[發(fā)明專利]一種葉脈型多級(jí)曲筋補(bǔ)強(qiáng)的高剛度異形貯箱封頭結(jié)構(gòu)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010045960.5
• 申請日: 2020-01-16
• 公開（公告）號(hào): CN111186595B
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 石云峰;王博;郝鵬;周子童;時(shí)光輝;羅俊航;金亮;林燁
• 申請（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號(hào): B64G1/40
• 分類號(hào): B64G1/40
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 李曉亮;潘迅

一種葉脈型多級(jí)曲筋補(bǔ)強(qiáng)的高剛度異形貯箱封頭結(jié)構(gòu)，其輪廓形狀為類三角多、類四邊形等非正凹多邊形。其中主級(jí)中脈曲筋垂直于封頭壁板，由封頭壁板1中心為源沿直線向外發(fā)散伸出，伸向貯箱封頭各個(gè)角點(diǎn)。主級(jí)側(cè)脈筋條為垂直于封頭壁板的直筋或曲筋，由每個(gè)主級(jí)中脈筋條兩側(cè)伸出。次級(jí)點(diǎn)陣筋條均勻分布在由主級(jí)側(cè)脈筋條分隔出的多個(gè)狹長形區(qū)域的封頭壁板的表面，與主級(jí)中脈筋條、主級(jí)側(cè)脈筋條、密封凸臺(tái)和密封螺栓臺(tái)相交。密封凸臺(tái)用于將貯箱封頭與貯箱箱體之間進(jìn)行定位對(duì)接。本發(fā)明可在保證結(jié)構(gòu)質(zhì)量不增加甚至減重的條件下，增強(qiáng)封頭結(jié)構(gòu)剛度性能，減緩其在工作載荷下的變形量與應(yīng)力水平，從而有效提升結(jié)構(gòu)密封性能與承載能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于空天飛行器一體化異形貯箱的封頭結(jié)構(gòu)，涉及一種葉脈型多級(jí)曲筋補(bǔ)強(qiáng)的高剛度異形貯箱封頭結(jié)構(gòu)。本發(fā)明可在保證結(jié)構(gòu)質(zhì)量不增加甚至減重的條件下，增強(qiáng)封頭結(jié)構(gòu)剛度性能，減緩其在工作載荷下的變形量與應(yīng)力水平，從而有效提升結(jié)構(gòu)密封性能與承載能力。

背景技術(shù)

對(duì)于空天飛行器而言，由于其結(jié)構(gòu)功能一體化設(shè)計(jì)特點(diǎn)，其燃料貯箱不僅需要貯存燃料，還具有氣動(dòng)外形的維形設(shè)計(jì)需求，故其在結(jié)構(gòu)形式上呈現(xiàn)為非規(guī)則的異形融合貯箱，同時(shí)造成貯箱封頭亦呈現(xiàn)為非規(guī)則形狀薄殼。這種非規(guī)則異形封頭結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出強(qiáng)剛度不連續(xù)特性，使其在燃料增壓加注后出現(xiàn)局部或大面積鼓脹變形，影響結(jié)構(gòu)裝配密封造成燃料泄露，甚至出現(xiàn)局部應(yīng)力集中現(xiàn)象，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)應(yīng)力過大發(fā)生強(qiáng)度破壞。因此，異形融合貯箱的封頭結(jié)構(gòu)需要滿足極高的剛度指標(biāo)，從而抑制局部或大面積鼓脹變形的發(fā)生。基于上述原因，以圓形、球形或橢球形為主要結(jié)構(gòu)形式的傳統(tǒng)貯箱封頭明顯不再適用于空天飛行器的異形融合貯箱，而傳統(tǒng)的均勻網(wǎng)格加筋補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)方法也很難解決非規(guī)則異形結(jié)構(gòu)形式帶來的大剛度設(shè)計(jì)需求。現(xiàn)有的改進(jìn)方法是增大封頭結(jié)構(gòu)的壁板厚度以及筋條高度、寬度等設(shè)計(jì)參數(shù)。然而該設(shè)計(jì)方法一方面對(duì)結(jié)構(gòu)的輕量化設(shè)計(jì)不利，另一方面改進(jìn)效率低下，結(jié)構(gòu)性能提升效果不明顯。

針對(duì)上述問題，本發(fā)明提出了一種葉脈型多級(jí)曲筋補(bǔ)強(qiáng)的高剛度異形貯箱封頭結(jié)構(gòu)，通過在非規(guī)則異形封頭壁板表面設(shè)置具有葉脈特征的主級(jí)曲線筋條，將壁板受到的燃料壓力沿著中脈筋條匯集，并通過側(cè)脈筋條均勻擴(kuò)散到密封邊界，從而提高封頭結(jié)構(gòu)的整體剛度，抑制封頭結(jié)構(gòu)出現(xiàn)大面積鼓脹變形，使結(jié)構(gòu)整體變形均勻，提升封頭密封可靠性。此外，在未設(shè)置主筋的壁板表面布置蜂窩型次級(jí)點(diǎn)陣筋條，進(jìn)一步加強(qiáng)封頭結(jié)構(gòu)的局部剛度，避免結(jié)構(gòu)發(fā)生局部鼓脹變形，減緩結(jié)構(gòu)在壓力載荷下的應(yīng)力水平，提升結(jié)構(gòu)承載能力。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種葉脈型多級(jí)曲筋補(bǔ)強(qiáng)的高剛度異形貯箱封頭結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種葉脈型多級(jí)曲筋補(bǔ)強(qiáng)的高剛度異形貯箱封頭結(jié)構(gòu)，其輪廓形狀為類三角多、類四邊形等非正凹多邊形，包括封頭壁板1、主級(jí)中脈筋條2、主級(jí)側(cè)脈筋條3、次級(jí)點(diǎn)陣筋條4、密封凸臺(tái)5、密封螺栓臺(tái)6、管路孔7、管路密封螺栓臺(tái)8、定位凸臺(tái)9、密封螺栓孔10、管路密封螺栓孔11。

所述的主級(jí)中脈筋條2起到增強(qiáng)貯箱封頭整體剛度的作用，抑制封頭壁板1在內(nèi)壓載荷下的整體鼓脹變形，為垂直于封頭壁板1的直筋，其數(shù)量由貯箱封頭輪廓形狀的角點(diǎn)數(shù)量確定；主級(jí)中脈筋條2由封頭壁板1中心為源沿直線向外發(fā)散伸出，伸向貯箱封頭各個(gè)角點(diǎn)，將管路密封螺栓臺(tái)8與所對(duì)應(yīng)的角點(diǎn)周邊的密封凸臺(tái)5或密封螺栓臺(tái)6連接，其高度與寬度由貯箱封頭的材料種類、結(jié)構(gòu)形式以及所受載荷大小確定。

所述的主級(jí)側(cè)脈筋條3起到將封頭壁板1所受載荷傳遞至主級(jí)中脈筋條2的作用，并進(jìn)一步增強(qiáng)貯箱封頭壁板1的整體剛度，為垂直于封頭壁板1的直筋或曲筋，其筋高和筋寬小于等于主級(jí)中脈筋條2；主級(jí)側(cè)脈筋條3由每個(gè)主級(jí)中脈筋條2的兩側(cè)伸出，將封頭壁板1分隔為多個(gè)面積相近的狹長形區(qū)域，并將主級(jí)中脈筋條2與其周邊的密封凸臺(tái)5或密封螺栓臺(tái)6連接。其筋條數(shù)量、筋高和筋寬由貯箱封頭的材料種類、結(jié)構(gòu)形式以及所受載荷大小確定。