一种轻质侧壁悬挂垂向传力机架及一级发动机制造技术

本发明专利技术提供了一种轻质侧壁悬挂垂向传力机架及一级发动机，解决现有一级发动机由于大、小发动机高度尺寸相差较大，使得机架冗长、支撑组件繁冗；或占用舱段空间的问题。机架包括十字接头、4个主接头、4个连接杆、第一工字梁、第二工字梁及2个传力杆；4个连接杆通过4个主接头连接形成矩形框架；4个主接头分别为第一、第二、第三、第四主接头；第一工字梁的两端分别与第三主接头、十字接头第一接口连接；第二工字梁的两端分别与第四主接头、十字接头第二接口连接；连接杆与2个工字梁形成第一等腰直角三角框架，该框架所在平面与矩形框架所在平面的夹角为93°；2个传力杆的一端分别与第一、第二主接头连接，另一端均与十字接头连接。

A kind of light side wall hanging vertical force transmission frame and first stage engine

【技术实现步骤摘要】
一种轻质侧壁悬挂垂向传力机架及一级发动机
本专利技术涉及垂直起降、重复使用火箭中一级发动机技术，具体涉及一种轻质侧壁悬挂垂向传力机架及一级发动机。
技术介绍
机架是一级发动机总装布局的基础，是承担发动机与箭体之间连接、支承和传递推力的构件，在箭体俯仰、偏航、滚转时，还需要承受弯矩和扭矩。一级发动机的机架设计原则要求结构简单、工艺性好、结构开敞、承载力强。机架骨架一般为桁梁式结构，上、下接头通过主承力梁平行传力，附属结构缓解应力集中或支撑采用锻件或杆件整体组焊而成。作为一种类型的垂直起降重复使用运载火箭的一级发动机，采用两大、两小单机(发动机),四台单机布局在3350mm箭径内，火箭起飞时，四个发动机同时点火工作，火箭贮箱的燃料和氧化剂通过供应系统和控制系统进入燃烧室，燃烧成高温高压燃气，经过推力室喷管高速喷出，形成反冲作用产生推力，推力经过推力室头部，传力结构和机架传递给火箭。由于大、小发动机高度尺寸相差较大，小发动机高度是大发动机高度的一半，一般来说，机架下端接发动机，四个发动机推力室下段在同一平面，上端齐平接火箭箭体，若设计四机并联机架，需要设计出很长的传力结构，将小发动机推力传递到箭体，四机机架传力至同一尾段对接面，对于小发动机，机架冗长，支撑组件繁冗；若箭体设置悬挂结构，降低小发动机的对接面，则占用舱段空间，结构利用效率低。因此，需要合理的设计一级发动机的机架结构，使发动机与箭体协调优化，减少占用舱段空间。
技术实现思路
为了解决现有一级发动机由于大、小发动机高度尺寸相差较大，使得机架冗长、支撑组件繁冗；或者占用舱段空间、结构利用效率低的技术问题，本专利技术提供了一种轻质侧壁悬挂垂向传力机架及一级发动机。为实现上述目的，本专利技术提供的技术方案是：一种轻质侧壁悬挂垂向传力机架，其特殊之处在于：包括十字接头、4个主接头、4个连接杆、2个工字梁及2个传力杆；4个连接杆依次分别通过4个主接头首尾连接，形成矩形框架；所述4个主接头分别为第一主接头、第二主接头、第三主接头、第四主接头；所述2个工字梁分别为第一工字梁和第二工字梁，所述第一工字梁的一端与第三主接头连接，其另一端与十字接头的第一接口连接；第二工字梁的一端与第四主接头连接，另一端与十字接头的第二接口连接，所述第二接口与第一接口相邻；第三主接头和第四主接头之间的连接杆与2个工字梁形成第一等腰直角三角框架，所述第一等腰直角三角框架所在平面与矩形框架所在平面的夹角为93°；所述2个传力杆的一端分别与第一主接头、第二主接头连接，2个传力杆的另一端均与十字接头上平行于所述第一等腰直角三角框架的上表面连接；所述十字接头的下表面用于安装小发动机。进一步地，还包括第一伺服机构安装接头、第一连接杆、第二连接杆、支撑杆、第二伺服机构安装接头；所述第一连接杆的一端与十字接头的第三接口连接，第三接口与第二接口相邻，其另一端与第一伺服机构安装接头连接；所述第二连接杆的一端与所述第二工字梁的一端连接，第二连接杆的另一端与第一伺服机构安装接头连接，第一连接杆、第二连接杆、第二工字梁形成第二等腰直角三角框架，所述第二等腰三角形框架与第一等腰直角三角框架位于同一平面；所述支撑杆的一端与第一主接头连接，其另一端与第一伺服机构安装接头的上表面连接；所述第二伺服机构安装接头设置在第二工字梁的一端下表面；所述第一伺服机构安装接头的下表面、第二伺服机构安装接头的下表面均用于安装外部伺服机构。