传递发动机推力的贮箱箱底结构研究

发布时间：2020-07-11 01:04

【摘要】：长征系列运载火箭传统的发动机传力结构不直接与贮箱箱底相连,发动机推力通过机架传递至箭体对接面,与此对比,贮箱箱底传递发动机推力的结构方案则可以充分利用箱底的结构承载能力,箱底传力方案对实现我国未来新型运载火箭轻质、紧凑高效构型的目标具有重要意义。目前较少文献讨论推力承载式箱底的设计原则,缺乏设计指导,本文对传递发动机推力的贮箱箱底结构进行了系统研究。首先利用有限元分析方法对3.35m直径箭体内的推力承载式箱底(椭球底和锥形底)进行分析,研究贮箱增压压力、推力作用半径、椭球模数和锥底半锥角等因素对箱底应力变形分布和承载能力的影响规律。其次对推力承载式箱底实际工程应用的可行性和具体技术方案进行了研究,得出以下结论:(1)在直径为3.35m的箭体内,对推力承载式箱底分别进行箱底局部加厚和箱底加筋两种方式加强。结果表明,两种箱底增强方式均可显著提升推力承载式箱底的承载能力。(2)在直径为3.35m的箭体内,设置单台地面推力为1200kN的发动机,通过贮箱后底传递推力。结果表明,推力承载式箱底在相关结构(包括发动机机架、后过渡段等)的重量及结构布局紧凑程度等方面优于非推力承载式箱底。(3)在直径为3.35m的箭体内,设置单台重量为3000kg的发动机,通过小机架连接于贮箱后底。结果表明,连接小机架及发动机的箱底在应力变形方面均可适应箭体的水平及竖直停放和转运状态。(4)在直径为3.35m的箭体内,对拼焊箱底焊缝进行等强度增厚补偿,通过贮箱后底传递推力。结果表明,经过等强度增厚补偿的拼焊箱底与整体式箱底的承载能力差别较小。(5)在直径为5m的箭体内,设置单台真空推力为1400kN的发动机,通过贮箱后底传递推力。结果验证了推力承载式椭球箱底和锥形箱底在5m直径箭体中应用的可行性,且锥底方案在结构重量及结构布局紧凑程度等方面比球底方案更有优势。
【学位授予单位】：中国运载火箭技术研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V432

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本文编号：2749727