一种运载火箭部段精密对接协调方法技术

本发明专利技术提供了一种运载火箭部段精密对接协调方法，包括如下步骤：步骤一：精测所述第一端面及第二端面相对位置，获取所述第一端面及第二端面的相对位置数据；步骤二：精测所述第三端面及第四端面相对位置，获取所述第三端面及第四端面的相对位置数据；步骤三：选定步骤一及步骤二最后获取的数据拟合用中间坐标系；步骤四：对步骤一及步骤二最后获取的数据通过中间坐标系转换拟合，获得贮箱与壳段之间的对接间隙特征数据包。本发明专利技术所述的一种运载火箭部段精密对接协调方法，解决了现有技术中对新型贮箱与壳段之间的对接过程中存在对接协调节点滞后拉长研制周期、手工多点测量精度差等缺点，影响对接效果的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种运载火箭部段精密对接协调方法
本专利技术属于航天器
，尤其是涉及一种运载火箭部段精密对接协调方法。
技术介绍
运载火箭结构中，推进剂贮箱和所有壳段构成火箭的外壳，是箭体结构主要承力件。端框对接协调是运载火箭各部段间装配对接最常用的对接结构，相邻部段两端框端面对齐后通过若干螺栓螺接完成两部段的机械连接，实现部段对接协调和箭体结构传力，一般两部段间仅设计一个对接面，如图2所示。新型直径运载火箭由于特殊传力结构需求，箭体贮箱和壳段对接时，需内、外两个部段对接面同时实现对接协调，以实现发动机推力同时通过部段端框和贮箱箱底两条传力路径向上传递的目的，如图3所示。上述对接协调关系存在过定位情况，在国内运载火箭结构设计中是首次出现。由于部段产品尺寸规模大、贮箱焊接变形和部段装配误差等因素影响，很难实现贮箱和壳段在两个对接面上同时精确配合，对接间隙过大将影响发动机传力路径，严重时会导致发动机推力均集中在一个传力路径进行传递，使此路径上结构(壳段侧壁或贮箱箱底)承力超过设计载核，造成结构失稳破坏，影响运载火箭飞行成败。为确保两个对接面同时精确对接，传统方式是待两部段生产完成后，将两部段运输至一处进行实物对接并手工均布多点测量对接面间隙后，加工间隙调整垫片进行间隙量调节，以满足设计最小间隙值要求。存在对接协调节点滞后拉长研制周期、手工多点测量精度差等缺点，影响对接效果。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术旨在提出一种运载火箭部段精密对接协调方法，解决了现有技术中对新型贮箱与壳段之间的对接过程中存在对接协调节点滞后拉长研制周期、手工多点测量精度差等缺点，影响对接效果的技术问题。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：一种运载火箭部段精密对接协调方法，运载火箭部段包括壳段及贮箱，壳段的两个用于对接端面分别为第一端面及第二端面，贮箱后底的两个用于对接的端面分别为第三端面及第四端面，所述第一端面与第三端面装配后形成第一对接面，所述第二端面与第四端面装配后形成第二对接面，包括如下步骤：步骤一：精测所述第一端面及第二端面相对位置，获取所述第一端面及第二端面的相对位置数据；步骤二：精测所述第三端面及第四端面相对位置，获取所述第三端面及第四端面的相对位置数据；步骤三：选定步骤一及步骤二最后获取的数据拟合用中间坐标系；步骤四：对步骤一及步骤二最后获取的数据通过中间坐标系转换拟合，获得贮箱与壳段之间的对接间隙特征数据包；所述步骤一、步骤二顺序可以调换或同时进行。进一步的，所述步骤一中精测所述第一端面及第二端面相对位置包括如下步骤：S1：以所述第一端面的圆心为原点，以第一端面为基准面，建立三维坐标系，所述第一端面为xOy平面，坐标X轴指向I象限，坐标Y轴指向IV象限；S2：在所述第一端面及第二端面上均选取至少一圈坐标采集点，一圈坐标采集点包括多个坐标采集点，至少一圈坐标采集点以I象限起始圆周均匀排列，一圈坐标采集点圆周排列的圆心与原点重合，相邻的两个坐标采集点的圆心角小于或等于20°S3：通过测量设备采集每一个坐标采集点的数据。进一步的，所述步骤二中精测所述第三端面及第四端面相对位置包括如下步骤：(1)在所述第三端面及第四端面上均选取至少一圈坐标采集点，一圈坐标采集点包括多个坐标采集点，至少一圈坐标采集点以I象限起始圆周均匀排列，一圈坐标采集点圆周排列的圆心与原点重合，相邻的两个坐标采集点的圆心角小于或等于20°；(2)通过测量设备采集每一个坐标采集点的数据。