本發(fā)明屬于運(yùn)載火箭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，涉及一種兼具儀器安裝和大錐角過渡的多功能艙段結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

1、隨著航天技術(shù)的發(fā)展，衛(wèi)星發(fā)射市場的激增、衛(wèi)星規(guī)模的多樣性以及一箭多星的發(fā)射模式的常態(tài)化，運(yùn)載火箭適應(yīng)多種接口的衛(wèi)星支架需求越來越多。火箭末級通常通過帶有錐角的過渡支架來匹配不同直徑的衛(wèi)星支架，而大錐角的過渡對該艙段的剛度和強(qiáng)度設(shè)計(jì)提出了更高的要求。

2、目前的國內(nèi)外運(yùn)載火箭的儀器布局多采用單獨(dú)的一個(gè)艙段來實(shí)現(xiàn)，阿里安5的儀器艙為一個(gè)外圓柱殼段、一個(gè)內(nèi)截錐形殼和一個(gè)水平的儀器安裝盤。德爾它4火箭沒有獨(dú)立的儀器艙，控制系統(tǒng)儀器設(shè)備采用懸掛的方式吊裝在二級氧箱下方伸出的儀器安裝平臺上。法爾肯9火箭沒有單獨(dú)儀器艙，其儀器設(shè)備安裝在二級尾段、及整流罩過渡支架上。安加拉系列運(yùn)載火箭上午儀器艙設(shè)置在上面級中。質(zhì)子號m/微風(fēng)m三級有一個(gè)獨(dú)立的儀器艙。宇宙神5火箭芯級由通用芯級和半人馬座上面級兩個(gè)通用模塊構(gòu)成，各自均有獨(dú)立的儀器艙結(jié)構(gòu)。國內(nèi)的運(yùn)載火箭均有獨(dú)立的儀器艙段來實(shí)現(xiàn)儀器的安裝布局。

3、為提高火箭的運(yùn)載能力，火箭末級需盡量減少單一功能的艙段，獨(dú)立儀器艙段的設(shè)置增加了火箭的重量、箭體長度和飛行載荷。

4、另外，傳統(tǒng)的火箭儀器艙用于集成安裝專業(yè)儀器設(shè)備、管路氣瓶，為數(shù)十種設(shè)備提供安裝支架，根據(jù)儀器管路安裝接口和安裝位置的不同，往往為每臺設(shè)備單獨(dú)提供安裝支架，大大增加了設(shè)計(jì)生產(chǎn)成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種兼具儀器安裝和大錐角過渡的多功能艙段結(jié)構(gòu)。

2、本發(fā)明解決技術(shù)的方案是：

3、一種兼具儀器安裝和大錐角過渡的多功能艙段結(jié)構(gòu)，包括上對接環(huán)框、下對接環(huán)框、蒙皮、第一中間環(huán)框、第二中間環(huán)框、t型桁條、慣性器件安裝支架、模塊化儀器支架；

4、上對接環(huán)框和下對接環(huán)框均采用鋁合金整體鍛造而成，上對接環(huán)框與衛(wèi)星支架軸向?qū)?，下對接環(huán)框與火箭末級軸向?qū)?；蒙皮以錐狀結(jié)構(gòu)固連在上對接環(huán)框和下對接環(huán)框之間；第一中間環(huán)框和第二中間環(huán)框結(jié)構(gòu)相同，均由兩個(gè)ω型框架通過連接板拼接而成，ω型框架采用硬鋁合金滾彎而成；第一中間環(huán)框和第二中間環(huán)框通過鉚釘固定在蒙皮內(nèi)壁；蒙皮內(nèi)壁均布若干t型桁條，t型桁條采用高強(qiáng)鋁合金型材，t型桁條結(jié)構(gòu)“一”部固連在蒙皮內(nèi)壁，并分別通過螺栓與上對接環(huán)框、下對接環(huán)框連接，t型結(jié)構(gòu)“|”部均指向艙段結(jié)構(gòu)中心；

