一种模块化整流罩的制作方法

1.本技术涉及航天运载器结构设计和制造技术领域，具体地，涉及一种针对中型、大型和重型运载火箭整流罩研制时，对结构进行模块化设计，从而适应不同有效载荷空间包络需求的整流罩结构。


背景技术：

2.运载火箭有效载荷整流罩的功能是为有效载荷提供满足其要求的环境，使有效载荷免受气动力及气动加热的危害。近年来，运载火箭的规模越来越大，从3m级中型运载火箭到5m大型运载火箭，整流罩的结构也越来越大，甚至国内外已经开始研制10m级重型运载火箭整流罩。整流罩纵向设置分离面，一般将整流罩分为2半罩。分离面安装分离结构，例如爆炸螺栓、钩锁式、气囊推冲式和凹口螺栓式，当运载火箭飞出大气层后纵向分离面解锁分离，2半罩间分离脱离火箭。
3.目前整流罩每个半罩多采用整体成型，结构可以为半硬壳结构或复合材料夹层结构。但是，随着整流罩结构越来越大，整体成型工艺更加困难，尤其是复合材料夹层结构受限于已有热压罐尺寸不能随意变大，新投热压罐成本昂贵。另外，整体成型不能满足不同有效载荷包络需求，变更整流罩尺寸需要重新研制，制约运载火箭适应不同发射任务的能力。


技术实现要素：

4.本技术实施例中提供了一种模块化整流罩，以解决上述若干缺陷之一。
5.本技术提供如下技术方案：
6.一种模块化整流罩，包括可分离的两个半罩，两个半罩通过中间分离面上的分离结构连接，整流罩的中轴线位于两个半罩的分离面所在平面内，两个半罩组合形成内部的包络空间；
7.所述半罩由顶部至底部沿中轴线方向顺次设置端头、前锥、至少一个柱段和过渡段，所述前锥和柱段为夹层结构；
8.端头和前锥通过第一连接组件连接；前锥和柱段通过第二连接组件连接；柱段和柱段通过第三连接组件连接，柱段和过渡段通过第四连接组件连接。
9.作为本技术的优选方案，所述过渡段底端与火箭末级箭体连接。
10.作为本技术的优选方案，所述前锥具有靠近中轴线的前锥内壁面和远离中轴线的前锥外壁面，所述前锥内壁面和前锥外壁面之间填充夹层；所述前锥顶端向前锥中部方向插接第一边框，所述第一边框沿半罩周向延伸；
11.所述第一边框纵向截面为u型结构，包括两个平行的第一边框一边和第一边框二边，第一边框一边与前锥外壁面贴近连接，第一边框二边与前锥内壁面贴近连接。
12.作为本技术的优选方案，所述第一连接组件包括：第一加强框，沿半罩周向延伸，包括一体形成并夹角为钝角的第一加强框一边和第一加强框二边，所述第一加强框一边与前锥内壁面贴近连接；
13.第一端框，沿半罩周向延伸，包括一体形成并夹角为钝角的第一端框一边和第一端框二边，所述第一端框一边与第一边框一边贴近连接；
14.下端框，沿半罩周向延伸，包括一体形成并夹角为锐角的下端框一边和下端框二边，所述下端框一边与端头下部内壁面贴近连接；
15.所述第一端框二边设于下端框二边下方，并设于第一加强框二边上方；
16.所述下端框二边、第一端框二边和第一加强框二边通过多个螺栓组件贯穿连接。
17.作为本技术的优选方案，所述柱段包括靠近中轴线的柱段内壁面和远离中轴线的柱段外壁面，所述柱段顶端和柱段底端向柱段中部方向插接第三边框，第三边框纵向截面为u型，包括两个平行的、靠近中轴线的第三边框一边，和远离中轴线的第三边框二边。
18.作为本技术的优选方案，所述前锥底端向前锥中部方向插接第二边框，所述第二边框纵向截面为u型，包括两个平行的、靠近中轴线的第二边框一边和远离中轴线的第二边框二边；
19.所述第二连接组件包括：第二端框，沿前锥周向延伸，具有第二端框一边和第二端框二边，所述第二端框一边背离中轴线的一面与第二边框二边靠近中轴线的一面贴近连接，所述第二端框二边水平向靠近中轴线方向延伸；
