[發明專利]適應溫差和內壓大幅度變化的推進劑貯箱晃動阻尼裝置

有效

• 申請號: 202011331261.3
• 申請日: 2020-11-24
• 公開（公告）號: CN112407338B
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發明（設計）人: 李東;張健;郭彥明;胡正根;劉德博;潘楨;田建東;王非凡;吳會強;鄢東洋
• 申請（專利權）人: 北京宇航系統工程研究所
• 主分類號: B64G1/40
• 分類號: B64G1/40
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 程何

適應溫差和內壓大幅度變化的推進劑貯箱晃動阻尼裝置，應用于推進劑貯箱內部，適應溫差和內壓變化，降低液體晃動能量，保證火箭在飛行過程中的姿態控制，屬于結構領域。本發明包括：直角焊接角片、縱向連接桁條、帶加強槽的環形防晃板；焊接角片的一端點焊在貯箱的箱壁上，另一端與環形防晃板固定連接，兩層防晃板通過兩根縱向連接桁條進行連接，連接桁條與防晃板之間鉚接。該結構可避免燃料晃動與控制系統產生耦合響應，改變貯箱的自振頻率，抑制晃動能量的同時保證防晃結構在低溫和燃料內壓的作用下保持結構的穩定。

技術領域

本發明涉及適應溫差和內壓大幅度變化的推進劑貯箱晃動阻尼裝置，應用于推進劑貯箱內部，適應溫差和內壓變化，降低液體晃動能量，保證火箭在飛行過程中的姿態控制，屬于結構領域。

背景技術

防晃結構安裝在液體貯箱內部，是用于抑制液體晃動運動和改變晃動頻率的一種機械裝置，防止發生液體晃動頻率與控制頻率耦合現象。新一代運載火箭采用低溫推進劑，貯箱直徑從3.5m跨越到5m，與傳統防晃板結構相比除晃動載荷外還要經受更大的內壓變形及推進劑加注時的低溫變形，對于防晃板面板、焊點節點強度都是考驗。目前防晃結構主要為以下兩種：

1整體環向防晃板

應用于大型貯箱壁面的防晃裝置，能夠增強貯箱結構剛度。是防晃裝置與貯箱結合元件，其阻尼值可按邁爾斯公式估算，環板所提供的總阻尼在設計中取平均值，環板鉆孔面積達到3％時，阻尼略有增加，當達到6％時，阻尼有所降低。曾用于直徑5m貯箱內部，其主要依靠一字型拉條與貯箱內壁焊接連接，環向通過搭接板進行連接。環向防晃裝置面板沿環向覆蓋面積較大。

2非對稱型扇形防晃板

布置在箱體橫截面上，對箱體的軸線不對稱，板面呈現半圓扇形，其設計原理是利用非對稱設計使得激勵產生傳遞，將第一階振型的能量轉移到二階振型上。一階振型非對稱而到二階振型即為對稱，且二階模態頻率為一階頻率的1.95倍。故而非對稱扇形防晃板使液體產生高頻且對稱的頻率振型。目前多用于直徑3.35米直徑的貯箱結構內部，連接方式通過撐板與貯箱壁板焊接連接。

以上結構在防晃措施上已經取得顯著效果，但是面臨新一代運載火箭采用低溫推進劑，在加注中箱內熱環境降低200℃以上，箱體結構出現收縮變形，箱體軸向變形量可達90mm,徑向單邊收縮量達到15mm；在充壓后，由于箱體剛度不同，變形分布不均勻在防晃結構與貯箱連接處以及放晃結構搭接部分會出現變形不協調問題，會出現防晃板面失穩褶皺，或者焊點及連接結構失效。若防晃結構失效，不僅無法抑制液體晃動，脫落的焊點、螺栓等會在箱內形成多余物，導致飛行失敗。

發明內容

本發明解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供了適應溫差和內壓大幅度變化的推進劑貯箱晃動阻尼裝置，避免燃料晃動與控制系統產生耦合響應，改變貯箱的自振頻率，抑制晃動能量的同時保證防晃結構在低溫和燃料內壓的作用下保持結構的穩定。

本發明的技術解決方案是：適應溫差和內壓大幅度變化的推進劑貯箱晃動阻尼裝置，包括直角焊接角片、縱向連接桁條、帶加強槽的環形防晃板；

帶加強槽的環形防晃板固定在直角焊接角片上，縱向連接桁條的兩端分別與帶加強槽的環形防晃板固定連接，直角焊接角片的另一端與貯箱箱壁進行連接。

進一步地，所述直角焊接角片含有加強筋，加強筋與直角角片間通過角焊連接，直角焊接角片一側與貯箱內壁點焊連接，連接方式為電阻點焊或攪拌摩擦點焊，另一側與環形防晃板連接，連接方式為鉚接或打保險螺接。

進一步地，所述直角焊接角片一側與貯箱內壁點焊的連接方式為電阻點焊或攪拌摩擦點焊。

進一步地，所述直角焊接角片另一側與環形防晃板的連接方式為鉚接或打保險螺接。

進一步地，所述直角焊接角片材料為鋁合金。