义为变剖面部分，可知第一框段I包括大剖面部分、变剖面部分和小剖面部分，第二框段2均为小剖面部分。如图1所示，箭头所指即为本实用新型的外环框，外环框设置在距离舱段下端面约700_位置处的舱段外部，外环框的安装方向与舱体地面平行，与舱段蒙皮、外加筋桁条相连，其中外加筋桁条包括主梁、副梁、主桁和其它桁条等。
[0026]图2a为外环框各个组成部分处于外环框的位置图，图2b为整个外环框的组成和位置图，图2c为外环框局部示意图。外环框包括第一框段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组成，上框板1-1和下框板1-2之间设置有内加强件4，上框板1-1和下框板1-2截面形式和变化规律一样，高度、尺寸可以有所差别，两者能够容易的拆装。同时，上框板1-1和下框板1-2在与舱段纵向桁条相交的位置处开缺口进行避让，在主梁位置开较大缺口，使主梁能够贯穿装配，在其它位置开成型面带下陷的缺口，可以使得框板直接与纵向桁条、蒙皮相连，提高连接强度。上框板1-1和下框板1-2分别包括开有缺口一侧的主体部分和外侧板部分，外侧板垂直于主体部分，外侧板与主体为一体结构并呈圆弧过渡，上框板1-1与下框板1-2安装时为带有缺口的主体部分相对，外侧板部分相互搭接，即下框板1-2的外侧板远离其主体部分与上框板1-1的圆弧过渡处相交且垂直于上框板1-1的主体部分，此时，上框板1-1与下框板1-2之间形成一个空间。为了提高对主梁的支撑强度，在上框板1-1和下框板1-2形成的空间中设置了内加强件4，内加强件4与上框板1-1和下框板1-2采用铆钉连接。第一框段I和第二框段2通过连接板6连接。本实用新型的外环框由四个第一框段I和四个第二框段2组成，第一框段I位于承力主梁区域处，为承受较大集中载荷的纵向构件(如主梁、副梁、主桁)提供径向支撑刚度，第二框段2在其余范围内为承受较小载荷的纵向桁条提供径向支撑刚度。
[0027]图3a为第一框段I与内加强件4的装配图，从图中可以看出，上框板1_1与下框板1-2通过铆钉7与内加强件4固定连接；图3b为第一框段I和第二框段2通过连接板6的装配图，从图中可以看出，第一框段I的上框板1-1和下框板1-2与所述第二框段2通过连接板6相连，第一框段I和第二框段2分别通过铆钉8与覆盖在第一框段I和第二框段2外侧作为连接机构的连接板6连接。
[0028]图4a和4b分别为第一框段I的大剖面处的剖面视图和小剖面处的剖面视图，从图中可以看出，第一框段I两端连线夹角为53°，其中以第一框段I的中心线向左右各17°为大剖面部分，随后在单边5°内过渡到小剖面部分，随后剖面大小保持不变，即左右两边各4.5°范围内为等剖面，第一框段I的大剖面部分到舱体的距离H1，小剖面部分到舱体的距离为H2，且Hl > H2。
[0029]图5a和图5b为第二框段2的剖面图，从图中可以看出，第二框段2的两端连线夹角为37°，且第二框段2外侧到舱体距离为H2。
[0030]图6为舱体与外环框的结构示意图，包括第一框段1，第二框段2，主梁11，第一框段I与第二框段2的连接板6，桁条12，角盒13，螺栓14，铆钉15以及铆钉16。从图中可以看出，在副梁、主桁位置采用铆钉15直接将第一框段I连接到桁条12及与其相连的蒙皮上；第二框段2采用铆钉16连接到桁条及与其相连的蒙皮上；连接板6用于连接所述第一框段I和第二框段2 ;主梁11处采用角盒13连接，纵向用螺栓14将位于框段上面的角盒13、第一框段I和位于框段下面的角盒13连接到一起，切向采用螺栓将主梁左右两边的角盒13与主梁相连接，径向采用螺栓将角盒13、主梁11和蒙皮连接在一起。
[0031]图7为外环框与舱段装配关系图，从图中可以看出，第一框段I组装好以后，装配到舱段上时，通过连接角盒13，将主梁11、上框板2、下框板3、内加强件4、蒙皮相连接。纵向采用螺栓14将位于框段上面的角盒13、上框板1-1、下框板1-2、内加强件4和位于框段下面的角盒13贯穿连接到一起。径向采用螺栓将角盒13、主梁11和蒙皮连接在一起，切向采用螺栓将主梁11左右两边的角盒13与主梁11连接在一起。
