推进剂贮箱优化设计的思考

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1、2011年第1期导弹与航天运载技术No．1201l总第311期MISSILESANDSPACEVEHICLESSumNo．3ll文章编号：1004—7182(20100l-0026-03推进剂贮箱优化设计的思考鼠广丈(北京宇航系统工程研究所，北京，100076)摘要：从推进剂贮箱的自身特性及其在产品中的重要性阐明优化设计的必要，并对如何优化提出看法．通过对材料选择、底形选择及结构设计中一项法兰盘的设计为例，表述贮箱优化设计应该思考的问题，从而建立多领域优化设计思想．关键词：运载火箭；贮箱；优化设计中图分类号：V421．3*3文献标识码：AOptimalStructureDes

2、ignforLaunchVehicleTankZhouGuangwen(BeijingInstituteofAstronauticalSystemsEngineering，Beijing，100076)Abstract：Inthispaper'fromtheaspectofcharacteristicandimportanceoftankinlaunchvehicle，thenecessityofoptimalstructuredesignisillustrated．Acomprehensivereviewofadomeflangedesignandproblemsinvol

3、vingtheselectionofmaterialandtankdomeispresented．Then,theissuestobeconcernedduringoptimaldesignareputforwardandmulti·disciplineoptimaldesigntheoryisfinallyestablished．KeyWords：Launchvehicle；Tank；Optimaldesign0前言以液体为推进剂的武器系统或航天运载器中，推进剂贮箱均占有重要地位。贮箱结构的优劣、结构质量大小可决定该产品的使用，甚至影响射程或运载能力。所以，贮箱设计普遍受到

4、重视。本文对推进剂贮箱的优化设计工作进行探讨。l优化设计的理念1．1设计优化具有很强的时代感中国的航天事业在初期是以仿制为主，即使是自行设计的初始阶段，设计者在自己的设计项目中。也是以在仿制中学到的知识为主。随着航天事业的发展，要求设计人员的设计水平越来越高。但是，设计者对设计项目的重点考虑各不相同，加上设计者受所学专业的影响，很可能优化的过程中考虑不够全面。1．2多学科优化设计法在复杂系统的设计过程中，结合系统的多学科领域本质，充分利用各学科领域的设计与分析工具和方法，以复杂系统的整体最优为目标，设计各子系统及收稿H期：2010-02．20作者简介：周广文(1939-)．男

5、．高级工程师，研究方向为贮箱设计其协同机制，并研究子系统之间的偶合效应，定量评估任意参数变化引起的系统总体、部分及全体子系统的变化。1．3建立经济观点衡量一个产品的设计是否成功，取决于用户所追求的目标。当前，产品的全寿命周期费用最小是衡量标准的观点。对于航天产品，这一标准显得更加重要。1．4贮箱设计中多学科优化设计理念的建立对一个型号而言，贮箱是分系统之一。但是，对于弹(箭)重要结构的贮箱设计本身而言，也可把它看成一个复杂系统，由许多分系统组成，这些系统之间存在着相互影响和制约。这就要求设计人员，对所有条件进行分析，找到最有利的平衡点，做到贮箱优化。设计人员对分系统了解越多，

6、贮箱的优化程度越高。2贮箱的分系统2．1贮箱结构的分系统若把贮箱看作一个整体系统，它的所有组成部分第1期周f“文推进刺旷输优化设计的思考27均可看成是它的分系统，因此在结构设计中一定要考虑相互有利的原则，这样才是成功的优化。贮箱结构分系统大致包括：贮箱前后底、筒段、前后短壳、叉形环、隧道管和补偿器、人孔盖、防晃结构、防旋结构、消能结构等，每一项设计都有自身的重点和相关学科，除了做到协调，还要充分考虑每一学科的需要。2．2与其有关的其它分系统与箱体结构组成有关的分系统学科主要有：设计、力学、材料、工艺等。设计方面：了解航天产品对贮箱设计的各项要求，清楚压力容器，尤其是化工压力容

7、器的设计要求。力学包括：材料力学、结构力学、弹性力学、断裂力学、薄壳理论、流体力学、热力学等：材料包括：金属材料和非金属材料；工艺包括：焊接、钣金、机加、热处理、表面处理、化学铣切等。在设计每一部位的时候，各分系统对其影响和耦合作用不同，但是，有关的因素和所需费用必须考虑到。3主体材料的选择主体材料的选择在贮箱设计中非常重要，同时也直接影响到产品的总体性能。材料选择工作开始于产品的方案论证阶段，也就是说在确定产品的总体参数及指标的时候就要选定贮箱的主体材料。优化选材的原则是贮箱设计优化的重要一步，这些原