20.第三端框，沿前锥周向延伸，具有第三端框一边和第三端框二边，所述第三端框纵向截面为l型结构，所述第三端框一边背离中轴线的一面与第三边框二边靠近中轴线的一面贴近连接，所述第三端框二边水平向靠近中轴线方向延伸；
21.所述第二端框二边与所述第三端框二边贴近并通过多个大螺栓组件贯穿连接，所述大螺栓组件位置靠近第二端框一边和第三端框一边。
22.作为本技术的优选方案，所述第二连接组件还包括：
23.第二加强框，包括第二加强框一边和第二加强框二边，所述第二加强框一边与所述前锥内壁贴近连接，所述第二加强框二边水平向靠近中轴线方向延伸，所述第二加强框二边设置在所述第二端框二边上方；
24.第三加强框，包括第三加强框一边和第三加强框二边，所述第三加强框一边与所述柱段内壁贴近连接，所述第三加强框二边水平向靠近中轴线方向延伸，所述第三加强框二边设置在第三端框二边下方；
25.所述第二加强框二边、第二端框二边、第三端框二边和第三加强框二边通过多个小螺栓组件贯穿连接。
26.作为本技术的优选方案，所述第三连接组件包括两组对称连接在相邻柱段顶端和底端的第三端框和第三加强框，相邻第三端框二边通过多个大螺栓组件贯穿连接；相邻的第三加强框二边和第三端框二边通过多个小螺栓组件贯穿连接。
27.作为本技术的优选方案，所述第四连接组件包括一个前端框，所述前端框沿过渡段周向延伸，所述前端框包括前端框一边和前端框二边，所述前端框一边贴近固定于所述过渡段内壁面；
28.所述前端二边设置在相邻的第三端框二边下方，所述前端二边和第三端框二边通过多个大螺栓组件贯穿连接；
29.相邻的第三加强框二边、第三端框二边和前端框二边通过多个小螺栓组件贯穿连接。
30.作为本技术的优选方案，所述柱段内壁面和柱段外壁面之间设置蜂窝层。
31.采用本技术实施例中提供的模块化整流罩，相较于现有技术，具有以下技术效果：
32.本技术实施例中提供了一种模块化整流罩，通过中间的分离结构连接两个对称的半罩，两个半罩组合形成内部的包络空间；半罩由顶部至底部沿中轴线方向顺次设置端头、前锥、柱段和过渡段，相邻结构组件通过对应的连接组件进行连接。本技术实施例提供了不同整流罩基本型，每个基本型拆分为端头、前锥、柱段和过渡段等相互独立的模块，通过自由组合的形式实现整流罩不同有效载荷包络需求。解决了型号灵活快速适应有效载荷不同空间包络的需求，提高了航天运载器发射不同有效载荷时整流罩的适应能力。
附图说明
33.此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
34.图1为本技术实施例提供的模块化整流罩结构的示意图；
35.图2为本技术实施例提供的端头与前锥连接形式的示意图；
36.图3为本技术实施例提供的前锥与柱段连接形式的示意图；
37.图4为本技术实施例提供的柱段间连接形式的示意图；
38.图5为本技术实施例提供的柱段与过渡段连接形式的示意图；
39.图6为本技术另外实施例结构的示意图。
40.附图中标记如下：
41.端头100，前锥200，柱段300，过渡段400，
42.下端框1，夹层2，第一边框3，第一端框4，第一加强框5，第二边框6，第二端框7，第二加强框8，蜂窝层9，第三边框10，第三端框11，第三加强框12，前端框13。
具体实施方式
43.本发明实施例公开了一种吸能装置，以解决现有的弹簧防爬吸能装置吸能效果差且不稳定、在压缩结束后易发生反弹的问题。
