一种具有防拉扯功能的防热软体结构及其设计方法与流程

1.本发明属于航天领域，尤其是涉及一种具有防拉扯功能的防热软体结构及其设计方法。


背景技术：

2.火箭发射筒周围结构有防热需求，如果火箭发射筒有摆动需求，发射筒周边不能使用防热板等静态结构，而要使用防热软体结构，从而满足发射筒摆动要求。软体结构应满足防热要求并提供发射筒摆动拉扯空间。防热软体结构无法承受发射筒热流的直接冲击，在设计过程中需要限制悬垂量，而防热软体结构设计不能为满足摆动需求而无限放大尺寸，因此防热软体结构需要精准的尺寸设计方法。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明旨在克服现有技术中的缺陷，提出一种具有防拉扯功能的防热软体结构及其设计方法。
4.为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
5.一种具有防拉扯功能的防热软体结构的设计方法，包括如下步骤：
6.(1)确定发射筒的旋转中心o，以旋转中心为原点建立三维坐标轴；
7.(2)确定最大摆动角度φ，-8
°
≤φ≤8
°
；
8.(3)在所述的防热软体结构上分别确定内钉孔与外钉孔位置与数量，确定所述的防热软体结构的内环交点ni与外环交点nj，
9.(4)确定内钉孔的中心点与内环的距离gi、外钉孔的中心点与外环的距离gj、内钉孔的直径di和外钉孔直径dj；
10.(5)计算内环交点ni的旋转半径ri、移动距离ui与运动矢量n
in
；
11.(6)计算内环交点顺时针旋转后距离外环的距离r
ip
、逆时针旋转后距离外环的距离r
in
，计算径向设计宽度wi并测量相邻的内环交点之间的距离li与相邻的外环交点之间的距离lj；
12.(7)将相邻的内环交点ni与对应的相邻的外环交点nj构成四边形，将各四边形组合后得到所述的防热软体结构轮廓线，以第一个四边形的内环交点为原点建立二维坐标轴，分别计算内环交点ni与外环交点nj在二维坐标轴中的坐标；
13.(8)在二维坐标下计算内钉孔的中心点坐标与外钉孔的中心点坐标，得到具有防拉扯功能的防热软体结构。
14.进一步，所述的步骤(1)中的三维坐标轴的3个方向用x轴、y轴与z轴表示，所述的旋转中心o位于坐标轴的原点，所述的发射筒围绕z轴摆动；所述的步骤(2)中的最大摆动角度φ为x轴与所述的发射筒的中心线的夹角。
15.进一步，所述的步骤(3)中的内环交点ni为：防热软体结构的内环的几何中心点o’分别与内钉孔中心点、外钉孔中心点的连线的延长线与内环的交点；所述的步骤(3)中的外
环交点nj为：防热软体结构的内环的几何中心点o’分别与内钉孔中心点、外钉孔中心点的连线的延长线与外环的交点；所述的内钉孔位于所述的内环的边缘处；所述的外钉孔位于所述的外环的边缘处；所述的内钉孔和外钉孔的数量之和与内环交点ni的数量相同，所述的内钉孔和外钉孔的数量之和与外环交点nj的数量相同。
16.进一步，所述的步骤(4)中的内钉孔的中心点与内环的距离gi具体为：内钉孔的中心点与内环交点ni之间的距离；所述的步骤(4)中的外钉孔的中心点与外环的距离gj具体为：外钉孔的中心点与外环交点nj之间的距离；
17.进一步，所述的步骤(5)中的旋转半径ri为旋转中心o与内环交点ni的空间距离在旋转平面内的投影长度；所述的内环交点ni的旋转半径ri如式(ⅰ)所示：
[0018][0019]
所述的步骤(5)中的移动距离ui如式(ⅱ)所示：
[0020]
ui＝2
×
sin(5
°
)
×ri
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式(ⅱ)；
[0021]
所述的步骤(5)中的运动矢量n
in
如式(ⅲ)所示：
[0022][0023]
进一步，所述的步骤(6)中的内环交点顺时针旋转后距离外环的距离r
ip
如式(ⅳ)所示：
[0024][0025]
所述的步骤(6)中的内环交点逆时针旋转后距离外环的距离r
in
如式(
ⅴ
)所示：
[0026][0027]
考虑防热软体结构厚度等影响因素，通过放大1.2倍来提供设计余量，防热软体结构在各旋转点位置的径向设计宽度为wi如式(
ⅹ
)所示：
[0028]
wi＝max(r
ip
,r
in
)*1.2
ꢀꢀꢀꢀꢀ
式(
ⅹ
)。
[0029]
