一种薄壁多框结构力热外压联合加载系统的制作方法

本发明涉及航天器结构静力试验领域，涉及一种薄壁多框结构力热外压联合加载系统。

背景技术：

1、随着火箭运载能力和机动性的不断提升，作为有效载荷的飞行器受力环境也变得愈发恶劣，飞行器防热套内的薄壁要承受不高于200℃温度环境，在该温度下其结构承受惯性集中力载荷和舱体外压不得发生失稳破坏。

2、飞行器在设计阶段为验证结构端框、内部法兰以及舱体结构在不高于200℃温度环境下的强度以及稳定性是否满足设计要求，需要在地面设计一套集中力、外压以及舱体加热系统以模拟飞行器结构在某工况下的力热外压环境。传统方法通过力偶施加截面弯矩，本发明通过剪力施加截面弯矩，且不依赖承力地轨和承力墙完成试验加载，在技术方面得到提升，同时节省试验成本，缩短试验周期。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是：为了实现舱体结构端框、内部法兰以及舱体结构在不高于200℃温度环境下的强度以及稳定性考核，本发明提供了一种薄壁多框结构力热外压联合加载系统。

2、本发明所采用的技术方案为：一种薄壁多框结构力热外压联合加载系统，包括试验加载框架、z向加载作动筒支架、框三z向力辅助支架、安装盘、舱体集中力加载模块和加热外压加载模块；

3、试验加载框架关于y轴对称，用于支撑安装盘、y向加载作动筒、-y向加载作动筒；z向加载作动筒支架、框三z向力辅助支架沿z轴分别设置在试验加载框架两侧，用于安装z向加载作动筒；其中，x轴竖直向上；

4、试验件安装在安装盘上；加热外压加载模块设置在试验件外层，用于给试验件加热、加压并测量温度；

5、舱体集中力加载模块通过杠杆、作动筒和连杆实现对试验件各方向的力加载。

6、进一步的，所述加热外压加载模块包括加热测温装置、保温层、加压装置和外压筒，加热测温装置安装在试验件外部，若干测温点布置在温度监测部位、保温层安装在加热测温装置外侧，保温层外侧设置加压装置，加压装置外侧安装外压筒。

7、进一步的，所述外压筒采用钢板加筋焊接结构，包括对称的两半结构，两半结构对接形成整体轮廓与试验件相同的菱形筒状结构，筒状结构外壁沿轴向依次排列筋条，筋条采用工字钢结构。

8、进一步的，所述舱体集中力加载模块包括框一框二y向加载杠杆、框一框二z向加载杠杆、框三y向加载杠杆、框三z向加载杠杆、z向加载作动筒、y向加载作动筒、-y向加载作动筒、z向合力杠杆、y向合力杠杆和若干连杆；框一、框二依次设置在试验件上部，框三设置在试验件中部，框一、框二和框三分别通过框一框二y向加载杠杆、y向加载作动筒、-y向加载作动筒、y向合力杠杆、框一框二z向加载杠杆、z向加载作动筒、z向合力杠杆、框三y向加载杠杆、框三z向加载杠杆和若干连杆实现各方向的力加载。

9、进一步的，所述框一框二y向加载杠杆位于+y方向，下部连接在框二上，中间连接在框一上，伸出舱外的上部是力的施加点；在框一侧壁上设置框一-y向力加载点，用于施加-y向力。

10、进一步的，所述框一框二z向加载杠杆位于+z方向，下端连接在框二上，中间连接在框一上，伸出舱外的上端是力的施加点。

11、进一步的，所述框三y向加载杠杆为工字形，上端安装在框三上，受力为-y方向，框三y向加载杠杆的中间点通过连杆与侧面的试验加载框架连接，中间点受力为-y方向，框三y向加载杠杆下端为施力点，受力为+y向。

12、进一步的，所述框三z向加载杠杆上端安装在框三上，受力为-z方向，框三z向加载杠杆中间点通过连杆与侧面的试验加载框架连接，中间点受力为-z方向，框三z向加载杠杆下端为施力点，受力为+z向；框三z向加载杠杆为矩形杆。

13、进一步的，所述y向合力杠杆悬挂于试验件+y侧，上端与框一框二y向杠杆伸出舱外的上端通过连杆连接，下端与框三y向加载杠杆通过连杆连接；+y向加载作动筒安装在试验加载框架上，输出端与y向合力杠杆的中间点连接；-y向加载作动筒安装在试验加载框架的-y侧，输出端与框一-y向力加载点连接。

14、进一步的，所述z向合力杠杆悬挂在试验件+z侧，上端与框一框二z向杠杆伸出舱外的上端通过连杆连接，下端与框三z向加载杠杆通过连杆连接；+z向加载作动筒安装在z向加载作动筒支架上，输出端与z向合力杠杆的中间点连接。

15、本发明与现有技术相比的有益效果是：

16、(1)本发明通过优化受力模型，简化了加载组件，避免施加力偶弯矩，减少了加载通道数量；

17、(2)本发明在不借助承力地轨和承力墙的情况下可以完成对试验件各象限以及轴拉和轴压载荷的施加。

18、(3)本发明在有限空间里采用工字钢加载形式，完成单个截面两个方向同时加载的技术问题；

19、(4)本发明的外压筒采用钢板焊接型材的方式，增加结构比刚度和比强度，降低加工周期及成本。

技术特征：

1.一种薄壁多框结构力热外压联合加载系统，其特征在于，包括试验加载框架、z向加载作动筒支架(24)、框三z向力辅助支架(29)、安装盘(3)、舱体集中力加载模块和加热外压加载模块；

