[發明專利]載人航天器觀察窗透明件緊固結構及其緊固方法

有效

• 申請號: 201310207120.4
• 申請日: 2013-05-16
• 公開（公告）號: CN104165018A
• 公開（公告）日: 2014-11-26
• 發明（設計）人: 謝曉斌;鄒彤;李震;謝雋永
• 申請（專利權）人: 一禾科技發展(上海)有限公司
• 主分類號: E06B3/58
• 分類號: E06B3/58
• 代理公司: 上海唯源專利代理有限公司 31229
• 代理人: 曾耀先

技術領域

本發明涉及國防建設領域的各類載人航天器，尤指一種載人航天器的觀察窗透明件緊固結構及其緊固方法。

背景技術

近年來，隨著科技的發展和國防、科考等事業的需要，世界各國紛紛加大對載人飛船、航天飛機、空天飛機、空間站等載人航天器發展與建設的投入。其中，觀察窗作為載人航天器中關鍵的結構部件，除了須具備良好的光學性能外，耐壓性、氣密性等安全性能主要取決于觀察窗透明件與航天器外殼的緊固連接。

為滿足航天器艙內人員對艙外環境觀察的要求，觀察窗大多采用光學性能良好且具備一定強度的玻璃透明件，但其屬脆性材質，有沖擊強度低、拉伸強度低、壓縮強度低、承載強度低、抗應力性能差、膨脹系數高、斷裂延伸性強、彈性模量小、撓曲強度低、屈服強度低等缺點。

如圖1所示，當一平面物件置于剛性邊框內，在平面上施加均布荷載時，該物件平面會發生凹陷變形，其內部會產生對抗性應力，而且邊沿受到剛性制約因素形成應力集中效應，對抗性應力超過該物件邊沿材質的性能極限時，該物件邊沿會損壞。

目前載人航天器觀察窗透明件一般是通過法蘭緊固透明件邊緣安裝至航天器觀察窗預留邊框上的。由于透明件為脆性材質，航天器觀察窗預留邊框為剛性材質，且在太空中艙外氣壓幾乎為零，而艙內為滿足航天員的基本生存需要須保持約一個標準大氣壓，因此艙內外存在較大的壓差。當脆性的透明件擱置于剛性的邊框上、一側受到均勻氣壓時，且根據上述透明件的缺點以及透明件受到均布荷載時的受力原理，該脆性材料的邊緣強度就顯得尤為重要，一旦處理不好極易出現裂縫等安全問題。為應對航天器觀察窗在太空中受到的壓差等荷載，保證其結構的強度與穩定，觀察窗透明件邊緣與外殼連接處的厚度需要相應增加；然而由于同時又受到光學要求的限制，透明件的整體厚度必須保持一致，而無法因為透明件邊緣的破壞應力較大而局部增加厚度，因此設計時不得不將透明件的整體厚度加大，這樣無疑會對透明件的光學性能造成一定影響，同時其內應力變化也更加復雜。除此之外上述觀察窗透明件與外殼的連接方式還存在以下缺陷：

1、在生產制造及加工過程中，觀察窗透明件或多或少會存在一定的缺陷或殘余應力，對透明件自身的內應力平衡造成破壞；后續在運輸、倉儲或裝配的過程都可能導致該缺陷或應力逐漸放大，日后存在較大的安全隱患。

2、圓弧形對透明件的加工工藝要求更高，透明件的加工尺寸或弧度等必然存在一定的誤差，同樣航天器外殼與透明件連接處的接觸面存在平整度誤差，法蘭環與透明件連接處的接觸面也存在一定的平整度誤差，另外法蘭緊固螺栓的擰緊程度也存在差異，上述誤差都將影響透明件與外殼的貼合度，從而導致透明件安裝困難，或者安裝后存在應力集中，且透明件制品的互換性較差。

3、在使用過程中，雖然觀察窗透明件與航天器外殼之間設有膠墊，但是當航天器在太空運行時將會存在巨大的壓力差，膠墊的彈性形變會到達極限，此時膠墊的緩沖作用將失去而僅存密封作用，此時透明件斷面與外殼之間由柔性接觸變為了剛性接觸，再加上前述透明件與外殼自身都存在一定的精度誤差，所以此剛性接觸對于透明件的受力狀態來說是非常不利的同時也是極不穩定的，其自身內部的加工應力與安裝應力等都會因此被放大，從而導致透明件的邊緣強度進一步降低，直至出現裂縫甚至破壞而引發更嚴重的安全事故。

4、當載人航天器在發射、返回以及太空運行期間，艙外溫差可達上千度，在如此環境下觀察窗透明件的內應力平衡必然被破壞，一旦透明件本身在生產或裝配過程中存在任何細小的瑕疵或裂紋，將極有可能擴展為裂縫甚至導致透明件的破裂等災難性事故。

目前世界上載人航天器觀察窗透明件的安裝結構大致相同，只是在透明件的材質及制造工藝上有所改進，透明件與航天器外殼的緊固結構并無根本改變，上述問題依然存在，航天器透明件緊固結構亦成為困擾相關技術人員的一大難題。

然而隨著時代的進步，載人航天事業的發展越來越被重視，人們對載人航天器需求也是有增無減，可是能夠有效提升航天器觀察窗安全性與便捷性的核心技術仍未解決。針對此類問題目前尚無比較合理的解決方式，而本發明填補了此領域的空白。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺陷，而提供一種載人航天器觀察窗透明件的緊固結構及其緊固方法。

為解決上述技術問題，本發明公開了一種載人航天器觀察窗透明件的緊固結構，包括航天器外殼和安裝于所述外殼的觀察窗透明件；所述透明件周邊結合有一邊框，所述邊框上形成有配合所述外殼的安裝結構，所述邊框包括壓迫組件和緊固組件，通過所述壓迫組件和透明件的配合壓迫所述緊固組件生成預應力進而緊固所述透明件。