改进的飞行器用低温罐和包括这种罐的飞行器的制作方法

1.本发明涉及一种低温流体罐。更具体地，本发明涉及一种用于飞行器机载储氢的液氢储罐，以及一种携带这种储罐的飞行器。


背景技术：

2.液氢(或更具体地，液态二氢)可以用作飞行器的机载动力源，为燃料电池供电，或进行直接燃烧。考虑到氢在氧存在情况下的高易燃性，储存飞行器机载使用的液氢需要非常特殊的预防措施。飞行器的机上氢分配网络以及储罐必须设计成防止所有泄漏风险，并且必须具有制造、测试和认证标准中编制和描述的众多特征。考虑到飞行器中的空间限制，较佳地以液体形式储存氢，例如在-253℃(20k)的温度下储存。这种储存温度会影响分配装置和储存装置，并可能影响靠近这些装置的元件。
3.液氢储罐通常是双罐，特别是由铝和/或一种或多种复合材料制成。最常见地，内罐布置在外罐(也称为外封套)内侧，这两个罐之间的容积有助于提供隔热。不同材料的机械性能随温度而变化，因此氢罐部件的温度在不同的使用阶段(排空、填充、使用等)之间变化。因此，取决于液氢罐的结构，由于不同材料之间的膨胀系数和/或不同元件之间的膨胀的差异，可能存在显著的机械应力。
4.因此，在液氢罐的内罐与外封套之间设置滑动机械连结件(或滑动连结件)，例如使用在两个圆筒形颈部之间滑动的套筒，其中一个圆筒形颈部布置在内罐的端部处(在所述罐之外)，另一圆筒形颈部布置在外封套的端部处(在所述外封套内或围绕开到其外部的开口)。使位于氢罐的同一侧(极)上的外封套与内罐的相应端部之间能够进行滑动连结的这种结构是有缺点的。由于温度条件和惯性力的变化，要确定某些负载条件尤其困难。此外，由于反复运动，疲劳可能会削弱这种结构的元件，而且存在摩擦磨损所导致的卡住的风险。此外，由于这种结构在这种罐的内罐和外封套的同轴度方面公差很小或没有装配公差，组装方法可能很复杂。
5.该情况是可以改善的。


