一种大直径模块化锻件舱段装置

技术领域

本申请涉及航空航天结构设计领域，具体涉及一种大直径模块化锻件舱段装置。

背景技术

作为固体商业运载火箭，“高可靠、低成本、快响应”，是满足日益激烈的商业发射市场竞争的有力手段。作为箭体结构系统，采用传统铸造或者蒙皮桁条结构方案均存在一定的问题，对于铸造方案，铸造容易产生缺陷尤其是大型壳体结构铸造尤为困难，受限于铸造设备与能力，目前仅能稳定铸造2.2m以下的结构，2.6m箭体结构是目前国内最大直径固体结构舱段，铸造难度大风险高。蒙皮桁条结构方案，需要采用工装型架，生产周期长，通用性较差，不利于平台化发展；为提高结构可靠性，通用性最终确定采用整体锻造结构方案。但是大尺寸(Ф2650mm)壳段结构生产周期长，制造风险大，生产成本高，无论经济性、还是周期均无法适应型号低成本、快速研制的需要，面临巨大挑战。

发明内容

本申请的目的在于设计一种高可靠、低成本、快响应的大直径模块化锻件舱段结构，以期能在商业航天领域大尺寸舱段结构设计制造中占有一席之地。本申请提出一种大直径模块化锻件舱段装置。本申请通过模块化设计思路，解决了大尺寸锻件生产难度大、周期长、费用高等问题，有利于批量化大规模流水线生产，大幅提高生产效率；并且通过模块化组合实现了不同结构功能，通用性好，有利于平台化发展。

本申请所采用的技术方案如下：

一种大直径模块化锻件舱段装置，所述锻件舱段装置包括二级尾段和一二级级间段，所述二级尾段由四个第一模块舱段通过螺栓连接而成；所述一二级级间段包括第二模块舱段、加强框、口盖，各组成部件之间通过螺栓进行连接。

进一步的，所述第一模块舱段包括蒙皮、端框、环筋。

进一步的，所述第二模块舱段在第一模块舱段基础上增加削弱槽而成。

进一步的，所述第一模块舱段的壳体高度为450mm、外径2650mm。

进一步的，所述第一模块舱段采用厚蒙皮、环筋的锻造机加结构方案，没有纵筋。

通过本申请实施例，可以获得如下技术效果：

(1)针对商业航天高可靠、低成本、快响应的需求，首次提出模块化舱段设计思路，避免了大尺寸锻件生产难度大、周期长、费用高等问题，同时便于加工，减少对大行程机加设备的依赖，有利于批量化大规模生产，大幅提高生产效率，降低产品齐套费用约60％；

(2)通过对最终的承载能力进行了静力试验考核，试验结果与理论分析结果一致，满足总体各项设计指标要求。大尺寸模块化舱段的设计思路为我国新一代航天装备高性能、低成本化批产奠定基础，具有广阔的应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为第一模块舱段的结构示意图；

图2为二级尾段的结构示意图；

图3为二级尾段的连接关系示意图；

图4为第二模块舱段的结构示意图；

图5为一二级级间段的组成结构示意图；

图6为一二级级间段的连接关系示意图。

附图标记：第一模块舱段1、第二模块舱段2、加强框3、口盖4、蒙皮5、端框6、环筋7、削弱槽8。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将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，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的全部其他实施例，都属于本申请保护的范围。

为解决传统铸造容易产生缺陷，难以稳定生产大型壳段结构的问题，以及蒙皮桁条结构方案，生产周期长，通用性较差，不利于平台化发展的缺点，本申请设计了一种低成本大直径模块化锻件舱段结构，解决了大尺寸锻件生产难度大、周期长、费用高等问题，有利于批量化大规模流水线生产，大幅提高生产效率，降低成本，并且通用性好，有利于平台化发展。

图1为第一模块舱段的结构示意图；图2为二级尾段的结构示意图；图3为二级尾段的连接关系示意图；图4为第二模块舱段的结构示意图；

图5为一二级级间段的组成结构示意图；图6为一二级级间段的连接关系示意图。

本申请大直径模块化锻件舱段装置包括二级尾段和一二级级间段，所述二级尾段由四个第一模块舱段通过螺栓连接而成；所述一二级级间段包括第二模块舱段、加强框、口盖，各组成部件之间通过螺栓进行连接。

所述第一模块舱段包括蒙皮、端框、环筋；

所述第二模块舱段在第一模块舱段基础上增加削弱槽而成。

根据结构部段的具体高度，经过分析优化，确定所述第一模块舱段的壳体高度为450mm、外径2650mm。模块舱段1由蒙皮5、端框6、环筋7组成，根据载荷要求，结构采用厚蒙皮+环筋的锻造机加结构方案，没有纵筋，从而保证产品生产仅有车削加工，取消铣削加工，从而实现低成本高效生产；由于该结构加工简单，流转工序少，比较适合流水线生产，并且随着产量的增加，生产成本会进一步降低。由于取消五轴铣加工工艺，仅需要车削加工，生产周期大大缩短。经过强度计算分析与地面静力试验考核，结构性能满足总体各项指标要求，表明结构设计的正确性与合理性。

通过采用传力路径优化设计确定基本承力结构单元，完成标准模块设计，通过参数化设计确定标准模块的最优尺寸，通过紧固件优化技术确定模块舱段间连接的紧固件数量与分布。通过不同模块数量与不同功能模块实现不同舱段的结构设计。最终对模块化舱段产品进行地面静力试验，对其各项指标要求进行考核，以确认模块舱段结构设计的合理性以及性能评价体系的正确性。

上述技术方案，针对商业航天高可靠、低成本、快响应的需求，首次提出模块化舱段设计思路，避免了大尺寸锻件生产难度大、周期长、费用高等问题，同时便于加工，减少对大行程机加设备的依赖，有利于批量化大规模生产，大幅提高生产效率，降低产品齐套费用约60％。并对其最终的承载能力进行了静力试验考核，试验结果与理论分析结果一致，满足总体各项设计指标要求。大尺寸模块化舱段的设计思路为我国新一代航天装备高性能、低成本化批产奠定基础，具有广阔的应用前景。

尽管已经采用特定于结构特征和/或装置逻辑动作的语言描述了本主题，但是应当理解所附权利要求书中所限定的主题未必局限于上面描述的特定特征或动作。相反，上面所描述的特定特征和动作仅仅是实现权利要求书的示例形式。