[發明專利]一種多級格柵加筋筒殼結構

有效

• 申請號: 201810010027.7
• 申請日: 2018-01-05
• 公開（公告）號: CN108298109B
• 公開（公告）日: 2023-07-07
• 發明（設計）人: 范華林;孫方方;黎明;吳昊
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B64G1/22
• 分類號: B64G1/22;B64G1/40
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

本發明涉及一種多級格柵加筋筒殼結構，屬于航空航天器中主承力薄壁構件設計領域。傳統的單蒙皮一級加筋筒殼結構強度較差，且同質量情況下，筒殼結構內部空間小。鑒于此，本發明在傳統的單層格柵加筋筒殼的基礎上加入二級格柵，并通過模壓工藝使蒙皮、一級格柵和二級格柵固化連接成一個整體。這樣一級格柵可以采用較疏的大尺寸結構，從而在達到輕量化和大內部空間效果的同時，使結構整體剛度增強，有效的抑制格柵加筋筒殼結構的格柵屈曲、蒙皮皺曲和強度破壞，筒殼結構的承載能力隨之提高。

技術領域

本發明涉及航空航天器中主承力薄壁構件設計領域，尤其涉及一種多級格柵加筋筒殼結構。

背景技術

由于具有較高的比剛度和比強度，加筋筒殼結構廣泛地應用于運載火箭的燃料貯箱和級間段等航天結構中。根據運載火箭箭體結構服役期間受載情況可知，軸壓載荷是加筋筒殼結構的主要受載工況。在軸壓工況下，加筋筒殼結構的主要破壞模式是屈曲失穩，包括結構整體失穩、蒙皮局部失穩、筋條局部失穩和材料塑性失穩，并且受限于強度問題，同質量的情況下結構空間往往偏小。以傳統一級格柵加筋筒殼結構為例，當一級格柵基本胞元尺寸較大，寬度較厚，蒙皮較厚，容易出現蒙皮皺曲；當一級格柵基本胞元尺寸較小，寬度較厚，蒙皮較薄，容易出現蒙皮強度破壞；當一級格柵，寬度較薄，長度較大，蒙皮較厚，容易出現格柵屈曲。

與傳統一級格柵加筋筒殼這種單級結構所不同的是，自然界的很多生物結構都表現出多級的結構特征，并因此帶來優異的承載特性。如木頭、骨骼，從微觀的層次觀察這些結構可以發現他們并不是由實體材料直接填充而成，而是由多級結構構成，這種獨特的構造使之具有輕質、堅韌的優良特性。

發明內容

本發明針對傳統一級格柵加筋筒殼結構補強效率低、設計空間小的問題，并由仿生學結構的啟示，提出了一種輕量化且設計空間大的多級格柵加筋筒殼結構。

本發明的技術方案為：

一種多級格柵加筋筒殼結構，包括外層的蒙皮、內層呈筒型的一級格柵和二級格柵；

所述一級格柵由一級格柵環向筋和與一級格柵環向筋交叉的一級格柵交叉筋構成；

所述二級格柵由二級格柵環向筋和與二級格柵環向筋交叉的二級格柵交叉筋構成。

優選地，所述蒙皮、一級格柵和二級格柵均為碳纖維復合材料。

優選地，所述一級格柵環向筋和一級格柵交叉筋的寬度和厚度相同；

所述二級格柵環向筋和二級格柵交叉筋的寬度和厚度相同；

二級格柵環向筋（3a）寬度為一級格柵環向筋（2a）寬度的1/2至1/5；

二級格柵環向筋（3a）厚度為一級格柵環向筋（2a）厚度的1/2至1/5；

二級格柵交叉筋（3b）寬度為一級格柵交叉筋（2b）寬度的1/2至1/5；

二級格柵交叉筋（3b）厚度為一級格柵交叉筋（2b）厚度的1/2至1/5；

所述一級格柵環向筋和一級格柵交叉筋交叉連接形成一級格柵的三維柱面點陣構型；

所述二級格柵環向筋和二級格柵交叉筋交叉連接形成二級格柵的三維柱面點陣構型；

所述二級格柵環向筋等間距地均勻分布于相鄰的一級格柵環向筋間，且與一級格柵環向筋平行；

所述一級格柵交叉筋均勻分布于筒周；

所述二級格柵交叉筋均勻分布于筒周；

所述外層的蒙皮與所述一級格柵連接。

優選地，所述一級格柵的三維柱面點陣構型或二級格柵的三維柱面點陣構型包括方形、三角形和kagome型等。