44.为了使本技术实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本技术的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本技术的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
45.请参阅图1-图5所示，为了应对整流罩可变空间的需求，本发明通过模块化的设计思想，将整流罩半罩拆分为不同的功能单元，通过自由组合实现不同的空间包络要求。根据任务需求，确定有效载荷包络需求。根据包络从基本型选择一种组合形式，各个模块间均为标准尺寸产品，接口一定保持不变。相互之间均采用螺接方式连接，可在任务确定后确定装配顺序。
46.在一种具体的实施方式中，一个完整的模块化整流罩，包括可分离的两个半罩。图1为本技术实施例提供的模块化整流罩结构的示意图。如图1所示，两个半罩通过中间分离面上的分离结构连接，整流罩的中轴线位于两个半罩的分离面所在平面内，两个半罩组合形成内部的包络空间；
47.半罩由顶部至底部沿中轴线方向顺次设置端头100、前锥200、一个或者多个柱段300和过渡段400。前锥200和柱段300为夹层结构。柱段内壁面和柱段外壁面之间填充蜂窝层9。
48.端头100一般采用防热材料模压的球缺体，例如玻璃钢材料，下端面连接金属框用于对接。前锥段一般采用冯卡门外形、单锥外形或双锥外形，结构形式选用刚度较好的夹层结构。柱段一般拆分为两种不同高度，用于组合成不同高度的整流罩，结构形式选用刚度较好的夹层结构。过渡段用于连接柱段和火箭末级箭体，用于柱段和末级箭体过渡，外形可以是柱型或倒锥型，同时可以安装分离弹簧支座、铰链支座、仪器支架等结构。
49.端头100和前锥200通过第一连接组件连接。前锥200和柱段300通过第二连接组件连接。柱段300和柱段300通过第三连接组件连接。柱段300和过渡段400通过第四连接组件连接。通过设计不同模块间的可拆卸连接方式，实现不同模块的快速组合，提高了整流罩自由组合的能力。
50.图2为本技术实施例提供的端头与前锥连接形式的示意图。如图2所示，端头的下端框1与前锥200通过一圈螺栓组件连接。前锥200采用夹层结构，顶端的端面内嵌第一边框3。
51.具体的，前锥200作为夹层结构，具有靠近中轴线的前锥内壁面和远离中轴线的前锥外壁面。前锥内壁面和前锥外壁面之间填充夹层2。前锥200顶端向前锥200中部方向插接第一边框3，第一边框3具有背离前锥中部方向的开口。第一边框3沿半罩周向延伸，可以是一个封闭环结构，也可以是间断式弧形结构。
52.第一边框3纵向截面为u型结构，包括两个平行的第一边框一边和第一边框二边，第一边框一边与前锥外壁面贴近连接，第一边框二边与前锥内壁面贴近连接。第一边框3作为连接组件的辅助连接结构，用于与第一连接组件连接。
53.具体的，通过第一端框4和第一加强框5与端头100的下端框1连接。
54.第一加强框5，沿半罩周向延伸，包括一体形成并夹角为钝角的第一加强框一边和第一加强框二边，第一加强框一边与前锥内壁面贴近连接。
55.第一端框4，沿半罩周向延伸，包括一体形成并夹角为钝角的第一端框一边和第一端框二边，第一端框一边与第一边框一边贴近连接。
56.下端框1，沿半罩周向延伸，包括一体形成并夹角为锐角的下端框一边和下端框二边，下端框一边与端头100下部内壁面贴近连接。由于端头组合后是一个主视投影近似等腰三角形的具有圆顶的尖端结构，此处下端框具有两个夹角为锐角的边，一面与端头侧坡面平行，一边向中轴线方向水平延伸。
57.第一端框二边设于下端框二边下方，并设于第一加强框二边上方；