进一步地，所述第一主接头上设有用于安装传力杆的第一安装管；所述第一安装管上连接有用于安装支撑杆的第二安装管，且第二安装管与第一安装管连通。进一步地，所述第二主接头上设有用于安装传力杆的第三安装管。进一步地，所述十字接头上表面设有用于安装传力杆的V型中空安装管，所述2个传力杆的另一端均通过V型中空安装管与十字接头上平行于所述第一等腰直角三角框架的上表面连接。进一步地，所述第一安装管与第一主接头连接处、第二安装管与第一安装管连接处均采用对接焊缝；第三安装管与第二主接头连接处采用对接焊缝；V型中空安装管与十字接头上表面连接处采用对接焊缝。进一步地，所述第一主接头与第一安装管、第二安装管为一体化设置；所述第二主接头与第三安装管为一体化设置；所述十字接头与V型中空安装管为一体化设置。进一步地，设第二主接头中心到第三主接头中心的距离为传力机架的高度，十字接头中心到第三主接头和第四主接头之间连接杆的距离为传力机架的悬臂长度；则所述传力机架的高度和传力机架的悬臂长度比例为1.6：1。进一步地，所述十字接头、主接头、连接杆、工字梁、传力杆、第一伺服机构安装接头、第一连接杆、第二连接杆、支撑杆、第二伺服机构安装接头均采用合金钢30CrMnSiA材料。同时，本专利技术提供了一种一级发动机，包括箭体、设置在箭体内的2个小发动机、2个大发动机、用于安装2个大发动机的第一机架，其特殊之处在于：还包括2个如上述轻质侧壁悬挂垂向传力机架；每个轻质侧壁悬挂垂向传力机架的4个主接头安装于箭体的内壁；2个小发动机分别安装于2个轻质侧壁悬挂垂向传力机架的十字接头下表面。与现有技术相比，本专利技术的优点是：1、本专利技术垂向传力机架对高度低、推力小的小发动机安装方式单独设计，避免了四机并联整体机架低效率结构、变形不协调，同时缩短小发动机推进剂供应导管长度，小导管简短稳固；小发动机通过传力机架实现与箭体壁连接，传力机架外形尺寸小，尤其高度尺寸大幅降低，整体重量轻，传力路径短，推力传递效率高；且传力机架加工成本低，小发动机单独安装，维护方便，箭体舱段内预留空间大，便于操作。将第一等腰直角三角框架所在平面与矩形框架所在平面的夹角设计为93°，使得小发动机安装后整体向外侧倾斜3°，大发动机、小发动机均可实现摆圆运动，且两者相互之间工作不会产生影响。2、本专利技术垂向传力机架设有伺服机构安装接头，外部伺服机构通过该安装接头安装在传力机架上，可实现外部伺服机构对机架的传力。3、本专利技术垂向传力机架在主接头上连接有安装管，且安装管与主接头一体化设计，连接处采用对接焊缝，降低了局部应力集中，提高传力机架的结构稳固性。附图说明图1是本专利技术轻质侧壁悬挂垂向传力机架的结构示意图；图2是本专利技术轻质侧壁悬挂垂向传力机架中第一主接头的结构示意图一；图3是本专利技术轻质侧壁悬挂垂向传力机架中第一主接头的结构示意图二；图4是本专利技术轻质侧壁悬挂垂向传力机架中第一主接头的剖视图；图5是本专利技术轻质侧壁悬挂垂向传力机架中V型中空安装管的结构示意图；图6是图5的俯视图；图7是图6的A-A剖视图；图8是本专利技术轻质侧壁悬挂垂向传力机架中十字接头的立体结构示意图；图9是本专利技术轻质侧壁悬挂垂向传力机架中十字接头的俯视图；图10是本专利技术轻质侧壁悬挂垂向传力机架中十字接头本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种轻质侧壁悬挂垂向传力机架，其特征在于：包括十字接头(8)、4个主接头、4个连接杆(1)、2个工字梁及2个传力杆(9)；/n4个连接杆(1)依次分别通过4个主接头首尾连接，形成矩形框架；/n所述4个主接头分别为第一主接头(2)、第二主接头(3)、第三主接头(4)、第四主接头(5)；/n所述2个工字梁分别为第一工字梁(6)和第二工字梁(7)，所述第一工字梁(6)的一端与第三主接头(4)连接，其另一端与十字接头(8)的第一接口(81)连接；/n第二工字梁(7)的一端与第四主接头(5)连接，另一端与十字接头(8)的第二接口(82)连接，所述第二接口(82)与第一接口(81)相邻；第三主接头(4)和第四主接头(5)之间的连接杆(1)与2个工字梁形成第一等腰直角三角框架，所述第一等腰直角三角框架所在平面与矩形框架所在平面的夹角为93°；/n所述2个传力杆(9)的一端分别与第一主接头(2)、第二主接头(3)连接，2个传力杆(9)的另一端均与十字接头(8)上平行于所述第一等腰直角三角框架的上表面连接；/n所述十字接头(8)的下表面用于安装小发动机(18)。/n