技术实现要素：

6.本发明的一个目的是提出一种用于飞行器的低温罐，其克服了现有技术的至少一些缺点。
7.为此，提出了一种用于低温流体的储罐，该储罐包括内罐，该内罐布置成储存所述流体并且位于外封套中，内罐和外封套具有共用的纵向轴线，使得隔热容积围绕内罐，并且外封套围绕所述绕内罐的容积，所述罐使得由可变形材料(特别是柔性材料)制成的至少一个阻尼元件插入所述内罐的一端与所述外封套之间，以将内罐楔抵外封套。
8.有利地，这使得能够在内罐，或更具体地，内罐的端部中的至少一个与外封套之间形成可靠的滑动机械连结，从而增加了耐磨性且便于罐的组装。
9.根据本发明的用于低温流体的储罐还可以单独地或组合地包括以下特征：
10.－内罐和外封套的共用纵向轴线限定了方向x，阻尼元件首先紧固到内罐的端部，其次紧固到外封套，并且布置成当内罐的端部沿方向x平移运动时，通过相对于外封套定位内罐的端部来形成所述楔抵作用。
11.－第一紧固装置布置成将阻尼元件附接至内罐的端部，第二紧固装置布置成将所述阻尼元件附接至外封套的内表面，阻尼元件的附接较佳地是可移除的。
12.－阻尼元件是环形的，第一紧固装置包括紧固到内罐的端部的套筒，并且具有第一肩部和螺纹，螺纹布置成将阻尼元件绕套筒的一部分固抵第一肩部，以及通过将包括垫圈和螺母的组件拧紧到套筒部分而将阻尼元件保持抵靠第一肩部；第二紧固装置包括颈部，颈部形成为绕外封壳的一端处的开口，该端与内罐的端部位于罐的同一侧，该颈部具有第二肩部以及锁定环，锁定环压接到颈部上并布置成将阻尼元件保持抵靠第二肩部。
13.－阻尼元件是环形的，第一紧固装置包括紧固到内罐的端部的套筒，并且具有第一肩部和螺纹，螺纹布置成将阻尼元件绕套筒的一部分固抵第一肩部，以及通过将包括垫圈和螺母的第一组件拧紧到套筒部分上而将阻尼元件保持抵靠第一肩部；第二紧固装置包括颈部，颈部形成为绕外封壳的一端处的开口，该端与内罐的端部位于罐的同一侧，颈部的内表面具有环形金属插入件所插入的槽或环形金属插入件所旋拧的内螺纹，所述插入件的内表面具有第二肩部和螺纹，该螺纹布置成通过将包括垫圈和螺母的组件拧紧在环形金属插入件中而将阻尼元件保持抵靠第二肩部。
14.－可变形材料是弹性体。
15.－可变形材料具有平行于方向x布置的多个金属插入件。
16.本发明还涉及一种飞行器，其包括至少一个如上所述的用于低温流体的储罐。
附图说明
17.在下面给出的对一示例实施例的描述中更清楚地阐释了本发明的上述及其他特征，所述描述参考附图给出，附图中：
18.图1是示出根据第一实施例的低温罐的布置的框图；
19.图2是图1所示罐的内罐与外封套之间的紧固组件在组装前的立体图；
20.图3是图2所示紧固组件在组装后的剖视图；
21.图4是根据变型实施例的图2和图3所示低温罐的内罐与外封套之间的紧固组件在组装前的立体图；
22.图5是图4所示紧固组件在组装后的剖视图；以及
23.图6示出包括图1所示低温罐的飞行器。
具体实施方式
24.图1是根据一实施例的低温罐10的示意图，该低温罐10布置成在飞行器上进行机上储存液氢。此处的术语“低温罐”指代布置成储存低温液体的罐，低温液体例如液体形式的氢。在本说明书中，术语“氢”和“液氢”可互换使用，指代可能与惰性气体或气态氢结合的液体形式的氢。图1的上部示出了含有一定量液氢11的罐10，图1的下部示出了仅含有环境空气1的罐10。因此，当容纳环境空气1时，内罐14的长度通过膨胀而与容纳液氢11的罐的长度相比增加了长度d。与环境温度下的罐的形式相比，液态氢的温度导致内罐14的收缩形
式。氢罐10包括绕同一纵向轴线100布置的内罐14和外封套12。内罐14和外封壳12都具有整体圆筒形形状，并且具有被称为极的整体球形形状的端部。内罐14的容积小于外封套12的容积，从而在内罐14的外表面与外封套12的内表面之间形成隔热容积13。根据一实施例，可以在罐10的制造期间在隔热容积13中生成真空，或当在设备中使用罐时使用真空泵来生成真空。根据一变型，使用绝缘材料或若干层绝缘材料在内罐14与外封套12之间提供隔热。
25.根据一实施例，由成组间隔件1214在罐10的一个极处或其附近将内罐14和外封套12保持彼此间隔开，间隔件1214规则地布置并紧固在内罐14的外表面与外封套12之间。此外，内罐14的端部14a与外封套12之间的滑动连结件形成在罐10的相对极处，以限制由内罐14在温度变化期间的膨胀或收缩引起的机械应力、或特别是在由内罐14的内容物温度引起的内罐14温度变化期间由包含在内罐14中的氢压力引起的机械应力。根据一实施例，间隔件1214由等效的紧固装置1214代替，该紧固装置布置成最小化内罐14与外封套12之间的热桥，从而减小所述热桥的影响。例如，间隔件1214被凹入连结件代替，从而能够沿平行于内罐14的纵向轴线100的方向将力传递至内罐14、更一般地传递到罐10。布置在罐的另一端的滑动连结件主要用于抵消沿平行于罐10的纵向轴线的方向的膨胀。