进一步，所述的步骤(7)中的相邻的内环交点ni与对应的相邻的外环交点nj构成的四边形中：相邻的内环交点ni连线与对应的相邻的内环交点ni、外环交点nj连线的夹角为80-100度；所述的二维坐标轴的2个方向用x轴与y轴表示；所述的二维坐标轴的原点为第一个四边形的起始边的内环交点ni(i＝1)，起始边的内环交点ni(i＝1)指向起始边的外环交点nj(j＝1)的方向为y轴方向，起始边的内环交点ni(i＝1)指向第二个内环交点ni(i＝2)的方向与x轴正向夹角为锐角；所述的内环交点ni在二维坐标轴中的坐标为(m
ix
、m
iy
)，外环交点nj在二维坐标轴中的坐标为(m
jx
、m
,y
)。根据图4的边排列顺序，以及相邻的内环交点ni连线与对应的相邻的内环交点ni、外环交点nj连线的夹角，可以唯一确定该坐标系下各个内环交点ni与外环交点nj在二维坐标系中的坐标。
[0030]
进一步，所述的步骤(8)中的内钉孔的中心点坐标(nail
ix
，nail
iy
)分别如式(ⅵ)、(ⅶ)所示：
[0031]
nail
ix
＝m
ix-(m
ix-m
jx
)
×gi
/wiꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式(ⅵ)
[0032]
nail
iy
＝m
iy-(m
iy-m
jy
)
×gi
/wiꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式(ⅶ)；
[0033]
所述的外钉孔的中心点坐标(nail
jx
，nail
jy
)分别如式(
ⅷ
)、(
ⅸ
)所示：
[0034]
nail
ix
＝m
jx-(m
jx-m
ix
)
×gj
/wiꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式(
ⅷ
)
[0035]
nail
iy
＝m
jy-(m
jy-m
iy
)
×gj
/wiꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式(
ⅸ
)。
[0036]
所述的方法第一步是计算发射筒的摆动数据，获得发射筒和防热软体结构连接位置的位移信息，发射筒在垂直于z轴的平面内顺时针或逆时针运动；第二部是通过获得的数据建立防热软体结构。
[0037]
所述的方法还包括：步骤(9)测量防热底板摆动方向开口最大尺寸length，计算验证防热软体结构的悬垂量droopi。
[0038]
所述的步骤(9)中悬垂量droopi如式(
ⅺ
)所示：
[0039][0040]
一种具有防拉扯功能的防热软体结构，所述的防热软体结构的平面形状为扇形结构，将该扇形结构的两个侧边连接后得到立体的圆台结构，所述的防热软体结构的顶部的内环与发射筒相连，底部的外环与防热底板相连；所述的内环为圆形，所述的外环为不规则形状；所述的内环的边缘处设有若干的内钉孔，所述的外环的边缘处设有若干的外钉孔。
[0041]
进一步，所述的内钉孔与外钉孔的数量相同；所述的防热软体结构悬垂量小于等于防热底板开口最大尺寸的20％。从而满足喷筒热流不直接冲击防热软体结构的要求。
[0042]
相对于现有技术，本发明具有以下优势：
[0043]
本发明所述的具有防拉扯功能的防热软体结构与防热底板、发射筒安装后，悬垂量不超过防热底板开口最大尺寸的20％，从而满足喷筒热流不直接冲击防热软体结构的要求。防热软体结构在发射筒摆动过程中不会发生拉扯破坏，能够充分维持原有材料的防热性能，防止从地面反弹的热流流入火箭内部，保证火箭内部温度维持在要求范围以内。
[0044]
本发明所述的具有防拉扯功能的防热软体结构设计方法中的第(5)、(6)、(7)、(8)步计算方法适用于编程计算，第(7)、(8)步的计算结果适用于参数化建模，因此该方法可满足结构方案快速设计的要求。
附图说明
[0045]
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0046]
图1为本发明实施例所述的具有防拉扯功能的防热软体结构的示意图；
[0047]
图2为本发明实施例所述的具有防拉扯功能的防热软体结构的侧视图；
[0048]
图3为本发明实施例所述的四边形的示意图；
[0049]
图4为本发明实施例1所述的具有防拉扯功能的防热软体结构的展开图。
[0050]
图5为本发明实施例2所述的具有防拉扯功能的防热软体结构的展开图。
