力与力矩定向解耦的芯级箭体结构设计方法及芯级箭体技术

本申请提供了力与力矩定向解耦的芯级箭体结构设计方法及芯级箭体。该方法用于前捆绑接头与芯级箭体的连接设计，包括：设计由芯级箭体的第一壳体(20)来承载助推发动机(100)提供的推力的等效纵向推力；设计由芯级箭体的第二壳体(30)来承载助推发动机(100)提供的推力的等效附加弯矩，其中，第一壳体(20)设置在第二壳体(30)的上方，第一壳体(20)与第二壳体(30)的中心轴线对齐；设计将前捆绑接头（40）设置在第二壳体(30)的外侧，其中，前捆绑接头（40）还用于与助推发动机(100)连接，以承载助推发动机(100)提供的推力。如此，优化了结构强度，满足了结构轻量化设计要求。满足了结构轻量化设计要求。满足了结构轻量化设计要求。

【技术实现步骤摘要】
力与力矩定向解耦的芯级箭体结构设计方法及芯级箭体


[0001]本专利技术属于结构设计
，尤其涉及力与力矩定向解耦的芯级箭体结构设计方法及芯级箭体。

技术介绍

[0002]某大型捆绑式液体运载火箭的载荷为千吨级别，其构型具有多级，如助推级、芯一级、芯二级等。其中，各助推发动机顶端的斜头锥分别经前捆绑接头与芯级箭体连接。在飞行过程中，各助推发动机（以下简称助推发动机）产生的集中式推力通过前捆绑接头传递至芯级箭体，并推动整个运载火箭飞行。
[0003]为增加运载火箭的有效载荷，火箭箭体的全部结构（包括芯级箭体）都需要满足轻量化设计要求。
[0004]而按照传统的火箭结构设计方法，为保证捆绑点的联接强度、结构强度及结构完整性，联接螺栓需成组地密集分布。相应地，前捆绑接头及芯级箭体的壳体则需要密集开孔。密集开孔后，开孔区域就需要额外地局部补强。如此，使得芯级箭体、前捆绑接头难以同时满足承载要求及轻量化设计要求。