5、慣性器件安裝支架采用鑄造鎂合金材料，固定在蒙皮外壁，為一體化三角錐形結(jié)構(gòu)，所述三角錐形結(jié)構(gòu)四個(gè)側(cè)面兩兩相對，且均設(shè)計(jì)減重孔，位于上方的側(cè)面為慣性器件安裝面，安裝面上加工安裝若干凸臺，以保證安裝平面度；慣性器件安裝支架上設(shè)置兩組靠銷結(jié)構(gòu)，以保證儀器安裝時(shí)與箭體的相對關(guān)系；

6、模塊化儀器支架截面為幾字型，布置于蒙皮外表面，模塊化儀器支架四周通過鉚釘與t型桁條連接，上表面作為儀器安裝面，提供各儀器設(shè)備的安裝接口；上表面中部通過c形桁條與t型桁條固連。

7、優(yōu)選的，t型桁條采用高強(qiáng)鋁合金型材。

8、優(yōu)選的，上對接環(huán)框和下對接環(huán)框均設(shè)計(jì)有外翻框。

9、優(yōu)選的，慣性器件安裝支架上，在較大減重孔孔周加厚翻邊

10、優(yōu)選的，慣性器件安裝支架位于艙段下部，其上端與第二中間環(huán)框連接，下端與下對接環(huán)框連接。

11、優(yōu)選的，慣性器件安裝支架表面采用微弧氧化處理。

12、優(yōu)選的，模塊化儀器支架為鋁合金鈑金支架。

13、優(yōu)選的，模塊化儀器支架上表面根據(jù)設(shè)備安裝接口制備安裝孔，安裝孔鉚接托板螺母從而為儀器提供安裝接口。

14、優(yōu)選的，模塊化儀器支架在蒙皮環(huán)向自由放置，數(shù)量根據(jù)需求確定。

15、優(yōu)選的，模塊化儀器支架安裝面上下各伸出三個(gè)短翻邊，模塊化儀器支架兩側(cè)和短翻邊通過鉚釘與t型桁條連接。

16、本發(fā)明基于火箭末級的空間和重量限制，提供了一種兼具儀器安裝和大錐角過渡的輕質(zhì)高承載多功能艙段結(jié)構(gòu)，能夠同時(shí)滿足火箭末級到衛(wèi)星支架的過渡功能和儀器設(shè)備安裝功能，具體創(chuàng)新點(diǎn)及有益效果如下：

17、本發(fā)明兼具儀器安裝功能及大錐角過渡功能，通過一個(gè)艙段實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)火箭兩個(gè)艙段的功能，部段的減少，使得箭體結(jié)構(gòu)更加緊湊，縮短全箭長度，進(jìn)一步降低火箭末級重量。同時(shí)，采用強(qiáng)桁強(qiáng)框的主結(jié)構(gòu)布局方案，解決了大錐角結(jié)構(gòu)的輕質(zhì)高承載難題，實(shí)現(xiàn)了火箭的剛度和強(qiáng)度指標(biāo)要求。

18、本發(fā)明基于錐形蒙皮外表面，設(shè)計(jì)了一種一體化薄壁三角錐形結(jié)構(gòu)的慣性器件安裝支架，采用鑄造鎂合金結(jié)構(gòu)，滿足了大錐角斜面安裝慣性器件的高比剛度、高精度要求。

19、本發(fā)明在蒙皮外表面設(shè)計(jì)模塊化通用儀器支架，儀器支架的尺寸和數(shù)量不再受制于儀器設(shè)備本身，而是通過一定數(shù)量的模塊化支架，實(shí)現(xiàn)數(shù)十種設(shè)備的安裝，有效解決了錐形艙段儀器支架設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，內(nèi)嵌c形桁條連接，進(jìn)一步增強(qiáng)了儀器支架剛度，同時(shí)模塊化的儀器支架大幅提高了設(shè)計(jì)和生產(chǎn)效率。此外，艙段主結(jié)構(gòu)采用內(nèi)桁的結(jié)構(gòu)形式，使得艙壁外表面儀器支架的布局更加靈活。

