贮箱过渡环及推进剂贮箱制造技术

本发明专利技术涉及液体火箭贮箱领域，具体提供了一种贮箱过渡环及推进剂贮箱。贮箱过渡环用于箱底和筒段的对接，所述过渡环为环状结构，其包括一体式连接的直段部和曲段部，所述曲段部一端与箱底连接，另一端与所述直段部的内壁连接，所述曲段部的内壁上设有朝向所述过渡环内侧延伸的内横梁，在曲段部上具有环向应力从拉伸应力到压缩应力转变的转折点，内横梁位于靠近转折点的位置处。本发明专利技术的贮箱过渡环结构可靠性高、变形协调能力高，功能集成度高，后期装配对接简易，且结构适应范围广，实用性强。

Tank Transition Ring and Propellant Tank

The invention relates to the field of liquid rocket tank, in particular to a tank transition ring and a propellant tank. The tank transition ring is used for docking the bottom of the box and the barrel section. The transition ring is a ring structure, which comprises a straight section and a curved section connected in one body. One end of the curved section is connected with the bottom of the box and the other end is connected with the inner wall of the straight section. The inner wall of the curved section is provided with an inner cross beam extending towards the inner side of the transition ring, and the circumferential stress on the curved section is from tensile stress to tensile stress. At the turning point of compressive stress transformation, the inner beam is located near the turning point. The tank transition ring structure of the invention has high reliability, high deformation coordination ability, high function integration, simple post-assembly docking, wide structural adaptability and strong practicability.