技术实现思路

[0005]针对以上问题，本申请提供力与力矩定向解耦的芯级箭体结构设计方法及芯级箭体，以解决现有技术中存在的芯级箭体、前捆绑接头难以同时满足承载要求及轻量化设计要求的技术问题。
[0006]第一方面，本申请提供一种力与力矩定向解耦的芯级箭体结构设计方法，用于前捆绑接头与芯级箭体的连接设计，该方法包括：设计由芯级箭体的第一壳体(20)来承载助推发动机(100)提供的推力的等效纵向推力；设计由芯级箭体的第二壳体(30)来承载助推发动机(100)提供的推力的等效附加弯矩，其中，第一壳体(20)设置在第二壳体(30)的上方，第一壳体(20)与第二壳体(30)的中心轴线对齐；设计将前捆绑接头40设置在第二壳体(30)的外侧，其中，前捆绑接头40还用于与助推发动机(100)连接，以承载助推发动机(100)提供的推力。
[0007]进一步地，设计由芯级箭体的第一壳体(20)来承载助推发动机(100)提供的推力的等效纵向推力，包括：设计第一壳体20的第一连接部21、第一承载壳壁22，将第一承载壳壁22与第一连接部21连接；设计第二壳体30的第二连接部31、第二承载壳壁32，将第二连接部31与第二承载壳壁32连接；设计前捆绑接头40的第三连接部41、第三传力壁板42，第三连接部41与第三传力
壁板42连接；沿纵向，将第一连接部21、第二连接部31、第三连接部41依次连接；沿横向，将第二承载壳壁32与第三传力壁板42连接。
[0008]进一步地，设计由芯级箭体的第二壳体30来承载助推发动机100提供的推力的等效附加弯矩，包括:设计第二壳体30的弯矩承载部33，将弯矩承载部33与第二承载壳壁32连接；设计前捆绑接头40的弯矩传递部43，将弯矩传递部43与第三传力壁板42连接；沿横向，将弯矩承载部33与弯矩传递部43连接。
[0009]进一步地，设计由芯级箭体的第二壳体30来承载助推发动机100提供的推力的等效附加弯矩，还包括：设计弯矩承载部33包括沿纵向延伸的承载纵板33C，承载纵板33C沿纵向分布上侧长圆孔组和下侧长圆孔组，其中，上侧长圆孔组位于下侧长圆孔组的上方，全部长圆孔的中心线重合，长圆孔在长度方向的尺寸大于沿宽度方向的尺寸；沿横向，将承载纵板33C的上部与第二承载壳壁32连接；设计弯矩传递部43沿纵向分布至少两列螺纹孔；设计将上侧联接螺柱组60A穿过上侧长圆孔组；设计将下侧联接螺柱组60B穿过下侧长圆孔组。
[0010]进一步地，设计由芯级箭体的第二壳体30来承载助推发动机100提供的推力的等效附加弯矩，还包括：设计承载纵板33C包括沿纵向划分后的上侧部分和下侧部分；设计上侧部分包括纵向部、横向部，纵向部与横向部组合为L型；将上侧部分的纵向部和横向部分别抵靠在第二承载壳壁32的内侧面和底面。
[0011]进一步地，设计由芯级箭体的第二壳体30来承载助推发动机100提供的推力的等效附加弯矩，还包括：设计弯矩承载部33包括至少两个纵梁，纵梁包括相对设置的内侧纵向窄板33B、外侧异形窄板及横向窄板33A，并将外侧异形窄板作为承载纵板33C；设计第二承载壳壁32作为外侧纵向弧形板32B，设计第二承载壳壁32还包括环形横板32A、内侧纵向弧形板32C，将外侧纵向弧形板32B、环形横板32A、内侧纵向弧形板32C依次连接；设计将至少两个纵梁嵌合于外侧纵向弧形板32B、环形横板32A、及内侧纵向弧形板32C围合而成的环形腔室；相应地，设计将第三传力壁板42抵靠在外侧纵向弧形板32B并连接。
[0012]进一步地，设计将前捆绑接头40设置在第二壳体30的外侧，还包括：设计前捆绑接头40还包括助推安装翅板44、助推安装底板45，助推安装底板45与横向成预设夹角；设计在助推安装底板45设置贯通孔46，以使得助推发动机100穿过贯通孔46。
[0013]进一步地，每列螺纹孔中的螺纹孔数量不小于上侧长圆孔组中的长圆孔的数量与下侧长圆孔组中的长圆孔的数量之和。
[0014]进一步地，还包括：
设计将依次连接的内侧纵向窄板33B、横向窄板33A、外侧异形窄板组合为一体化结构的纵梁。
[0015]第二方面，本申请提供一种大型捆绑式液体运载火箭的芯级箭体，采用前述说明的力与力矩定向解耦的芯级箭体结构设计方法设计得到。
[0016]本申请实施例提供的力与力矩定向解耦的芯级箭体结构设计方法及芯级箭体，针对前捆绑接头与大型捆绑式液体运载火箭的芯级箭体的连接，在捆绑点区域进行优化的结构设计，实现了轻量化设计的芯级箭体，一方面优化了结构强度，另一方面满足了结构轻量化设计要求。
