贮箱钣金压凸的筒段结构、制备工艺、贮箱和运载火箭

技术领域

本发明涉及推进剂贮箱技术领域，具体涉及贮箱钣金压凸的筒段结构、制备工艺、贮箱和运载火箭。

背景技术

火箭贮箱是液体火箭发动机推进剂的存储结构，是火箭主体结构的主要部分之一，它除了要可靠地承担传递轴向载荷、弯矩和其它类型的载荷外，还要承受一定的增压压力，所以在贮箱设计时要求贮箱结构质量要小，同时应具有足够的刚度和强度。

现有的贮箱为铝合金材料的圆筒形结构，为了增强轴压和弯矩载荷，圆筒形的筒段一般采用壁板网格加筋结构和框桁结构，网格加筋结构采用机械铣切方法加工成曲板块，然后对焊而成一个圆柱壳段，筋条通常为直筋。常规网格加筋结构贮箱在网格加筋结构的设计中通常是根据经验进行设计的，设计三维建模计算量大，出图速度慢，结构形式并非是最优解，并且，铝合金材料价格高、箱内传感器安装支架焊接位置需要避开筋格，灵活性差；由于贮箱筒段壁板尺寸大，网格加筋结构需要大型龙门铣加工设备才能进行加工制造，大型设备备成本高，加工时间长，成本增加；而框桁结构的不锈钢贮箱，由于桁条数量多，每个桁条都需要单独焊接，工作量大、焊点增加，多余物控制点多。

可见，现有技术中的这两种贮箱的筒段结构的加工设计制造工艺流程复杂，且成本较高。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供贮箱钣金压凸的筒段结构、制备工艺、贮箱和运载火箭，以解决现有技术中火箭贮箱的筒段结构的加工设计制造工艺流程复杂，且成本较高的技术问题。

为达上述目的，本发明实施例提供了一种贮箱钣金压凸的筒段结构，所述筒段结构包括：钣金蒙皮圆筒和环框，所述环框的外径尺寸等于所述钣金蒙皮圆筒的内径尺寸；

所述钣金蒙皮圆筒包括：第一端部和第二端部，以及所述第一端部与所述第二端部之间的压凸部；

所述环框分别焊接在所述钣金蒙皮圆筒的第一端部和第二端部的内侧壁。

在一些可能的实施方式中，所述压凸部设置有若干凸起；

所述凸起为胶囊型，所述胶囊型的凸起的中心轴线与所述钣金蒙皮圆筒的中心轴线平行。

在一些可能的实施方式中，所述胶囊型的凸起沿着所述钣金蒙皮圆筒的周向均匀分布在所述压凸部上。

在一些可能的实施方式中，所述胶囊型的凸起的两端的弧形的弧度为80度至100度。

在一些可能的实施方式中，所述钣金蒙皮圆筒包括N段钣金蒙皮，所述钣金蒙皮圆筒由所述N段钣金蒙皮压凸后焊接而成，其中N为正整数。

在一些可能的实施方式中，所述环框的截面的形状为T字型，所述T字型的顶部焊接在所述第一端部和所述第二端部的内侧壁，所述T字型的底部用于安装传感器。

在一些可能的实施方式中，所述环框由M段T字型钢材焊接而成，其中，M为正整数。

第二方面，本发明实施例还提供了一种制备上述任意一种所述的钣金压凸筒段结构的制备工艺，该制备工艺包括如下步骤：

步骤S1，取N张钣金蒙皮，对N张钣金蒙皮的压凸部进行压凸；

步骤S2：将N张压凸后的钣金蒙皮焊接成钣金蒙皮圆筒；

步骤S3：将环框与所述钣金蒙皮圆筒的第一端部和第二端部焊接。

第三方面，本发明实施例提供了一种火箭贮箱，所述贮箱包括若干个所述的筒段结构，多个所述筒段结构依次上下焊接在一起。

第四方面，本发明实施例提供了一种运载火箭，所述运载火箭使用所述的火箭贮箱。

上述技术方案的有益技术效果在于：

本发明实施例提供的一种贮箱钣金压凸的筒段结构、制备工艺、贮箱和运载火箭，筒段结构包括：钣金蒙皮圆筒和环框，环框的外径尺寸等于钣金蒙皮圆筒的内径尺寸；钣金蒙皮圆筒包括：第一端部和第二端部，以及第一端部与第二端部之间的压凸部；环框分别焊接在钣金蒙皮圆筒的第一端部和第二端部的内侧壁。本发明实施例中，使用钣金蒙皮材质作为贮箱筒段结构的壁板，并在筒段结构的两端焊接环框以对筒段横向承载力及内压和外压进行加强，钣金蒙皮压凸的设计相比于现有技术中使用铝合金的网格加筋设计的三维建模出图速度快，钣金壁板相比较网格加筋壁板加工速度快，结构简化，制造工艺简单，且成本低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的一种贮箱钣金压凸的筒段结构的整体示意图；