[0032]环框上开缺口的情况出现在当环框和轴向的梁桁均位于舱段内侧或外侧的情况，即出现结构干涉的情况，图8a?8f为第一框段I和第二框段2上的缺口分布和缺口尺寸图，从图8a中可以看出，第一框段I的缺口以其中心线呈左右对称分布，从其中心线往两边分别为主梁缺口、副梁缺口、主桁缺口(2个)、小桁缺口(2个)，第一框段I的中心线与主梁缺口中心线的夹角为3°、主梁缺口中心线与副梁缺口中心线的夹角为3.5°、副梁缺口中心线与其邻近的主桁中心线的夹角为3.5°、两个主桁中心线的夹角为4°、小桁缺口中心线与其邻近的主桁缺口中心线的夹角为5°、两个小桁缺口中心线的夹角为5°，第一框段I的两端夹角为53 ° ;从图Sb可以看出，第二框段2全部为小桁缺口，缺口分布以第二框段2中心呈左右对称分布，从其中心线往两边均为小桁缺口，第二框段2中心线与其邻近小桁缺口中心线之间的夹角为5.6°，邻近各小桁缺口中心线之间的夹角从第二框段2中心往两侧分别为5.4°和5°，第二框段2的两端面夹角为37° ;从图Sc可以看出，尺寸88是主梁开口的最大宽度，该尺寸与外主梁缘板的宽度有关(比外主梁缘板宽度两边各宽4_)，36与外主梁立筋的最大宽度有关(比外主梁立筋宽度两边各宽3mm)，93是缺口的总高度，与主梁剖面总高度有关(比主梁剖面高度大3_)，13.5与外主梁缘板的高度有关，比外主梁缘板高3mm ;从图8d可以看出，90是副梁开口的最大宽度，该尺寸与副梁缘板的宽度有关(比副梁缘板宽度两边各宽1mm)，74是副梁缘板的宽度两边各增加2mm，16与副梁立筋的最大宽度有关(比副梁立筋宽度两边各宽4mm)，54是缺口的总高度，与副梁剖面总高度有关(比副梁剖面高度大4mm)，5是副梁缘板的高度，尺寸8是当框由与蒙皮连接过渡到与副梁缘板连接位置处的过渡宽度，受制造工艺限制，一般为桁条缘板高度的1.5?2倍；从图8e可以看出，80是主桁开口的最大宽度，该尺寸与主桁缘板的宽度有关(比主桁缘板宽度两边各宽1mm)，64是主桁缘板的宽度两边各增加2mm，16与主桁立筋的最大宽度有关(比主桁立筋宽度两边各宽4mm)，49是缺口的总高度，与主桁剖面总高度有关(比主桁剖面高度大4_)，4.5是主桁缘板的高度，尺寸8是当框由与蒙皮连接过渡到与主桁缘板连接位置处的过渡宽度，受制造工艺限制，一般为桁条缘板高度的1.5?2倍；从图8f可以看出，66是小桁开口的最大宽度，该尺寸与小桁缘板的宽度有关(比小桁缘板宽度两边各宽6mm)，58是小桁缘板的宽度两边各增加2mm，30与小桁立筋的最大宽度有关(比小桁立筋宽度两边各宽4_)，28是缺口的总高度，与小桁剖面总高度有关(比小桁剖面高度大3_)，2是小桁缘板的高度，尺寸4是当框由与蒙皮连接过渡到与小桁缘板连接位置处的过渡宽度，受制造工艺限制，一般为桁条缘板高度的1.5?2倍；图Sg为主梁、副梁、主桁及小桁缺口在舱体上的结构图。
[0033]本实用新型未详细说明的部分属本领域技术人员公知的常识。
【权利要求】
1.一种用于火箭舱体的外环框，其特征在于:安装于舱体外围，包括第一框段(I)和第二框段(2)，所述第一框段(I)靠近舱体的一侧开有若干个缺口与所述舱体的外型相匹配，所述第一框段(I)远离舱体的一侧到舱体的距离为中间大于两端；所述第二框段(2)靠近舱体的一侧开有若干个缺口与所述舱体外型相匹配，所述第二框段(2)远离所述舱体一侧到舱体的距离相等；所述第一框段(I)与所述第二框段(2)分别安装到所述舱体后通过彼此连接形成外环框。2.根据权利要求1所述的一种用于火箭舱体的外环框，其特征在于:所述外环框包括四个第一框段⑴和四个第二框段⑵且相互交替相连，所述第一框段⑴位于舱体的主承力部分。3.根据权利要求1或2所述的一种用于火箭舱体的外环框，其特征在于:用于连接所述第一框段(I)和第二框段(2)的为一种连接板(6)。4.根据权利要求1或2所述的一种用于火箭舱体的外环框，其特征在于:所述第一框段(I)远离舱体一侧的两端到舱体的距离与所述第二框段(2)远离舱体一侧到舱体的距离相等。5.根据权利要求2所述的一种用于火箭舱体的外环框，其特征在于:所述第一框段(I)的两个端面夹角范围为40°?55° ;所述第二框段(2)的两个端面的夹角范围为35°?50。。6.根据权利要求1所述的一种用于火箭舱体的外环框，其特征在于: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)分别包括带有缺口的主体部分以及外侧板部分，所述带有缺口的主体部分垂直于所述外侧板部分，其中，带有缺口的主体部分与外侧板部分为一体结构并圆弧过渡；所述上框板(1-1)的缺口与所述下框板(1-2)的缺口一一对应；所述上框板(1-1)与下框板(1-2)可拆卸连接。7.根据权利要求6所述的一种用于火箭舱体的外环框，其特征在于:所述上框板(1-1)与下框板(1-2)的各截面及各截面变化规律相同。8.根据权利要求6所述的一种用于火箭舱体的外环框，其特征在于:所述上框板(1-1)与下框板(1-2)的带有缺口的主体部分相对设置形成第一空间并通过外侧板安装，所述第一空间内设置有内加强件(4)。
【文档编号】B64G1-22GK204279981SQ201420479364
【发明者】王会平, 张登宇, 陈献平, 王淑范, 闫伟 [申请人]北京宇航系统工程研究所, 中国运载火箭技术研究院