58.下端框二边、第一端框二边和第一加强框二边通过多个螺栓组件贯穿连接。螺栓组件在此形成密级圆周阵列，达到牢固连接的目的。
59.前锥200底端向前锥200中部方向插接第二边框6，第二边框6纵向截面为u型，包括两个平行的、靠近中轴线的第二边框一边和远离中轴线的第二边框二边。端头作为整流罩顶端结构，由于其体积较其他部分最小，一圈螺栓就可以达到稳定的目的。
60.图3为本技术实施例提供的前锥与柱段连接形式的示意图。前锥后端面内嵌第二边框6，柱段前端面同样内嵌第三边框10。前锥通过第二端框7和第二加强框8与柱段第三端
框11和第三加强框12连接。
61.具体的，柱段300包括靠近中轴线的柱段内壁面和远离中轴线的柱段外壁面，柱段300顶端和柱段300底端向柱段300中部方向插接第三边框10，第三边框10纵向截面为u型，包括两个平行的、靠近中轴线的第三边框一边，和远离中轴线的第三边框二边。第三边框10具有背离柱段中部的开口，第三边框10在柱段的顶端底端皆设置，更好的用于连接对应连接组件，达到模块化灵活连接的目的。
62.在与柱段300连接时，第二端框7，沿前锥200周向延伸，具有第二端框一边和第二端框二边，第二端框一边背离中轴线的一面与第二边框二边靠近中轴线的一面贴近连接，第二端框二边水平向靠近中轴线方向延伸。
63.第三端框11，沿前锥200周向延伸，具有第三端框一边和第三端框二边。第三端框11纵向截面为l型结构。第三端框一边背离中轴线的一面与第三边框二边靠近中轴线的一面贴近连接，第三端框二边水平向靠近中轴线方向延伸。
64.第二端框二边与第三端框二边贴近并通过多个大螺栓组件贯穿连接，大螺栓组件位置靠近第二端框一边和第三端框一边。
65.第二连接组件还包括：
66.第二加强框8，包括第二加强框一边和第二加强框二边，第二加强框一边与前锥内壁贴近连接。第二加强框二边水平向靠近中轴线方向延伸，第二加强框二边设置在第二端框二边上方。
67.第三加强框12，包括第三加强框一边和第三加强框二边，第三加强框一边与柱段300内壁贴近连接。第三加强框二边水平向靠近中轴线方向延伸，第三加强框二边设置在第三端框二边下方。
68.第二加强框二边、第二端框二边、第三端框二边和第三加强框二边通过多个小螺栓组件贯穿连接。
69.如图3所示，前锥与柱段采用内外两圈螺栓连接，其中外圈大螺栓为主承力连接件，用于承担壁板大部分轴拉载荷。内圈小螺栓为辅助连接件，用于抵消局部弯矩，改善蜂窝板受力情况。
70.图4为本技术实施例提供的柱段间连接形式的示意图。如图4所示，柱段前后端面内嵌第三边框10，通过第三端框11和第三加强框12连接
71.具体的，第三连接组件包括两组对称连接在相邻柱段300顶端和底端的第三端框11和第三加强框12，相邻第三端框二边通过多个大螺栓组件贯穿连接；相邻的第三加强框二边和第三端框二边通过多个小螺栓组件贯穿连接。
72.柱段间采用内外两圈螺栓连接，其中外圈大螺栓为主承力连接件，用于承担壁板大部分轴拉载荷。内圈小螺栓为辅助连接件，用于抵消局部弯矩，改善蜂窝板受力情况。
73.图5为本技术实施例提供的柱段与过渡段连接形式的示意图。如图5所示，柱段后端面内嵌第三边框10。柱段通过第三端框11和第三加强框12与过渡段前端框13连接。
74.第四连接组件包括一个前端框13，前端框13沿过渡段400周向延伸，前端框13包括前端框一边和前端框二边，前端框一边贴近固定于过渡段内壁面；
75.前端二边设置在相邻的第三端框二边下方，前端二边和第三端框二边通过多个大螺栓组件贯穿连接；