[0051]
附图标记说明：
[0052]
1、防热软体结构；2、发射筒；3、防热板；4、内钉孔；5、外钉孔；6、延长线；7、旋转中心。
具体实施方式
[0053]
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0054]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0055]
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0056]
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
[0057]
实施例1
[0058]
一种具有防拉扯功能的防热软体结构的设计方法，包括如下步骤：
[0059]
(1)确定发射筒的旋转中心o，以旋转中心为中心建立三维坐标轴，三维坐标轴的3个方向用x轴、y轴与z轴表示，旋转中心o位于坐标轴的原点(o
x
，oy，oz)，发射筒围绕z轴摆动；
[0060]
(2)确定最大摆动角度φ，φ＝8
°
；
[0061]
(3)在防热软体结构上分别确定内钉孔与外钉孔位置与数量，确定所述的防热软体结构的内环交点ni与外环交点nj，分别列举ni、nj的第1个点到第3个点见表1；
[0062]
表1 内环交点ni与外环交点nj的值
[0063][0064]
(4)确定内钉孔的中心点与内环的距离gi、外钉孔的中心点与外环的距离gj、内钉孔的直径di和外钉孔直径dj，如表2所示；
[0065]
表2 gi、gj、di和dj的值
[0066]
序号gi(mm)di(mm)gj(mm)dj(mm)11510无无2无无8.42931510无无
[0067]
(5)计算前3个内环交点ni的旋转半径ri、移动距离ui与运动矢量n
in
，如表3所示；
[0068]
表3 ri、ui与n
in
的值
[0069]
序号ri(mm)ui(mm)x方向运动矢量(mm)y方向运动矢量(mm)11259.19176.1440.19-171.5021247.25174.4732.10-171.5031241.98173.7327.81-171.50
[0070]
(6)计算内环交点顺时针旋转后距离外环的距离r
ip
、逆时针旋转后距离外环的距离r
in
，计算径向设计宽度wi并测量相邻的内环交点之间的距离li与相邻的外环交点之间的距离lj，如表4所示；
[0071]
表4 计算构建平面扇形结构的参数
[0072]
序号r
ip
(mm)r
in
(mm)wi(mm)li(mm)lj(mm)1164.46395.97475.1680.47134.782173.83343.40412.0837.3861.033176.87315.58378.70
ꢀꢀ
[0073]
(7)将相邻的内环交点ni与对应的相邻的外环交点nj构成四边形，相邻的内环交点ni连线与对应的相邻的内环交点ni、外环交点nj连线的夹角为90度，将各四边形组合后得到所述的防热软体结构轮廓线，如图所示，以第一个四边形的内环交点ni(i＝1)为原点建立二维坐标轴，起始边的内环交点ni(i＝1)指向起始边的外环交点nj(j＝1)的方向为y轴方向，起始边的内环交点ni(i＝1)指向第二个内环交点ni(i＝2)的方向与x轴正向夹角为锐角，分别计算内环交点ni与外环交点nj在二维坐标轴中的坐标；
[0074]
(8)在二维坐标下计算内钉孔的中心点坐标与外钉孔的中心点坐标，得到具有防拉扯功能的防热软体结构，nail
ix
、nail
iy
、nail
jx
、nail
jy
如表5所示；
[0075]
表5 nail
ix
、nail
iy
、nail
jx
、nail
jy
的值
[0076][0077][0078]
(9)测量防热底板开口最大尺寸1500mm，计算该设计结构的悬垂量如下，悬垂量满足设计要求。
[0079]
表6 悬垂量
[0080]
序号悬垂量(mm)悬垂量/开口尺寸1265.390.082231.960.103189.810.12
[0081]
一种具有防拉扯功能的防热软体结构，所述的防热软体结构的平面形状为扇形结构，将该扇形结构的两个侧边连接后得到立体的圆台结构，所述的防热软体结构的顶部的内环与发射筒相连，底部的外环与防热底板相连；所述的内环为圆形，所述的外环为不规则形状；所述的内环的边缘处设有20个内钉孔，所述的外环的边缘处设有25个外钉孔，平面设计状态如图4所示。所述的防热软体结构悬垂量小于等于防热底板开口最大尺寸的25％。从
