一种运载火箭的固体动力仪器舱

技术领域

本申请涉及航空航天技术领域，具体涉及一种运载火箭的固体动力仪器舱。

背景技术

仪器舱是运载火箭的核心部段，其担当着火箭的大脑，绝大多数的定位、控制、测量、姿控、网络、供电等重要电器设备和末级修正系统均安装于此。因此，仪器舱的结构直接影响运载火箭的飞行成败。在常见的运载火箭中，仪器舱位于末级动力段顶端，以独立舱段的形式设置。

传统运载火箭的固体末级，固体发动机一般包含在仪器舱中间，安装发动机的结构通常为多梁结构，使末级固体发动机与仪器舱壳段连接。由于运载火箭直径、末级发动机直径和大型梁的尺寸都比较大，并且仪器安装在发动机的一侧，还需要专门的质心平衡装置，因此留给仪器设备、末级姿控系统的安装空间极为有限，导致仪器设备、电缆、末级姿控系统的布局安装难度增加，而且此内容的工作环境较差。另外梁结构和与之对应的壳段结构的设计、制造、总装成本较高，结构重量较大，无形之中又增加了发射成本。

发明内容

本申请的目的在于提供一种运载火箭的固体动力仪器舱，用于解决现有的仪器舱中仪器安装难度大、工作环境差、安装和发射成本高以及重量大的技术问题。

本申请提供一种运载火箭的固体动力仪器舱，包括上端框、下端框、蒙皮、多个外桁条和仪器安装板；上端框和下端框均呈环状，下端框的直径小于上端框，上端框的上端面与卫星支架转接框连接，下端框的底面与后级部段连接；多个外桁条固定在蒙皮的外表面上，蒙皮通过多个外桁条固定在上端框和下端框之间；仪器安装板水平固定在蒙皮的内侧中部，仪器安装板的中心处设有圆形通孔，末级固体发动机穿过圆形通孔；仪器安装板的内部设有安装埋件，仪器安装埋件与固体动力仪器舱内的仪器连接。

优选地，固体动力仪器舱还包括内中框，内中框固定在仪器安装板的底面上，并且内中框固定在蒙皮的内侧面上。

优选地，内中框包括第一仪器安装板连接平面、自第一仪器安装板连接平面向上延伸的蒙皮连接面以及自第一仪器安装板连接平面向下延伸的翻边，蒙皮连接面与蒙皮贴合并与蒙皮固定连接，第一仪器安装板连接平面与仪器安装板固定连接。

优选地，固体动力仪器舱还包括内环框，内环框与仪器安装板上的圆形通孔的边缘固定连接，并且内环框通过多个内桁条与下端框固定连接。

优选地，下端框的横截面为U形槽，U形槽的底面为平面，底面与固体动力仪器舱的后级部段连接，U形槽的第一侧边与蒙皮贴合并与蒙皮固定连接，U形槽的第二侧边与内桁条贴合并与内桁条固定连接。

优选地，内环框包括环形的第二仪器安装板连接平面和环形的内桁条连接平面，第二仪器安装板连接平面与内桁条连接平面形成T型结构，第二仪器安装板连接平面与仪器安装板上的圆形通孔的边缘固定连接，内桁条连接平面与内桁条的端部固定连接。

优选地，第二仪器安装板连接平面上，靠近蒙皮的环形端部为第二仪器安装板连接部，靠近发动机的环形端部为发动机安装部，第二仪器安装板连接部与仪器安装板固定连接，发动机安装部与发动机固定连接。

优选地，仪器安装板为具有径向缺口的环状体。

优选地，仪器安装板包括上层、夹层和下层，上层和下层为碳纤维复合材料，夹层为蜂窝板。

优选地，内桁条包括第一连接面和第一加固面，第一连接面的两个端部分别与内环框和下端框固定连接，第一加固面与第一连接面形成T型结构。

优选地，外桁条包括第二连接面和第二加固面，第二连接面的两个端部分别与上端框和下端框固定连接，第二加固面与第二连接面形成T型结构。

优选地，上端框和下端框采用铝合金材料。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请提供的运载火箭的固体动力仪器舱的结构图；

图2是本申请提供的运载火箭的固体动力仪器舱的剖视图。

具体实施方式

下面结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

图1是本申请提供的运载火箭的固体动力仪器舱的结构图，图2是图1的剖视图。

如图1和2所示，运载火箭的固体动力仪器舱包括上端框110、下端框120、蒙皮130、多个外桁条140和仪器安装板180。

上端框110和下端框120均为铝合金材料机加结构，上端框110和下端框120均呈环状，下端框120的直径小于上端框110，使得固体动力仪器舱呈倒锥形。上端框110的上端面与卫星支架转接框连接，下端框120的底面与后级部段连接。蒙皮130为多块铝制薄板拼接而成的外蒙皮结构。蒙皮130通过多个外桁条140压接固定在上端框110和下端框120之间。具体地，多个外桁条140固定在蒙皮130的外表面上，外桁条140的两端与上端框110和下端框120固定连接。具体地，外桁条140包括连接面和加固面，该连接面的两个端部分别与上端框110和下端框120固定连接，加固面与连接面形成T型结构。外桁条140在整个结构中起到传力作用，承受外部工况载荷和内部固体发动机的工况载荷。外桁条140在蒙皮130上的安装位置由载荷输入数据确定。