图2是本发明实施例的一种贮箱钣金压凸的筒段结构的侧视图；

图3是图2中A-A向的剖视图；

图4是图3中C处的局部放大图；

图5是本发明实施例的一种环框的整体结构示意图；

图6是图5中的A-A向剖视图；

图7是图6中B处的局部放大图；

图8是本发明实施例的一种制备贮箱钣金压凸的筒段结构的制备工艺流程图。

附图标号说明：

1、钣金蒙皮圆筒；11、第一端部；12、第二端部；13、压凸部；131、凸起；

2、环框；21、顶部；22、底部。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。在附图和下面的描述中，至少部分的公知结构和技术没有被示出，以便避免对本发明造成不必要的模糊；并且，为了清晰，可能夸大了部分结构的尺寸。此外，下文中所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。

图1是本发明实施的一种贮箱钣金压凸的筒段结构的整体示意图，图2是本发明实施例的一种贮箱钣金压凸的筒段结构的侧视图，图3是图2中A-A向的剖视图，图4是图3中C处的局部放大图，如图1至图4所示，该筒段结构包括：钣金蒙皮圆筒1和环框2，环框2的外径尺寸等于钣金蒙皮圆筒1的内径尺寸；钣金蒙皮圆筒1包括：第一端部11和第二端部12，以及第一端部11与第二端部之间的压凸部13，其中，压凸部13可以增加钣金蒙皮圆筒1承载力及内压和外压；环框2分别焊接在钣金蒙皮圆筒1的第一端部11和第二端部12的内侧壁。具体的，在筒段结构第一端部11和第二端部12的内侧壁，贴合焊接有环框2，通过环框2对筒段结构的横向承载力及内压和外压进行加强。

本发明实施例中，使用钣金蒙皮材质作为贮箱筒段结构的壁板，并在筒段结构的两端焊接环框2以对筒段结构的横向承载力及内压和外压进行加强，钣金蒙皮压凸的设计相比于现有技术中使用铝合金的网格加筋设计的三维建模出图速度快，钣金壁板相比较网格加筋壁板加工速度快，结构简化，制造工艺简单，且成本低。

如图1至图4所示，在一些实施例中，压凸部13设置有若干凸起131，若干该凸起131向着压凸部13外圆周面突出；凸起131为胶囊型，胶囊型的凸起131的中心轴线与钣金蒙皮圆筒1的中心轴线平行。另外，胶囊型的凸起131沿着钣金蒙皮圆筒1的周向均匀分布在压凸部13上，即压凸部13上的凸起在周向成阵列式设计。

本实施例中，使用胶囊型凸起131作为钣金蒙皮圆筒1的加强筋，可以通过仿真计算出凸起131的尺寸，得到最优设计结构，即在施加外力相同的情况下，可以尽可能减小钣金蒙皮圆筒1的变形量。而现有技术中常规网格加筋结构贮箱在网格加筋结构的设计中通常是根据经验进行设计的，设计三维建模计算量大，出图速度慢，结构形式并非是最优解。

在一些实施例中，胶囊型的凸起131的两端的弧形的弧度为80度至100度，优选为90度。此时，胶囊型的凸起131作为加强筋可以使得筒段结构拉力及压力达到最优。

在一些实施例中，钣金蒙皮圆筒1包括N段钣金蒙皮，钣金蒙皮圆筒1由N段钣金蒙皮压凸后焊接而成，其中N为正整数。本发明实施例中，N为4，此时，即本发明实施例的钣金蒙皮圆筒1是由4张钣金蒙皮压凸后焊接成的，当然，N的取值越小越好，但是由于受加工条件的限制，现有的加工设备很难加工出一张钣金蒙皮圆筒的周长一样长度的钣金蒙皮，所以是通过将多张钣金蒙皮压凸后焊接成筒状结构；本发明实施例通过4张钣金蒙皮压凸后焊接成钣金蒙皮圆筒1，既简化了制备工序，又可以适应现有的通用的机加工设备。

图5是本发明实施例的一种环框的整体结构示意图，图6是图5中的A-A向剖视图，图7是图6中B处的局部放大图，如图5至图7所示，在一些实施例中，环框2的截面的形状为T字型，T字型的顶部21焊接在第一端部11和第二端部12的内侧壁，T字型的底部22用于安装传感器。本实施例中，该传感器液位传感器，一般安装三个液位传感器，三个液位传感器沿着环框周向均匀分布，当然，如果贮箱的尺寸比较大，也可以设置多个液位传感器，以更好的检测贮箱内的液位。

本发明实施例中，环框2绕钣金蒙皮圆筒1内壁周向焊接固定，对钣金蒙皮圆筒1的横向承载力及内压和外压进行加强，另外，由于现有技术中箱内传感器安装支架焊接位置需要避开筋格，灵活性较差，而本发明实施例中，传感器可以安装在环框2的T型结构的底部22处，该位置比网格加筋结构的安装位置安装更灵活。具体的，T型结构第一端部11是一个圆环，圆环的宽度可以根据第一端部11和第二端部12的尺寸设定，底部22相当于设置在圆环宽度方向的中间位置，类似一个沿着圆环内部的周向设置的一个环形凸起，在这个凸起上面可以均匀的设置若干孔洞，液位传感器通过这些孔洞安装在这个环形凸起上。