76.相邻的第三加强框二边、第三端框二边和前端框二边通过多个小螺栓组件贯穿连接。
77.柱段与过渡段采用内外两圈螺栓连接，其中外圈大螺栓为主承力连接件，用于承担壁板大部分轴拉载荷。内圈小螺栓为辅助连接件，用于抵消局部弯矩，改善蜂窝板受力情况。
78.图1为本技术实施例提供的模块化整流罩结构的示意图，图6为本技术另外实施例结构的示意图。过渡段400底端与火箭末级箭体连接。
79.根据运载火箭的末级箭体直径，确定整流罩柱段直径。一般选择与末级箭体直径相同和更大直径两种规格。然后运载火箭总体设计人员根据两种直径整流罩开展运载火箭的气动外形分析，并按需开展风洞试验。试验通过后开展热环境和载荷分析，给出整流罩的设计指标。结构设计人员根据设计指标进行整流罩基本型设计。
80.如图1，图6所示，整流罩基本型一般包括两种直径，即柱段与末级箭体直径相同的基本型和柱段扩张的基本型，每个基本型通过柱段不同组合形式实现整流罩高度方向不同包络，同时每种基本型可拆分为端头、前锥、柱段和过渡段。
81.本公开设计不同整流罩基本型，每个基本型拆分为端头100、前锥200、柱段300和过渡段400等相互独立的模块，通过自由组合的形式实现整流罩不同有效载荷包络需求。解决了型号灵活快速适应有效载荷不同空间包络的需求，提高了航天运载器发射不同有效载荷时整流罩的适应能力。
82.本公开能够推广应用于我国的运载火箭和导弹设计领域，能应用于以后大型整流罩结构设计中，具有显著的应用价值和社会效益。
83.尽管已描述了本技术的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本技术范围的所有变更和修改。
84.显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。

技术特征：
1.一种模块化整流罩，其特征在于，包括可分离的两个半罩，两个半罩通过中间分离面上的分离结构连接，整流罩的中轴线位于两个半罩的分离面所在平面内，两个半罩组合形成内部的包络空间；所述半罩由顶部至底部沿中轴线方向顺次设置端头、前锥、至少一个柱段和过渡段，所述前锥和柱段为夹层结构；端头和前锥通过第一连接组件连接；前锥和柱段通过第二连接组件连接；柱段和柱段通过第三连接组件连接，柱段和过渡段通过第四连接组件连接。2.根据权利要求1所述的模块化整流罩，其特征在于，所述过渡段底端与火箭末级箭体连接。3.根据权利要求1所述的模块化整流罩，其特征在于，所述前锥具有靠近中轴线的前锥内壁面和远离中轴线的前锥外壁面，所述前锥内壁面和前锥外壁面之间填充夹层；所述前锥顶端向前锥中部方向插接第一边框，所述第一边框沿半罩周向延伸；所述第一边框纵向截面为u型结构，包括两个平行的第一边框一边和第一边框二边，第一边框一边与前锥外壁面贴近连接，第一边框二边与前锥内壁面贴近连接。4.根据权利要求3所述的模块化整流罩，其特征在于，所述第一连接组件包括：第一加强框，沿半罩周向延伸，包括一体形成并夹角为钝角的第一加强框一边和第一加强框二边，所述第一加强框一边与前锥内壁面贴近连接；第一端框，沿半罩周向延伸，包括一体形成并夹角为钝角的第一端框一边和第一端框二边，所述第一端框一边与第一边框一边贴近连接；下端框，沿半罩周向延伸，包括一体形成并夹角为锐角的下端框一边和下端框二边，所述下端框一边与端头下部内壁面贴近连接；所述第一端框二边设于下端框二边下方，并设于第一加强框二边上方；所述下端框二边、第一端框二边和第一加强框二边通过多个螺栓组件贯穿连接。5.