进一步的，在所述第二端面及第四端面选取坐标采集点圈数为两圈，每圈的坐标采集点数量为18个。进一步的，在所述第一端面及第三端面选取坐标采集点圈数为一圈，一圈的坐标采集点数量为36个。进一步的，所述测量设备为激光跟踪仪。进一步的，所述步骤四中的步骤一及步骤二最后获取的数据通过中间坐标系转换拟合的参数类别包括横移距离、横移方向、偏斜夹角、偏斜方向及高度差；所述横移距离为第二对接面圆心在基准面内的投影点与基准坐标系原点之间的连线长度；所述横移方向为第二对接面圆心在基准面内的投影点与基准坐标系原点连线后与X轴正向的夹角；所述偏斜夹角为第二对接面法线矢量与Z轴正向的夹角，夹角范围为0～90°；所述偏斜方向为第二对接面法线矢量在基准面内的投影与X轴正向的夹角；所述高度差为所述第一对接面与第二对接面之间的高度差。进一步的，当所述步骤四操作完成后，还包括如下步骤：步骤五：导出对接间隙数据包，通过对接间隙数据包建立间隙三维模型；步骤六：依据三维模型数控加工调整垫片；步骤七：安装调整垫片精确协调对接特征。进一步的，所述步骤五中的建立间隙三维模型包括如下步骤：1)利用偏斜夹角、高度差、第一对接面或第二对接面外径和第一对接面或第二对接面内径绘制调整垫片的截面图，将截面图前后拉伸，同时将第一对接面或第二对接面内径及外径形成的径向轮廓沿Z轴方向拉深，两部分的相交部分即为调整垫片的实体加工模型；2)利用精测数据偏斜方向获得四处象限线的分布位置；3)基于象限线位置，在模型中建立均布的连接孔理论特征；4)采集特定均布孔的坐标值，与精测坐标值对比，获得模型与精测值的相对误差，当孔分布误差小于0.83mm时，满足装配要求。相对于现有技术，本专利技术所述的一种运载火箭部段精密对接协调方法具有以下优势：本专利技术所述的一种运载火箭部段精密对接协调方法，步骤一及步骤二采用精测的方式分别得到贮箱及壳段对接协调相关结构的位置数据，通过数据拟合和逆向建模的方式实现过约束结构对接时补偿调整垫片的数字化模型，相比传统的实物对接、手工多点测量的方式，有以下优点：1、协调精度高：采用精密测量设备测的数据精度高、误差小，逆向建模时可以最大限度的实现理论模型与待调整间隙之间的精确匹配，实现高精度的参数化对接协调。2、节约研制周期：贮箱整箱焊接完成后即可进行精测，逆向建模和调整垫片加工与贮箱后续工作并行；参数化协调节省了部段产品运输、起吊对接等操作。通过以上对工艺流程优化，大幅缩减了部段对接等待时间，缩短了研制周期。经过部段产品实际部段对接操作验证，此种工艺方式所生产的调整垫片可以很好的实现过约束结构的对接协调匹配，补偿调整后实际间隙值较小、间隙量均匀，经静力试验验证发动机推力分配比与理论计算基本相符，可以较好的满足设计传力要求，实现了良好的应用效果。附图说明构成本专利技术的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为本专利技术实施例所述的一种运载火箭部段精密对接协调方法的流程示意图；图2中的T1为传统贮箱与壳段对接协调对接前结构示意图；图2中的T2为传统贮箱与壳段对接协调对接后结构示意图；图3中的T3为新型贮箱与壳段对接协调对接前结本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种运载火箭部段精密对接协调方法，运载火箭部段包括壳段(201)及贮箱(101)，壳段(201)的两个用于对接端面分别为第一端面及第二端面，贮箱(101)后底的两个用于对接的端面分别为第三端面及第四端面，所述第一端面与第三端面装配后形成第一对接面(A)，所述第二端面与第四端面装配后形成第二对接面(B)，其特征在于：包括如下步骤：/n步骤一：精测所述第一端面及第二端面相对位置，获取所述第一端面及第二端面的相对位置数据；/n步骤二：精测所述第三端面及第四端面相对位置，获取所述第三端面及第四端面的相对位置数据；/n步骤三：选定步骤一及步骤二最后获取的数据拟合用中间坐标系；/n步骤四：对步骤一及步骤二最后获取的数据通过中间坐标系转换拟合，获得贮箱(101)与壳段(201)之间的对接间隙特征数据包；/n所述步骤一、步骤二顺序可以调换或同时进行。/n