2.根据权利要求1所述的一种薄壁多框结构力热外压联合加载系统，其特征在于，所述加热外压加载模块包括加热测温装置(30)、保温层(31)、加压装置(32)和外压筒(7)，加热测温装置(30)安装在试验件外部，若干测温点布置在温度监测部位、保温层(31)安装在加热测温装置(30)外侧，保温层(31)外侧设置加压装置(32)，加压装置(32)外侧安装外压筒(7)。

3.根据权利要求2所述的一种薄壁多框结构力热外压联合加载系统，其特征在于，所述外压筒(7)采用钢板加筋焊接结构，包括对称的两半结构，两半结构对接形成整体轮廓与试验件相同的菱形筒状结构，筒状结构外壁沿轴向依次排列筋条，筋条采用工字钢结构。

4.根据权利要求1所述的一种薄壁多框结构力热外压联合加载系统，其特征在于，所述舱体集中力加载模块包括框一框二y向加载杠杆(10)、框一框二z向加载杠杆(25)、框三y向加载杠杆(4)、框三z向加载杠杆(27)、z向加载作动筒(22)、y向加载作动筒(18)、-y向加载作动筒(8)、z向合力杠杆(23)、y向合力杠杆(17)和若干连杆；框一(13)、框二(15)依次设置在试验件上部，框三(5)设置在试验件中部，框一(13)、框二(15)和框三(5)分别通过框一框二y向加载杠杆(10)、y向加载作动筒(18)、-y向加载作动筒(8)、y向合力杠杆(17)、框一框二z向加载杠杆(25)、z向加载作动筒(22)、z向合力杠杆(23)、框三y向加载杠杆(4)、框三z向加载杠杆(27)和若干连杆实现各方向的力加载。

5.根据权利要求4所述的一种薄壁多框结构力热外压联合加载系统，其特征在于，所述框一框二y向加载杠杆(10)位于+y方向，下部连接在框二(15)上，中间连接在框一(13)上，伸出舱外的上部是力的施加点；在框一(13)侧壁上设置框一-y向力加载点(9)，用于施加-y向力。

6.根据权利要求5所述的一种薄壁多框结构力热外压联合加载系统，其特征在于，所述框一框二z向加载杠杆(25)位于+z方向，下端连接在框二(15)上，中间连接在框一(13)上，伸出舱外的上端是力的施加点。

7.根据权利要求6所述的一种薄壁多框结构力热外压联合加载系统，其特征在于，所述框三y向加载杠杆(4)为工字形，上端安装在框三(5)上，受力为-y方向，框三y向加载杠杆(4)的中间点通过连杆与侧面的试验加载框架连接，中间点受力为-y方向，框三y向加载杠杆(4)下端为施力点，受力为+y向。

8.根据权利要求7所述的一种薄壁多框结构力热外压联合加载系统，其特征在于，所述框三z向加载杠杆(27)上端安装在框三(5)上，受力为-z方向，框三z向加载杠杆(27)中间点通过连杆与侧面的试验加载框架连接，中间点受力为-z方向，框三z向加载杠杆(27)下端为施力点，受力为+z向；框三z向加载杠杆(27)为矩形杆。

9.根据权利要求8所述的一种薄壁多框结构力热外压联合加载系统，其特征在于，所述y向合力杠杆(17)悬挂于试验件+y侧，上端与框一框二y向杠杆(10)伸出舱外的上端通过连杆连接，下端与框三y向加载杠杆(4)通过连杆连接；+y向加载作动筒(18)安装在试验加载框架上，输出端与y向合力杠杆(17)的中间点连接；-y向加载作动筒(8)安装在试验加载框架的-y侧，输出端与框一-y向力加载点(9)连接。

10.根据权利要求9所述的一种薄壁多框结构力热外压联合加载系统，其特征在于，所述z向合力杠杆(23)悬挂在试验件+z侧，上端与框一框二z向杠杆(25)伸出舱外的上端通过连杆连接，下端与框三z向加载杠杆(27)通过连杆连接；+z向加载作动筒(22)安装在z向加载作动筒支架(24)上，输出端与z向合力杠杆(23)的中间点连接。

技术总结
本发明提供了一种薄壁多框结构力热外压联合加载系统，包括试验加载框架、Z向加载作动筒支架、框三Z向力辅助支架、安装盘、框一、框二、框三、框一二Y向加载杠杆、框一二Z向加载杠杆、框三Y向加载杠杆、框三Z向加载杠杆、Z向加载作动筒、Y向加载作动筒、‑Y向加载作动筒、Z向合力杠杆、Y向合力杠杆、连接杆件若干、加热测温装置、保温层、加压装置、外压筒；试验件安装在安装盘上，安装加载框架、+Z侧作动筒支架、‑Z辅助支架、加载组件、加载作动筒、加热测温装置、保温层、加压装置后形成一套力热外压联合加载系统。利用该加载系统，可以完成薄壁多框结构在不高于200℃、外压不高于0.5MPa环境下的结构强度及稳定性考核。

技术研发人员：张宝康,臧博,邢立明,刘禹含,周国栋,高征
受保护的技术使用者：北京空间机电研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/25