【技术实现步骤摘要】
贮箱过渡环及推进剂贮箱
本专利技术涉及液体火箭贮箱领域，具体涉及一种贮箱过渡环及推进剂贮箱。
技术介绍
运载火箭贮箱结构中的稳定性设计是贮箱工程设计中需考虑的一个重要问题。对于薄壳结构，当膜应力为压应力并达到一定量级时，就有可能产生结构整体或局部的屈曲，而贮箱作为典型薄壳结构，其箱底的外压失稳及筒段的轴压失稳问题已经受到工程设计人员的广泛重视，国内外火箭均采取了相应的抗失稳措施，但是对箱底的内压失稳问题却研究较少。然而，对于某些底形如大模数的椭球箱底，贮箱筒段与箱底的过渡区在内压作用下的局部环向应力表现为压应力，极有可能导致过渡区发生皱折而造成局部失稳，在径厚较大的薄壁贮箱结构上表现尤为突出。贮箱过渡环是箱底和筒段的连接结构，该处一般采用焊接，是结构的薄弱点，同时该处由半径为R的过渡部分和直边部分(曲率半径为∞)组成，存在着曲率半径从R到∞的突变，因此该处相邻各点的应力变化梯度较大，除了内压引起的薄膜应力，还有结构不连续所带来的边缘应力。再有考虑到贮箱加注低温推进剂，温度和内压的联合作用将加剧过渡区域的局部弯矩，因此该处受力环境恶劣，是结构的危险点，易出现结构失稳破坏。如图1所示，对于大模数的椭球箱底和筒段结构协调变形中，图中a和a1分别为箱底和筒段变形前形状，b和b1分别为箱底和筒段自由变形后的形状，c和c1分别为箱底和筒段相互约束下协调变形后的形状。由图1中c和c1形状可知，箱底限制了筒段端部直径的增大，带来了环向压缩应力，箱底同时还限制了筒段端部横截面的转动，带来了轴向弯曲应力。因此，传统过渡环将过渡区设计的非常厚，如传统的叉型环，虽然抵抗了部分弯矩造成的应力，但是无法提供结构变形协调所需要的环向刚度，导致结构在耦合载荷(温度、弯矩、轴压、集中力)作用下，在椭球赤道附近发生环向褶皱，端面出现波状的塑性变形，导致结构失效。
技术实现思路
为解决传统贮箱过渡环无法提供抵抗环向压缩应力的环向刚度，从而容易导致结构失稳变形技术问题，本专利技术提供了一种有效增强环刚度，从而提高贮箱稳定性的贮箱过渡环。同时，为解决传统贮箱环向刚度较差，容易在耦合载荷作用下产生环向褶皱的技术问题，本专利技术提供了一种结构稳定性好，满足不同载荷环境的推进剂贮箱。第一方面，本专利技术提供了一种贮箱过渡环，用于箱底和筒段的对接，所述过渡环为环状结构，其包括一体式连接的直段部和曲段部，所述曲段部一端与箱底连接，另一端与所述直段部的内壁相切连接，所述曲段部的内壁上设有朝向所述过渡环内侧延伸的内横梁，在所述曲段部上具有环向应力从拉伸应力到压缩应力转变的转折点，所述内横梁位于靠近所述转折点的位置处。所述内横梁在贮箱轴向方向上位于距离所述转折点-120mm～120mm的位置。所述内横梁在贮箱轴向方向上位于所述转折点的位置处。所述内横梁在贮箱径向方向上的宽度为20～25mm。所述内横梁与所述曲段部的内壁一体式连接。所述直段部包括与所述曲段部的所述另一端相切连接的第二直段，和一端与所述第二直段一体式连接、另一端用于与筒段焊接的第三直段，所述第三直段的外径不大于所述第二直段的外径。所述第三直段上开设有使所述第三直段的壁厚在沿焊接端向另一端方向上逐渐减薄的应力扩散结构。所述应力扩散结构在所述第三直段的内壁和外壁上对称设置。所述应力扩散结构为多段阶梯状结构。在所述贮箱轴向方向上，位于所述内横梁与所述应力扩散结构之间的所述曲段部的内壁上环形开设有抗弯槽。所述直段部还包括一端与所述第二直段一体式连接的第一直段。所述直段部的外壁上设有若干沿所述贮箱轴向的加强筋。所述加强筋由多个在所述直段部的外壁上削除材料形成的加强筋网格依次排列形成。所述箱底为椭球形箱底或蝶形箱底。第二方面，本专利技术提供了一种推进剂贮箱，包括：箱底；上述的过渡环，所述贮箱过渡环的曲段部的一端与所述椭球面箱底焊接；以及筒段，与所述贮箱过渡环的第三直段的一端焊接，所述筒段的焊接端设有与所述第三直段上的应力扩散结构沿焊接面对称开设的焊接结构。本专利技术的技术方案，具有如下有益效果：1)本专利技术提供的贮箱过渡环，用于箱底和筒段的对接，过渡环为环状结构，其包括一体式连接的直段部和曲段部，曲段部一端与箱底连接，另一端与直段部的内壁相切连接，曲段部的内壁上设有朝向过渡环内侧延伸的内横梁，内横梁在贮箱轴向方向上位于靠近箱底结构上环向应力从拉伸应力到压缩应力转变的转折点的位置处。通过在过渡区域的曲段部设置内横梁，增强结构的环向刚度，减小结构在承载过程中过渡环的收缩变形，提高贮箱稳定性，同时内横梁可为防晃阻尼板和箱壁提供连接界面，相较传统的电焊或角焊结构，采用螺接或铆接对防晃阻尼板安装的可靠性更高，并且无需加设安装支架，操作简单易行。2)本专利技术提供的贮箱过渡环，内横梁在贮箱轴向方向上位于距离所述转折点的位置处，对于椭球面的箱底，在赤道线上方有环向应力从拉伸应力向压缩应力转变的转折点，转折点位置存在着受力环境的突变，因此是结构的薄弱点，易出现失稳破坏，从而将内横梁设置在转折点位置处，有效增强转折点位置处的环向刚度，提高结构稳定性。3)本专利技术提供的贮箱过渡环，内横梁在贮箱径向方向上的宽度为20～25mm，内横梁的尺寸包络在过渡环锻件毛坯中，结构形式的变化不影响原始毛坯的订购，降低成本。4)本专利技术提供的贮箱过渡环，直段部包括与曲段部的另一端相切连接的第二直段，和一端与第二直段一体式连接、另一端用于与筒段焊接的第三直段，第三直段的外径不大于第二直段的外径。通过在直段部与曲段部相切连接位置的下方加设第三直段，降低连接处的焊接热应力，加强过渡环结构稳定性。5)本专利技术提供的贮箱过渡环，第三直段上开设有使第三直段的壁厚在沿焊接端向另一端的方向上逐渐减薄的应力扩散结构，可以补偿边缘焊接区域因受热量冲击而导致物理性能降低的影响，同时降低构件的重量，充分利用材料性能。6)本专利技术提供的贮箱过渡环，在贮箱轴向方向上，位于内横梁与应力扩散结构之间的曲段部的内壁上开设有抗弯槽，在过渡区径向变形受约束最大的区域，对结构进行削薄处理，增加结构的柔度和变形能力，箱底受压后向外膨胀变形时，由于抗弯槽的存在，筒段对箱底的变形限制有所松弛，故更容易适应较大的内压载荷作用。7)本专利技术提供的贮箱过渡环，直段部还包括一端与第二直段一体式连接的第一直段，第一直段的另一端用来焊接短壳，使得过渡环结构的焊缝承载能力高。8)本专利技术提供的贮箱过渡环，直段部非外壁上设有若干沿贮箱轴向的加强筋，由于加强筋的存在，使得结构的惯性矩增加，结构抗失稳能力增强，同时加强筋可由在直段部外壁上铣切处网格形成，切除的材料又可为结构减轻废重，提高结构的承载效率。9)本专利技术提供的推进剂贮箱，包括箱底、上述的贮箱过渡环、和筒段，贮箱过渡环的曲段部的一端与椭球面箱底焊接，筒段与贮箱过渡环的第三直段的一端焊接，筒段的焊接端设有与第三直段上的应力扩散结构沿焊接面对称开设的焊接结构。本专利技术的推进剂贮箱由于包括上述的贮箱过渡环，因此具有上述所有有益效果，同时在筒段上开设于应力扩散结构对称设置的焊接结构，两者形成对称双级式焊接结构，这种结构可以最大化降低焊接区域的弯曲应力而不过分增加构件的重量。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种贮箱过渡环，其特征在于，用于箱底和筒段的对接，所述过渡环为环状结构，其包括一体式连接的直段部和曲段部(2)，所述曲段部(2)一端与箱底连接，另一端与所述直段部的内壁连接，所述曲段部(2)的内壁上设有朝向所述过渡环内侧延伸的内横梁(3)，在所述曲段部(2)上具有环向应力从拉伸应力到压缩应力转变的转折点，所述内横梁(3)位于靠近所述转折点的位置处。