仪器安装板180包括上层、夹层和下层，上层和下层均为碳纤维复合材料，夹层为蜂窝板。根据仪器舱中的使用条件，仪器安装板主要承受火箭体的轴向弯矩，碳纤维复合材料夹层蜂窝板结构材料的力学性能和力学环境非常好，能够满足仪器安装板的需求。如图1所示，仪器安装板180水平固定在蒙皮130的内侧中部。仪器安装板180为具有径向缺口1801的环状体，径向缺口用于为运载火箭的惯组提供安装空间，避免仪器安装板的复杂力学环境叠加在惯组这种精密且对力学性能和力学环境要求较高的设备上，也为振动、形变、传力等因素提供弹性空间。仪器安装板180的中心处设有圆形通孔1803，圆形通孔1803的直径小于下端框120的内径。仪器安装板180的内部设有安装埋件，安装埋件与固体动力仪器舱内的仪器设备及其他系统连接。仪器安装板180上设有多个安装孔1802。

如图1和2所示，仪器安装板180通过内中框150固定在蒙皮130的内侧面上。内中框150与蒙皮130和外桁条140(如果连接位置有外桁条)铆接。内中框150为铝合金材料机加结构，内中框150包括第一仪器安装板连接平面1502、自第一仪器安装板连接平面1502向上延伸的蒙皮连接面1501以及自第一仪器安装板连接平面1502向下延伸的翻边1503，因此，内中框的横截面呈Z形。蒙皮连接面1501与蒙皮130贴合并与蒙皮130和外桁条140(如果连接位置有外桁条)铆接，第一仪器安装板连接平面1502呈水平状态，其与仪器安装板180固定连接且与仪器安装板180的底面接触。翻边1503用于稳定结构，起抗弯抗扭的作用，并且翻边1503用于管组支架的辅助支撑结构和管路电缆的支架。

固体动力仪器舱还包括内环框170，内环框170为铝合金材料机加结构。内环框170与仪器安装板180上的圆形通孔的边缘固定连接，并且内环框170通过多个内桁条160与下端框120固定连接。

优选地，内环框170包括环形的第二仪器安装板连接平面1701和环形的内桁条连接平面1702，第二仪器安装板连接平面1701与内桁条连接平面1702形成T型结构，第二仪器安装板连接平面1701与仪器安装板180上的圆形通孔的边缘固定连接，内桁条连接平面1702与内桁条160的端部固定连接。

第二仪器安装板连接平面1701上，靠近蒙皮130的环形端部为第二仪器安装板连接部(如图1中外侧的与仪器安装板连接所用的螺钉孔形成的环形区域)，靠近发动机的环形端部为发动机安装部(如图1中内侧的螺钉孔形成的环形区域)，第二仪器安装板连接部与仪器安装板固定连接，发动机安装部与发动机固定连接。

优选地，下端框120的横截面为U形槽，U形槽的底面为平面，底面与固体动力仪器舱的后级部段连接，U形槽的第一侧边与蒙皮130贴合并与蒙皮130固定连接，U形槽的第二侧边与内桁条160贴合并与内桁条160固定连接。其中，第一侧边的直径大于第二侧边的直径。

具体地，内桁条160包括连接面和加固面，连接面的两个端部分别与内环框170和下端框120固定连接，加固面与连接面形成T型结构。内桁条160在整个结构中起到传力作用，承受外部工况载荷和内部固体发动机的工况载荷。

本申请获得的有益效果如下：

1、本申请将固体发动机设置在中心位置，发动机的外周为仪器设备和末级姿控系统以及电缆和管路提供了环形的安装空间，摒弃了传统的单侧布局并配置质心平衡装置的结构，通过调整仪器设备和末级姿控系统以及电缆和管路的位置关系可达到质心平衡，布局可调性好，可为质心平衡提供更大的弹性空间，降低了安装难度、安装和发射成本，改善了工作环境；另外整个仪器舱未设置大型梁结构，并且主要采用的铝合金材料，大大减轻了仪器舱的重量。

2、本申请的仪器安装板是具有径向开口的环状体，该径向开口为运载火箭的惯组提供安装空间，避免仪器安装板的复杂力学环境叠加在惯组这种精密且对力学性能和力学环境要求较高的设备上。

3、本申请的仪器舱的总体构型为稳定的锥形结构，结构稳定，为仪器舱提供了稳定的运行环境。

4、本申请中U形的下端框不仅完成仪器舱与后级部段的工作载荷承载和传递，还完成仪器舱末级固体发动机工作载荷的承载和传递。

5、本申请中T形的内环框不仅完成仪器舱末级固体发动机工作载荷的承载和传递，还为仪器安装板提供了支撑。

6、本申请中仪器安装板结合了碳纤维复合材料和蜂窝材料，其面板材料强度高、刚度高、其蜂窝芯子沿板面呈正交各向异性构造，为仪器安装板提供优秀的结构力学性能和良好的力学环境，而且板材密度较小，起到末级减重的作用。

7、本申请的上端框和下端框之间采用蒙皮桁条结构，承载了仪器舱的主要工况载荷。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。