附图说明
[0017]图1为本申请实施例的力与力矩定向解耦的芯级箭体结构设计方法的流程示意图；图2A为本申请实施例的某型捆绑式液体运载火箭的芯级箭体与前捆绑接头的连接及受力示意图；图2B为本申请实施例的某型捆绑式液体运载火箭的芯级箭体与前捆绑接头在捆绑点区域的结构示意图；图2C为本申请实施例的某型捆绑式液体运载火箭的芯级箭体与前捆绑接头在捆绑点区域的力与力矩定向解耦的受力示意图；图3为本申请实施例的某型捆绑式液体运载火箭的芯级箭体与前捆绑接头在捆绑点区域的组成示意图；图4为本申请实施例的某型捆绑式液体运载火箭的芯级箭体的纵梁的结构示意图；图5A为本申请实施例的某型捆绑式液体运载火箭的前捆绑接头的第一结构示意图；图5B为本申请实施例的某型捆绑式液体运载火箭的前捆绑接头的第二结构示意图；图6为本申请实施例的某型捆绑式液体运载火箭的受力示意图；其中，10.上部壳体；20.第一壳体；21.第一连接部；22.第一承载壳壁；30.第二壳体；31.第二连接部；32.第二承载壳壁；32A.环形横板；32B.外侧纵向弧形板；32C.内侧纵向弧形板；33.弯矩承载部；33A.横向窄板；33B.内侧纵向窄板；33C.承载纵板、外侧异形窄板；40.前捆绑接头；41.第三连接部；42.第三传力壁板；43.弯矩传递部；44.助推安装翅板；44A.左侧翅板；44B.右侧翅板；45.安装底板；46本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种力与力矩定向解耦的芯级箭体结构设计方法，其特征在于，用于前捆绑接头与芯级箭体的连接设计，所述方法包括：设计由所述芯级箭体的第一壳体(20)来承载助推发动机(100)提供的推力的等效纵向推力；设计由所述芯级箭体的第二壳体(30)来承载助推发动机(100)提供的推力的等效附加弯矩，其中，所述第一壳体(20)设置在所述第二壳体(30)的上方，所述第一壳体(20)与第二壳体(30)的中心轴线对齐；设计将前捆绑接头（40）设置在所述第二壳体(30)的外侧，其中，所述前捆绑接头（40）还用于与所述助推发动机(100)连接，以承载所述助推发动机(100)提供的推力。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述设计由所述芯级箭体的第一壳体(20)来承载助推发动机(100)提供的推力的等效纵向推力，包括：设计所述第一壳体（20）的第一连接部（21）、第一承载壳壁（22），将所述第一承载壳壁（22）与所述第一连接部（21）连接；设计所述第二壳体（30）的第二连接部（31）、第二承载壳壁（32），将所述第二连接部（31）与所述第二承载壳壁（32）连接；设计所述前捆绑接头（40）的第三连接部（41）、第三传力壁板（42），所述第三连接部（41）与所述第三传力壁板（42）连接；沿纵向，将所述第一连接部（21）、所述第二连接部（31）、所述第三连接部（41）依次连接；沿横向，将所述第二承载壳壁（32）与所述第三传力壁板（42）连接。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述设计由所述芯级箭体的第二壳体（30）来承载助推发动机（100）提供的推力的等效附加弯矩，包括:设计所述第二壳体（30）的弯矩承载部（33），将所述弯矩承载部（33）与所述第二承载壳壁（32）连接；设计所述前捆绑接头（40）的弯矩传递部（43），将所述弯矩传递部（43）与所述第三传力壁板（42）连接；沿横向，将所述弯矩承载部（33）与所述弯矩传递部（43）连接。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述设计由所述芯级箭体的第二壳体（30）来承载助推发动机（100）提供的推力的等效附加弯矩，还包括：设计所述弯矩承载部（33）包括沿纵向延伸的承载纵板（33C），所述承载纵板（33C）沿纵向分布上侧长圆孔组和下侧长圆孔组，其中，所述上侧长圆孔组位于所述下侧长圆孔组的上方，全部长圆孔的中心线重合；沿横向，将所述承载纵板（33C）的上部与所述第二承载壳壁（32）连接...

【专利技术属性】
技术研发人员：李东，王珏，李林生，田建东，曲以广，吴会强，骆洪志，胡振兴，郭彦明，王斌，栾宇，蒋亮亮，朱振涛，王桂娇，王业强，
申请(专利权)人：北京宇航系统工程研究所，
类型：发明
国别省市：