【技术特征摘要】
1.一种贮箱过渡环，其特征在于，用于箱底和筒段的对接，所述过渡环为环状结构，其包括一体式连接的直段部和曲段部(2)，所述曲段部(2)一端与箱底连接，另一端与所述直段部的内壁连接，所述曲段部(2)的内壁上设有朝向所述过渡环内侧延伸的内横梁(3)，在所述曲段部(2)上具有环向应力从拉伸应力到压缩应力转变的转折点，所述内横梁(3)位于靠近所述转折点的位置处。2.根据权利要求1所述的贮箱过渡环，其特征在于，所述内横梁(3)在贮箱轴向方向上位于距离所述转折点-120mm～120mm的位置。3.根据权利要求2所述的贮箱过渡环，其特征在于，所述内横梁(3)在贮箱轴向方向上位于所述转折点的位置处。4.根据权利要求3所述的贮箱过渡环，其特征在于，所述内横梁(3)在贮箱径向方向上的宽度为20～25mm。5.根据权利要求1至4任一项所述的贮箱过渡环，其特征在于，所述内横梁(3)与所述曲段部(2)的内壁一体式连接。6.根据权利要求1至4任一项所述的贮箱过渡环，其特征在于，所述直段部包括与所述曲段部(2)的所述另一端相切连接的第二直段(II)，和一端与所述第二直段(II)一体式连接、另一端用于与筒段焊接的第三直段(III)，所述第三直段(III)的外径不大于所述第二直段(II)的外径。7.根据权利要求6所述的贮箱过渡环，其特征在于，所述第三直段(III)上开设有使所述第三直段(...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：北京星际荣耀空间科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11