[發(fā)明專利]一種環(huán)形復合材料貯箱結(jié)構(gòu)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710203653.3
• 申請日: 2017-03-30
• 公開（公告）號: CN107097979B
• 公開（公告）日: 2020-04-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊帆;徐忠海;朱欣如;宋杰人;牛中原;王榮國;矯維成;劉文博;郝立峰;洪毅;江龍;李琳琳
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學
• 主分類號: B64G1/40
• 分類號: B64G1/40
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 岳昕

1.一種環(huán)形復合材料貯箱結(jié)構(gòu)，包括中間復合材料貯箱、上連接裙、下連接裙、外部環(huán)形復合材料貯箱和圓臺環(huán)狀體連接件；

所述中間復合材料貯箱包括圓桶形貯箱壁、隔板和內(nèi)凹式結(jié)構(gòu)；圓桶形貯箱壁的桶口朝下，隔板位于圓桶形貯箱壁的內(nèi)部，將圓桶形貯箱壁的內(nèi)部空間分成兩部分，隔板的上部用于存儲推進劑；

所述內(nèi)凹式結(jié)構(gòu)是以圓桶形貯箱壁的桶口向桶內(nèi)延伸、穿過隔板的腔體，用于連接發(fā)動機；內(nèi)凹式結(jié)構(gòu)與隔板及下部對應的圓桶形貯箱壁三者組成的空間，用于存儲氧化劑；

上連接裙和下連接裙分別固定在中間復合材料貯箱的頂部和底部；

外部環(huán)形復合材料貯箱設(shè)置在中間復合材料貯箱外部，外部環(huán)形復合材料貯箱內(nèi)分為上下兩部，上部用于存儲推進劑，下部用于存儲氧化劑；

圓臺環(huán)狀體連接件套在圓桶形貯箱壁的下部，且位于外部環(huán)形復合材料貯箱與圓桶形貯箱壁之間，外部環(huán)形復合材料貯箱和圓桶形貯箱壁通過圓臺環(huán)狀體連接件固定連接；

其特征在于，所述環(huán)形復合材料貯箱結(jié)構(gòu)包括封頭，該封頭的剛度設(shè)計方法為：

步驟1：通過求解纏繞軌跡在封頭型面的穩(wěn)定方程，配合纏繞角方程，實現(xiàn)封頭與筒身交接處纏繞角固定；

步驟2：在封頭上推導出一個纖維可以進行穩(wěn)定非測地線纏繞的區(qū)域，將使得在該區(qū)域內(nèi)存在一個筒身纏繞角的變化范圍，配合纖維纏繞不離縫不重疊條件，使得線型設(shè)計自由度大大增加，同時根據(jù)封頭受力情況，改變封頭上纖維軌跡走向，設(shè)計出更加符合封頭受力的線型軌跡；

步驟3：通過對纏繞厚度的精確預測，同時對每種線型在封頭上的軌跡分布進行精確計算后，可以得到每種線型在每個單元范圍內(nèi)的厚度堆積情況和纏繞角精確值，然后再逐點代入有限元單元中，可進行更加精確的有限元計算；

在以上步驟的基礎(chǔ)上，通過聯(lián)用有限元單元Ansys和迭代計算程序以及纏繞線型表，設(shè)計不同的纏繞線型，進而以應變均勻為設(shè)計目標，對各種允許線型下的變形情況進行計算并優(yōu)選，達到封頭的剛度優(yōu)化設(shè)計，進而完成整個貯箱的設(shè)計。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種環(huán)形復合材料貯箱結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述圓臺環(huán)狀體連接件為可自動拆卸結(jié)構(gòu)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種環(huán)形復合材料貯箱結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述復合材料貯箱的環(huán)向和軸向的鋪層比例為1：a，其中a的取值范圍為0.5～1.5。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種環(huán)形復合材料貯箱結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述內(nèi)凹式結(jié)構(gòu)采用鋁合金焊接式預制結(jié)構(gòu)或碳纖維模壓結(jié)構(gòu)。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種環(huán)形復合材料貯箱結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述上連接裙和下連接裙在纏繞時均與復合材料貯箱一體成型。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種環(huán)形復合材料貯箱結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述上連接裙和下連接裙均為采用加筋纏繞復合材料的承壓筒。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種環(huán)形復合材料貯箱結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述隔板在纏繞前將其用碳纖維織物預先成型，以預置體的方式作為模具放置在容器內(nèi)部。