[發(fā)明專利]一種大推力運(yùn)載火箭低溫末級貯箱連接支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410585072.7
• 申請日: 2014-10-27
• 公開（公告）號: CN104315928A
• 公開（公告）日: 2015-01-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 董曉琳;莊方方;吳勝寶;李爍;閆指江;李勇鵬;孔令超;張展智
• 申請（專利權(quán)）人: 中國運(yùn)載火箭技術(shù)研究院
• 主分類號: F42B15/36
• 分類號: F42B15/36
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 安麗

1.一種大推力運(yùn)載火箭低溫末級貯箱連接支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，其特征在于，具體步驟為：

步驟一，選材：對強(qiáng)度較大的鋁合金、不銹鋼及鈦合金金屬材料以及低導(dǎo)熱率的玻璃纖維復(fù)合材料和碳纖維復(fù)合材料在低溫區(qū)的縱向拉伸強(qiáng)度和導(dǎo)熱率進(jìn)行對比，在20K-90K的低溫區(qū)選取導(dǎo)熱率與縱向拉伸強(qiáng)度的比值小于0.001W/(m·K)/MPa的材料，之后在選出的材料中選擇拉伸強(qiáng)度至少為1000MPa和導(dǎo)熱率不超過0.8W/(m·K)的材料；

步驟二，初步結(jié)構(gòu)設(shè)計：將連接支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計成回轉(zhuǎn)體，可將其設(shè)計成殼段結(jié)構(gòu)和桿系結(jié)構(gòu)兩大類五種初步結(jié)構(gòu)，即一種殼段結(jié)構(gòu)和四種桿系結(jié)構(gòu)；

步驟三，強(qiáng)度及重量分析：對步驟二中確定的初步四種桿系結(jié)構(gòu)施加百萬牛級的軸向拉力和壓力載荷，進(jìn)行拉伸應(yīng)力、壓縮應(yīng)力分析，判斷其最大拉伸應(yīng)力是否小于材料的拉伸強(qiáng)度，最大壓縮應(yīng)力是否小于材料的壓縮強(qiáng)度，同時對整個結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性進(jìn)行分析，判斷其屈曲因子是否大于預(yù)先給定的1-2的安全系數(shù)，若不滿足拉伸應(yīng)力、壓縮應(yīng)力和屈曲因子預(yù)設(shè)的任一條件，則修改初步結(jié)構(gòu)大小，直至滿足條件后，進(jìn)行重量分析，以重量最小為該結(jié)構(gòu)形式中的最優(yōu)結(jié)構(gòu)；設(shè)置步驟二中確定的殼段結(jié)構(gòu)的重量與上述桿系結(jié)構(gòu)確定的最小重量結(jié)構(gòu)的重量一致，對殼段結(jié)構(gòu)及重量最小的桿系結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度對比，選出一種或多種結(jié)構(gòu)；

步驟四，熱分析：對步驟三中優(yōu)選的結(jié)構(gòu)進(jìn)行熱分析，通過傅立葉定律計算，對比各類結(jié)構(gòu)的熱流量，選取傳遞熱流量最小的結(jié)構(gòu)為最優(yōu)結(jié)構(gòu)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種大推力運(yùn)載火箭低溫末級貯箱連接支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，其特征在于，所述殼段結(jié)構(gòu)設(shè)計為，由薄板和加筋構(gòu)件組成的薄壁結(jié)構(gòu)，殼段上端面與一個貯箱的短殼連接，殼段下端面與另一個貯箱的短殼連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種大推力運(yùn)載火箭低溫末級貯箱連接支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，其特征在于，所述桿系結(jié)構(gòu)設(shè)計為，由上端框、桿系以及下端框組成，上端框與一個貯箱的短殼連接，下端框與另一個貯箱的短殼連接，中間為主要承力和傳熱的桿系，桿系設(shè)計有V型10桿結(jié)構(gòu)、V型20桿結(jié)構(gòu)、X型8桿結(jié)構(gòu)及X型12桿結(jié)構(gòu)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種大推力運(yùn)載火箭低溫末級貯箱連接支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，其特征在于，V型桿系的兩根單獨(dú)桿呈現(xiàn)V型，一頭的兩端連與一處，與一個端框連接，另一頭的兩端呈一定角度分開，與另一個端框連接，兩對V型桿系呈現(xiàn)出W型，進(jìn)而順沿連接支撐結(jié)構(gòu)的形式進(jìn)行頭尾相接。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種大推力運(yùn)載火箭低溫末級貯箱連接支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，其特征在于，初步結(jié)構(gòu)設(shè)計中，X型桿系的兩根單獨(dú)桿交叉形成一定角度，一頭的兩端連接于上端框，另一頭的兩端連接于下端框，依次順沿連接支撐結(jié)構(gòu)的形式進(jìn)行頭尾相接。