根据权利要求1所述的模块化整流罩，其特征在于，所述柱段包括靠近中轴线的柱段内壁面和远离中轴线的柱段外壁面，所述柱段顶端和柱段底端向柱段中部方向插接第三边框，第三边框纵向截面为u型，包括两个平行的、靠近中轴线的第三边框一边，和远离中轴线的第三边框二边。6.根据权利要求5所述的模块化整流罩，其特征在于，所述前锥底端向前锥中部方向插接第二边框，所述第二边框纵向截面为u型，包括两个平行的、靠近中轴线的第二边框一边和远离中轴线的第二边框二边；所述第二连接组件包括：第二端框，沿前锥周向延伸，具有第二端框一边和第二端框二边，所述第二端框一边背离中轴线的一面与第二边框二边靠近中轴线的一面贴近连接，所述第二端框二边水平向靠近中轴线方向延伸；第三端框，沿前锥周向延伸，具有第三端框一边和第三端框二边，所述第三端框纵向截面为l型结构，所述第三端框一边背离中轴线的一面与第三边框二边靠近中轴线的一面贴近连接，所述第三端框二边水平向靠近中轴线方向延伸；所述第二端框二边与所述第三端框二边贴近并通过多个大螺栓组件贯穿连接，所述大螺栓组件位置靠近第二端框一边和第三端框一边。7.根据权利要求6所述的模块化整流罩，其特征在于，所述第二连接组件还包括：
第二加强框，包括第二加强框一边和第二加强框二边，所述第二加强框一边与所述前锥内壁贴近连接，所述第二加强框二边水平向靠近中轴线方向延伸，所述第二加强框二边设置在所述第二端框二边上方；第三加强框，包括第三加强框一边和第三加强框二边，所述第三加强框一边与所述柱段内壁贴近连接，所述第三加强框二边水平向靠近中轴线方向延伸，所述第三加强框二边设置在第三端框二边下方；所述第二加强框二边、第二端框二边、第三端框二边和第三加强框二边通过多个小螺栓组件贯穿连接。8.根据权利要求7所述的模块化整流罩，其特征在于，所述第三连接组件包括两组对称连接在相邻柱段顶端和底端的第三端框和第三加强框，相邻第三端框二边通过多个大螺栓组件贯穿连接；相邻的第三加强框二边和第三端框二边通过多个小螺栓组件贯穿连接。9.根据权利要求1所述的模块化整流罩，其特征在于，所述第四连接组件包括一个前端框，所述前端框沿过渡段周向延伸，所述前端框包括前端框一边和前端框二边，所述前端框一边贴近固定于所述过渡段内壁面；所述前端二边设置在相邻的第三端框二边下方，所述前端二边和第三端框二边通过多个大螺栓组件贯穿连接；相邻的第三加强框二边、第三端框二边和前端框二边通过多个小螺栓组件贯穿连接。10.根据权利要求1所述的模块化整流罩，其特征在于，所述柱段内壁面和柱段外壁面之间设置蜂窝层。

技术总结
本申请实施例中提供了一种模块化整流罩，包括可分离的两个半罩，两个半罩通过中间分离面上的分离结构连接，整流罩的中轴线位于两个半罩的分离面所在平面内，两个半罩组合形成内部的包络空间；半罩由顶部至底部沿中轴线方向顺次设置端头、前锥、柱段和过渡段，端头和前锥通过第一连接组件连接；前锥和柱段通过第二连接组件连接；柱段和过渡段通过第三连接组件连接。本申请实施例提供了不同整流罩基本型，每个基本型拆分为端头、前锥、柱段和过渡段等相互独立的模块，通过自由组合的形式实现整流罩不同有效载荷包络需求。解决了型号灵活快速适应有效载荷不同空间包络的需求，提高了航天运载器发射不同有效载荷时整流罩的适应能力。载器发射不同有效载荷时整流罩的适应能力。载器发射不同有效载荷时整流罩的适应能力。


技术研发人员：陈友伟 张登宇 曹景乐 尹莲花 闫伟 包宇兵 欧阳兴 李泽琛 陈献平 李辰 吴义田 于龙 姚瑞娟 王康康 杨熙璇 夏慧 尹建华 骆洪志 薛玺龙
受保护的技术使用者：北京宇航系统工程研究所
技术研发日：2023.05.08
技术公布日：2023/8/24