【技术特征摘要】
1.一种运载火箭部段精密对接协调方法，运载火箭部段包括壳段(201)及贮箱(101)，壳段(201)的两个用于对接端面分别为第一端面及第二端面，贮箱(101)后底的两个用于对接的端面分别为第三端面及第四端面，所述第一端面与第三端面装配后形成第一对接面(A)，所述第二端面与第四端面装配后形成第二对接面(B)，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一：精测所述第一端面及第二端面相对位置，获取所述第一端面及第二端面的相对位置数据；
步骤二：精测所述第三端面及第四端面相对位置，获取所述第三端面及第四端面的相对位置数据；
步骤三：选定步骤一及步骤二最后获取的数据拟合用中间坐标系；
步骤四：对步骤一及步骤二最后获取的数据通过中间坐标系转换拟合，获得贮箱(101)与壳段(201)之间的对接间隙特征数据包；
所述步骤一、步骤二顺序可以调换或同时进行。


2.根据权利要求1所述的一种运载火箭部段精密对接协调方法，其特征在于：所述步骤一中精测所述第一端面及第二端面相对位置包括如下步骤：
S1：以所述第一端面的圆心为原点，以第一端面为基准面，建立三维坐标系，所述第一端面为xOy平面，坐标X轴指向I象限，坐标Y轴指向IV象限；
S2：在所述第一端面及第二端面上均选取至少一圈坐标采集点，一圈坐标采集点包括多个坐标采集点，至少一圈坐标采集点以I象限起始圆周均匀排列，一圈坐标采集点圆周排列的圆心与原点重合，相邻的两个坐标采集点的圆心角小于或等于20°
S3：通过测量设备采集每一个坐标采集点的数据。


3.根据权利要求2所述的一种运载火箭部段精密对接协调方法，其特征在于：所述步骤二中精测所述第三端面及第四端面相对位置包括如下步骤：
(1)在所述第三端面及第四端面上均选取至少一圈坐标采集点，一圈坐标采集点包括多个坐标采集点，至少一圈坐标采集点以I象限起始圆周均匀排列，一圈坐标采集点圆周排列的圆心与原点重合，相邻的两个坐标采集点的圆心角小于或等于20°；
(2)通过测量设备采集每一个坐标采集点的数据。


4.根据权利要求3所述的一种运载火箭部段精密对接协调方法，其特征在于：在所述第二端面及第四端面选取坐标采集点圈数为两圈，每圈的坐标采集点数量为18个。

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【专利技术属性】
技术研发人员：赵彦广，杜正勇，韩晋，王德廷，朱亚蓉，郑骥，韩磊，张玥，郭禛，
申请(专利权)人：天津航天长征火箭制造有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12