大型贮箱结构及工艺性研究

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1、综述2011年6月$3期馨耍一“、毳大型贮箱结构及工艺性研究朱平萍刘宪力首都航天机械会司，北京100070摘要；通过分析贮箱的类型及特点，研究贮箱放置布局，并以土星V为例研究分析了大型贮箱结构特点和制造的工艺性，提出了大型贮箱结构方案和制造工艺的发展方向。关键词：贮箱：结构：工艺性StructuralandTechnologicalResearchOnLargeTankZhuPingpingLiuXianli(CapitalAerospaceMachineryCompany,B蜘in9100076)Abstrac

2、t：Withtheanalyfisoiltypeandfeatureoftank．theallocationisresearchedTakingSaturnVasexample，thepapergivesemphasisonstnlcturalfeatureandtechnologiesoflargetankproductionThestructuralplanispurposedandtechnologicaldevelopmentisshownKeywords：tankistructure；technolog

3、y引言目前，国际上成功飞行的带有大型贮箱结构的运载火箭主要有美国的土星v、俄罗斯能源号和美国航天飞机的外挂贮箱。贮箱是火箭的重要组成部分，其配置、尺寸和重量决定了火箭的重量、外形尺寸和飞行性能，本文将以美国土星v一级贮箱为例，研究大型贮箱的结构和工艺性。2贮箱类型及特点21贮箱的类型储存液体燃料的贮箱可以分为承力贮箱和不承力贮箱两类。承力贮箱，指贮箱是火箭体的一部分，承担着轴向力的传递作用。在承力贮箱中，贮箱的侧蒙皮，同时也是火箭的承力外壳，经受着火箭在飞行及在地面时所承受的内部与外部作用力。不承力贮箱是指贮箱只

4、是一个为了储存液体的容器，被固定在火箭的壳体上。作用在不承力贮箱上的力是内部的压力和相对来说不大的轴向力(拉力或压力，这取决于贮箱固定的方法)。运载火箭经常使用的是承力贮箱，因为这样可以减小火箭的重量，而不承力贮箱可便于完成绝热工作，又具有紧凑的结构，因此多应用于航天运载火箭的末级。22贮箱的形状及特点在选择贮箱形式时，第一需求就是尽可能地使火箭具有紧凑的结构。除此以外，还要考虑每一种形式的优缺点。表1给出了贮箱形状及其特点的优劣分析。20贮箱的布局研究贮箱的几何形式和相互放置的位置，以确定贮箱的布局。贮箱的基本

5、布局方案见圈1⋯。液体火箭的燃料贮箱通常是分别放置的圆柱形箱体(一个贮箱接另一个贮箱)。从火箭的整体布局、对接段和制造；翥i；釜i秉誓耋：971_。高级1程”’产8遗型设计专“5研究方6：4戟火收辅日Ⅻ201I一∞一26综述航天制造技术II的工艺性考虑，这种形式的贮箱相对来说具有较多的优点。图la是燃料箱和氧化剂箱分别放置的承力贮箱结构。这种贮箱在制造中最简单。从强度角度来看贮箱有椭球形底，两个箱子之间留有一定的空间，通常这个空间用来放置仪器和其他装置。为了减小火箭的长度和重量，经常采用带有共底的承力贮箱。也就是

6、说，用一个共有的底将贮箱分为两部分：氧化剂箱的和燃烧剂箱(图lb)。为了避免燃料混合在一起，必须保证共底部分焊缝的密封性，所以这种贮箱制造起来要复杂一些。表1贮箱形状及特点圉图1贮箱的基本布局贮箱形式简图基本优点缺点／，Jl、、壳体的重量不大；带有半球底的圆柱形贮箱＼ff／横向加强框的重量也不大。短壳和其他与贮箱相连的舱有较大的带有椭球底的圆柱形贮箱廿⋯伊最常见的形式．重量；在火箭壳体中留有许多空余的空间。／r—飞带有椭球底的锥形贮箱＼l～．∥紧密地充满箭体的锥形部分．共底具有复杂的结构；l‘门具有实现紧密结构的

7、可能性；燃料从贮箱吸出困难：带有凹形共底的圆柱形贮箱《V不需要箱间段或是短壳．隧道管加固较难：绝热装置较难。复杂形式的贮箱毋很好地填满火箭的壳体。在圆柱和圆锥配合位置要求有补充的(圆柱与圆锥相配合)横向加强框。蜂窝状贮箱^弋NN。、．可以很好地填充任何形状：制造复杂；对于单个零件制造的不准确性很敏感；U<／<人．／在同一容积下，具有最小的贮箱重量．贮箱的加强较难。门、贮箱的加强困难：球形贮箱最小的贮箱重量．具有多余的短段及其他重量；U／在火箭壳体内留有许多空余的位置。f。)可以很好地紧密填充箭体；贮箱重量大：透镜

8、式贮箱1一◇用共底可以与圆柱形贮箱很好地配合．贮箱加强困难。．、斧习可以最好地填满壳体：贮箱制造复杂：贮箱套贮箱Ⅵ⋯一拶其重量小于两个贮箱的重量。燃料由贮箱吸出困难。厂、1<文圆环形贮箱+．斗可以达到最紧密的结构。贮箱加强困难．【，。、{t．1夕环形贮箱．同具有紧密填充壳体的可能性；制造复杂：贮箱可以承受载荷；内部蒙皮重量大．可以直接在贮箱上挂液体火箭发动机。43综述20