而满足喷筒热流不直接冲击防热软体结构的要求。
[0082]
实施例2
[0083]
一种具有防拉扯功能的防热软体结构的设计方法，包括如下步骤：
[0084]
(1)确定发射筒的旋转中心o，以旋转中心为中心建立三维坐标轴，三维坐标轴的3个方向用x轴、y轴与z轴表示，旋转中心o位于坐标轴的原点(o
x
，oy，oz)，发射筒围绕z轴摆动；
[0085]
(2)确定最大摆动角度φ，φ＝8
°
；
[0086]
(3)在防热软体结构上分别确定内钉孔与外钉孔位置与数量，确定所述的防热软体结构的内环交点ni与外环交点nj，分别列举ni、nj的第1个点到第3个点见表7；
[0087]
表7 内环交点ni与外环交点nj的值
[0088][0089]
(4)确定内钉孔的中心点与内环的距离gi、外钉孔的中心点与外环的距离gj、内钉孔的直径di和外钉孔直径dj，如表8所示；
[0090]
表8 gi、gj、di和dj的值
[0091]
序号gi(mm)di(mm)gj(mm)dj(mm)11510无无2无无151031510无无
[0092]
(5)计算前3个内环交点ni的旋转半径ri、移动距离ui与运动矢量n
in
，如表9所示；
[0093]
表9 ri、ui与n
in
的值
[0094]
序号ri(mm)ui(mm)x方向运动矢量(mm)y方向运动矢量(mm)11249.418174.77572433.704339-171.49521243.102173.89221428.773788-171.49531233.979172.61602919.639812-171.495
[0095]
(6)计算内环交点顺时针旋转后距离外环的距离r
ip
、逆时针旋转后距离外环的距离r
in
，计算径向设计宽度wi并测量相邻的内环交点之间的距离li与相邻的外环交点之间的距离lj，如表10所示；
[0096]
表10 计算构建平面扇形结构的参数
[0097][0098][0099]
(7)将相邻的内环交点ni与对应的相邻的外环交点nj构成四边形，相邻的内环交点
ni连线与对应的相邻的内环交点ni、外环交点nj连线的夹角为90度，将各四边形组合后得到所述的防热软体结构轮廓线，如图所示，以第一个四边形的内环交点ni(i＝1)为原点建立二维坐标轴，起始边的内环交点ni(i＝1)指向起始边的外环交点nj(j＝1)的方向为y轴方向，起始边的内环交点ni(i＝1)指向第二个内环交点ni(i＝2)的方向与x轴正向夹角为锐角，分别计算内环交点ni与外环交点nj在二维坐标轴中的坐标；
[0100]
(8)在二维坐标下计算内钉孔的中心点坐标与外钉孔的中心点坐标，得到具有防拉扯功能的防热软体结构，nail
ix
、nail
iy
、nail
jx
、nail
jy
如表11所示。
[0101]
表11 nail
ix
、nail
iy
、nail
jx
、nail
jy
的值
[0102]
序号nail
ix
(mm)nail
iy
(mm)内孔半径(mm)nail
jx
(mm)nail
jy
(mm)外孔半径(mm)10.00490.165.00无无无2无无无117.4073.204.503115.79493.465.00无无无
[0103]
(9)测量防热底板摆动方向开口最大尺寸1400mm，计算该设计结构的悬垂量如下，悬垂量满足设计要求。
[0104]
表12 悬垂量
[0105]
序号悬垂量(mm)悬垂量/开口尺寸1265.390.192231.960.173189.810.14
[0106]
一种具有防拉扯功能的防热软体结构，所述的防热软体结构的平面形状为扇形结构，将该扇形结构的两个侧边连接后得到立体的圆台结构，所述的防热软体结构的顶部的内环与发射筒相连，底部的外环与防热底板相连；所述的内环为圆形，所述的外环为不规则形状；所述的内环的边缘处设有20个内钉孔，所述的外环的边缘处设有20个外钉孔，平面设计状态如图5所示。所述的防热软体结构悬垂量小于等于防热底板开口最大尺寸的25％。从而满足喷筒热流不直接冲击防热软体结构的要求。
[0107]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。