由于现有技术中的没有与环框2的周长的长度一样长的T字型钢材，所以本发明实施例中的环框2由M段T字型钢材焊接而成，其中，M为正整数，优选的，本实施例中的M为4。

另外，本发明实施例中还将本实施例中提供的钣金压凸筒段结构与现有技术中的铝合金网格加筋筒段结构的性能进行了对比，具体的：

铝合金网格加筋筒段结构：内径350mm，高100mm，厚度8mm，网格尺寸19mm×18mm×6.5mm，加强筋宽度10mm，模型重量1.32kg。通过软件计算，轴向施加压力6000000N(约510顿)，内压0.5MPa，最大变形量3.55mm。

钣金压凸筒段结构：内径直径350mm，高100mm，厚度1.5mm，压凸尺寸30mm×45°×R2(半径，模型重量1.39kg，通过软件计算，轴向施加压力6000000N内压(约510顿)，内压0.5MPa最大变形量2.37mm。

由上述对比可以得出，在重量接近，施加外力相同的情况下，本实施例中的钣金压凸筒段结构的形变性能优于铝合金网格加筋筒段结构的结构性能。也就是说，本实施例提供的钣金压凸筒段结构设计结构简单，具有生产成本低和制造简单的优点。

图8是本发明实施例的一种制备贮箱钣金压凸的筒段结构的制备工艺流程图，如图8所示，该制备工艺包括如下步骤：

步骤S1，取N张钣金蒙皮，对N张钣金蒙皮的压凸部13进行压凸；

步骤S2：将N张压凸后的钣金蒙皮焊接成钣金蒙皮圆筒1；

步骤S3：将环框2与钣金蒙皮圆筒1的第一端部11和第二端部12焊接。

本发明实施例的制备贮箱钣金压凸筒段结构的工艺中，先对钣金蒙皮进行压凸，再对压凸后的钣金蒙皮焊接成钣金蒙皮圆筒1，其中，压凸部13设置若干凸起131；凸起131为胶囊型，胶囊型的凸起131的中心轴线与钣金蒙皮圆筒1的中心轴线平行；胶囊型的凸起131沿着钣金蒙皮圆筒1的周向均匀分布在压凸部13上，即压凸部13上的凸起在周向成阵列式设计，这样可以使得凸起131作为加强筋来增强筒段拉力及压力；环框2绕钣金蒙皮圆筒1的第一端部11和第二端部12周向焊接固定，对钣金蒙皮圆筒1的横向承载力及内压和外压进行加强，该设计结构简单，有效的简化工艺流程，具有生产成本低和制造简单的优点。

另外，本实施例中还提供了一种火箭贮箱，该贮箱包括若干个钣金压凸筒段结构，多个钣金压凸筒段结构上下焊接在一起。

本发明实施例中的火箭贮箱，该贮箱使用钣金蒙皮材质作为贮箱筒段结构的壁板，并在筒段结构的两端焊接环框2以对筒段结构的横向承载力及内压和外压进行加强，钣金蒙皮压凸的设计相比于现有技术中使用铝合金的网格加筋设计的三维建模出图速度快，钣金壁板相比较网格加筋壁板加工速度快，结构简化，制造工艺简单，且成本低。

本发明实施例还提供了一种运载火箭，该运载火箭使上述实施例中的火箭贮箱。本发明实施例中的运载火箭，该火箭的贮箱使用钣金蒙皮材质作为贮箱筒段结构的壁板，并在筒段结构的两端焊接环框2以对筒段结构的横向承载力及内压和外压进行加强，钣金蒙皮压凸的设计相比于现有技术中使用铝合金的网格加筋设计的三维建模出图速度快，钣金壁板相比较网格加筋壁板加工速度快，结构简化，制造工艺简单，且成本低。

本发明实施例的有益效果如下：

相比于现有技术中铝合金网格加筋筒段结构，本实施例具有如下有益效果：

本发明实施例的材料成本低：不锈钢材料比较铝合金材料价格低；

本发明实施例的钣金压凸筒段结构的三维建模出图快：钣金设计比较网格加筋三维建模出图速度快；

本发明实施例的传感器安装更灵活：传感器安装在环框2的T型底部22处，位置比网格加筋结构安装灵活；

本发明实施例的加工工艺简单：钣金壁板相比较网格加筋壁板加工速度快，成本低。

相比框桁结构不锈钢贮箱，本实施例具有如下有益效果：

本发明实施例的加工工艺简单：钣金压凸筒段结构比框桁结构减少桁条，焊接工作量减少；

本发明实施例的焊点少：钣金压凸筒段结构焊点减少，多余物控制点少，风险降低。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明实施例中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。