技術(shù)特征：

1.一種兼具儀器安裝和大錐角過渡的多功能艙段結(jié)構(gòu)，其特征在于：包括上對接環(huán)框(1)、下對接環(huán)框(2)、蒙皮(3)、第一中間環(huán)框(5)、第二中間環(huán)框(6)、t型桁條(4)、慣性器件安裝支架(7)、模塊化儀器支架(9)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兼具儀器安裝和大錐角過渡的多功能艙段結(jié)構(gòu)，其特征在于：t型桁條(4)采用高強(qiáng)鋁合金型材。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兼具儀器安裝和大錐角過渡的多功能艙段結(jié)構(gòu)，其特征在于：上對接環(huán)框(1)和下對接環(huán)框(2)均設(shè)計(jì)有外翻框。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兼具儀器安裝和大錐角過渡的多功能艙段結(jié)構(gòu)，其特征在于：慣性器件安裝支架上，在較大減重孔孔周加厚翻邊。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兼具儀器安裝和大錐角過渡的多功能艙段結(jié)構(gòu)，其特征在于：慣性器件安裝支架(7)位于艙段下部，其上端與第二中間環(huán)框(6)連接，下端與下對接環(huán)框(2)連接。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兼具儀器安裝和大錐角過渡的多功能艙段結(jié)構(gòu)，其特征在于：慣性器件安裝支架(7)表面采用微弧氧化處理。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兼具儀器安裝和大錐角過渡的多功能艙段結(jié)構(gòu)，其特征在于：模塊化儀器支架(9)為鋁合金鈑金支架。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兼具儀器安裝和大錐角過渡的多功能艙段結(jié)構(gòu)，其特征在于：模塊化儀器支架(9)上表面根據(jù)設(shè)備安裝接口制備安裝孔，安裝孔鉚接托板螺母從而為儀器提供安裝接口。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兼具儀器安裝和大錐角過渡的多功能艙段結(jié)構(gòu)，其特征在于：模塊化儀器支架(9)在蒙皮環(huán)向自由放置，數(shù)量根據(jù)需求確定。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兼具儀器安裝和大錐角過渡的多功能艙段結(jié)構(gòu)，其特征在于：模塊化儀器支架(9)安裝面上下各伸出三個(gè)短翻邊，模塊化儀器支架(9)兩側(cè)和短翻邊通過鉚釘與t型桁條連接。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種兼具儀器安裝和大錐角過渡的多功能艙段結(jié)構(gòu)，通過一個(gè)艙段實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)火箭兩個(gè)艙段的功能，部段的減少，使得箭體結(jié)構(gòu)更加緊湊，縮短全箭長度，進(jìn)一步降低火箭末級重量。基于錐形蒙皮外表面，設(shè)計(jì)了一種一體化薄壁三角錐形結(jié)構(gòu)的慣性器件安裝支架，采用鑄造鎂合金結(jié)構(gòu)，滿足了大錐角斜面安裝慣性器件的高比剛度、高精度要求。在蒙皮外表面設(shè)計(jì)模塊化通用儀器支架，通過一定數(shù)量的模塊化支架，實(shí)現(xiàn)數(shù)十種設(shè)備的安裝，有效解決了錐形艙段儀器支架設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，同時(shí)模塊化的儀器支架大幅提高了設(shè)計(jì)和生產(chǎn)效率。

技術(shù)研發(fā)人員：王丹,尹建華,張登宇,駱洪志,陳友偉,夏慧,劉立東,王婧超,侯錦川,古海輪,劉利明,李林生,于思恒,楊熙璇,王康康,尹蓮花,劉長志,郭晨宇,張昊,包宇兵,曹景樂,任東鴻,孫海霞
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京宇航系統(tǒng)工程研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6