【技术特征摘要】
1.一种轻质侧壁悬挂垂向传力机架，其特征在于：包括十字接头(8)、4个主接头、4个连接杆(1)、2个工字梁及2个传力杆(9)；
4个连接杆(1)依次分别通过4个主接头首尾连接，形成矩形框架；
所述4个主接头分别为第一主接头(2)、第二主接头(3)、第三主接头(4)、第四主接头(5)；
所述2个工字梁分别为第一工字梁(6)和第二工字梁(7)，所述第一工字梁(6)的一端与第三主接头(4)连接，其另一端与十字接头(8)的第一接口(81)连接；
第二工字梁(7)的一端与第四主接头(5)连接，另一端与十字接头(8)的第二接口(82)连接，所述第二接口(82)与第一接口(81)相邻；第三主接头(4)和第四主接头(5)之间的连接杆(1)与2个工字梁形成第一等腰直角三角框架，所述第一等腰直角三角框架所在平面与矩形框架所在平面的夹角为93°；
所述2个传力杆(9)的一端分别与第一主接头(2)、第二主接头(3)连接，2个传力杆(9)的另一端均与十字接头(8)上平行于所述第一等腰直角三角框架的上表面连接；
所述十字接头(8)的下表面用于安装小发动机(18)。


2.根据权利要求1所述轻质侧壁悬挂垂向传力机架，其特征在于：还包括第一伺服机构安装接头(10)、第一连接杆(11)、第二连接杆(12)、支撑杆(13)、第二伺服机构安装接头(20)；
所述第一连接杆(11)的一端与十字接头(8)的第三接口(83)连接，第三接口(83)与第二接口(82)相邻，其另一端与第一伺服机构安装接头(10)连接；
所述第二连接杆(12)的一端与所述第二工字梁(7)的一端连接，第二连接杆(12)的另一端与第一伺服机构安装接头(10)连接，第一连接杆(11)、第二连接杆(12)、第二工字梁(7)形成第二等腰直角三角框架，所述第二等腰三角形框架与第一等腰直角三角框架位于同一平面；
所述支撑杆(13)的一端与第一主接头(2)连接，其另一端与第一伺服机构安装接头(10)的上表面连接；
所述第二伺服机构安装接头(20)设置在第二工字梁(7)的一端下表面；
所述第一伺服机构安装接头(10)的下表面、第二伺服机构安装接头(20)的下表面均用于安装外部伺服机构。


3.根据权利要求2所述轻质侧壁悬挂垂向传力机架，其特征在于：所述第一主接头(2)上设有用于安装传力杆(9)的第一安装管(21)；
所述第一安装管(21)上连接有用于安装支撑杆(13)的第二安装管(2...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋亚轻，吴涛，吕发正，王玫，黄其殷，成洁，王柯，
申请(专利权)人：西安航天动力研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61