重复使用飞行器双层式结构连接研究.pdf

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1、第43卷第2期2013年3月航空计算技术AeronauticalComputingTechniqueV01．43No．2Mar．2013重复使用飞行器双层式结构连接研究杨华保，王建(西北工业大学航空学院，陕西西安710072)摘要：与常规飞机和一次性运载火箭不同，重复使用飞行器是航空、航天技术的高度融合，具有双层式结构，内层贮箱与外层飞行器机身之间的连接对飞行器至关重要。针对某重复使用飞行器，提出了静定结构和静不定结构两种连接方案，并采用有限元分析的方法进行了静力分析，通过比较和分析得知：静不定结构连接方案更加合理。关键词

2、：重复使用飞行器；双层式结构；有限元分析中图分类号：V214．1文献标识码：A文章编号：1671—654X(2013)02—0009—03StudyonJointofReusableLaunchVehicle7sDouble—shellStructureYANGHua—bao，WANGJian(SchoolofAeronautics，NorthwesternPolytechnicalUniversity，Xi7an710072，China)Abstract：Difierentfromconventionalaircraft

3、andexpendablelaunchvehicle，thereusablelaunchvehiclewhichhasdouble—shellstructure，istheconjunctofaviationandspacetechnology，thejointbetweeninnertankandoutervehicleairframeiscrucial．Inthispaper，twokindsofjointschemewereputforwardwhicharestaticallydeterminatestructur

4、eandstaticallyindeterminatestructure，andthefiniteelementanalysismethodwasusedforthestaticanalysis．Throughthecomparisonandanalysis，thestaticallyindeterminatestructurejointschemeismorereasonable．Keywords：reusablelaunchvehicle；double—shellstructure；finiteelementanaly

5、sis引言目前使用的运载火箭都是一次性的，发射费用高，准备周期长，可靠性低，不能够满足新时期对航天运载器的要求。因此，各大国正在努力研究多用途的可重复使用飞行器，其是航空、航天技术的高度融合，具有快速、可靠、廉价进入空间的能力，在军事和民用方面有着非常广阔的应用前景‘1‘2J。一次性运载火箭的贮箱即是火箭箭体外壳，承受全部的轴向载荷，而重复使用飞行器具有外层机身和内层贮箱的双层式结构，其机身与贮箱结构的连接至关重要，其性能可决定飞行器的有效载荷及可靠性。因此，本文针对某重复使用飞行器提出了两种贮箱与飞行器机身结构的连接方案

6、，并采用有限元方法对进行了静力分析，对这两种连接方案进行了对比。1双层式结构连接方案重复使用飞行器机身为布置有四根大梁的半硬壳式结构。贮箱位于机身内。贮箱与机身的连接设计了两种方案(图1)。每种方案中，贮箱均通过三个连接面(每个连接面上有4个连接点——与机身大梁对应)与机身连接。在具体的连接点设计时，考虑了对贮箱径向伸缩变形的适应。(a)贮箱与机身连接方案一(b)贮箱与机身连接方案二图l贮箱与机身的连接方案连接方案一为轴向静定结构，沿轴向采用的前、收稿日期：2013—02—04基金项目：国家863计划项目资助作者简介：杨华

7、保(1964一)，男，河南孟州人，副教授，博士，主要研究方向为飞行器总体综合设计技术。航空计算技术第43卷第2期中、后三个连接面中，后连接面为轴向固定铰接，用于传递发动机推力；其余两个连接面为轴向活动铰接，可以实现贮箱沿轴向一定范围内的变形。通过这种轴向静定连接方式，发动机推力通过后连接面的轴向固定铰传递到机身大梁上，并继续向前扩散；贮箱结构不承担全机轴向力的传递，只承受自身的惯性载荷，轴向载荷主要由机身来承担。由于贮箱为压力式容器，其结构主要依据内压进行设计，若贮箱不能承担全机轴向载荷的传递，那么其结构将得不到充分利用，

8、因此设计了连接方案二。连接方案二为轴向静不定结构，同样采用前、中、后三个连接面将贮箱与机身连接(图1)。除了在中连接面采用与方案一同样的轴向活动铰接外，在前、后连接面均采用轴向固定铰接将贮箱与机身连接。通过这种静不定连接方式，轴向载荷由机身和贮箱共同来承担，所承受载荷的大小与结构本身的受力1．52+00