26.有利地，内罐14的端部14a与外封壳12的布置成与内罐14的端部14b相对的端部之间的滑动机械连结件包括阻尼元件16，该阻尼元件16布置成将端部14a楔抵外封套12。此处的术语“楔/楔抵(作用)”指代一种装配位置，以有效地相对于外封套12的面向所述端部的极保持内罐的端部14a，从而相对于外封套12保持内罐14，同时提供能够抵消元件、尤其是内罐14的尺寸变化的滑动连结。因此，由阻尼元件16在罐14的端部14a与外封壳12的面向所述端部的极之间形成的楔意味着刚性连接到端部14a的元件定位成承载抵靠阻尼元件16的第一表面，而刚性连接到外封套12的极的元件定位在罐10的与内罐14的端部14a承载抵靠阻尼元件16的至少一个第二表面的同一侧，第一表面和第二表面总体上彼此面对，使得阻尼元件16被保持(夹持)在内罐14的端部14a与外封套12的面向所述端部的极之间，并且至少沿平行于内罐14和外封套12的共用纵向轴线100的方向x形成楔。有利地，阻尼元件16由可变形材料制成，这使得所述元件能够将内罐14保持在稳定位置，同时抵消内罐14的长度随温度和内部压力而变化的长度d，特别是当内罐14中存在诸如液氢之类的低温流体时。此处的术语“可变形材料”指代具有类似于弹性材料的机械强度和变形特征的材料。
27.根据一实施例，阻尼元件16由弹性体材料或具有类似于弹性体的压缩性和弹性特征的材料制成。有利地，第一紧固装置140布置和构造成将阻尼元件16紧固到内罐14的端部14a，而第二紧固装置160布置和构造成将阻尼件16紧固到外封套12的位于罐10的与端部14b相同的侧部上(在相同极处)的极。
28.有利地，紧固装置140、160和阻尼元件16构造成沿彼此正交的三个方向共同形成楔，其中方向x平行于共用纵向轴线100。事实上，在携带罐10或类似罐的飞行器的飞行阶段和滑行期间存在的惯性力和加速度使得，除了抵消所述元件的与罐10中的温度变化相关的尺寸变化之外，最好沿着飞行器的侧倾轴线、俯仰轴线和偏航轴线形成楔。为此目的，根据一实施例，阻尼元件16采取方形、矩形或任何其他截面的箍或环的形式，螺纹连接到紧固到内罐14的端部14a上的套筒上，并位于布置在外封套12的极开口中的颈部或槽中。当然，这种结构不是限制性的，可以绕阻尼元件16安装处于内罐14的端部14a与外封套12之间的执行等效楔入功能的其他结构。
29.有利地，考虑到内罐14的变形(收缩或膨胀)以及由此在刚性连接到第一紧固装置140和第二紧固装置160的阻尼元件16上产生的变形应力，弹性体的近不可压缩特性在所产生的楔与所需的剪切强度之间提供了良好的折衷。
30.根据本发明的一实施例，在阻尼元件16中提供(在制造期间插入)金属插入件，以便沿不同方向调节不可压缩和剪切强度的特性。因此，根据一实施例，板形式的金属插入件布置成平行于方向x(并因此平行于纵向轴线100)。
31.图2是立体图，示出了阻尼元件16与内罐14之间的第一紧固装置140的实施细节以及阻尼元件16与外封套12之间的第二紧固装置160的实施细节，二者绕罐10的外封壳12中的极开口。图2是紧固元件布置在组装前的分解图，紧固元件布置成绕刚性连接到内罐14的端部14a的套筒140a同心或近似同心地组装。阻尼元件16，例如呈方形截面的环的形式，首先构造成螺纹连接到刚性连接至内罐14的端部14a(图2中未示出)的套筒140a上，其次也至少部分地位于绕外封套12的极开口形成的颈部160a中。因此，阻尼元件16布置成位于套筒140a与颈部160a之间。套筒140a具有肩部1400(图3中示出)和端部螺纹，以便使用垫圈140b和螺母140c将阻尼元件16在套筒140a上锁定就位，使其抵靠肩部1400。根据一实施例，垫圈140b和螺母140c是锯齿形的，以便能够在拧紧后锁定就位。为了将阻尼元件16紧固在绕外封套12中的极开口布置的颈部160a中，锁定环160b设计成定位在颈部160a的外表面上，然后压接到颈部上。根据一实施例，锁定环160b通过机械压接或磁压紧固到颈部160a上，该方法使用磁脉冲使两个部件变形，其中一个部件压接到另一部件上。极盖170设置并构造成在组装包括阻尼元件16的第一紧固装置140和第二紧固装置160中的一些或全部的前述元件之后关闭封套12中的极开口。极盖170位于第二颈部12a上，该第二颈部形成在外封套12中，绕极开口布置，并且其直径大于颈部160a的直径。
32.图3是沿包含内罐14和外封套12的共用纵向轴线100的平面截取的纵向剖视图，示出了组装后的图2中所述元件。借助主套筒140d将阻尼元件16所螺纹连接的套筒140a保持在内罐14的端部14a上。因此，套筒140a和主套筒140d共同形成单个套筒，其中一部分是套筒140a。有利地，根据示例实施例，套筒140a由钛制成，套筒140d由复合材料制成，以使朝向内罐14的热传递最小化。在本示例中，套筒140a结合到套筒140d的悬垂成形中，并且套筒140a中所制的槽保证套筒140d的纤维(条纤)在套筒140a上的良好粘合，这些纤维在套筒140d悬垂成形期间与槽的形状相匹配。图3示出了阻尼元件16抵靠布置在套筒140a的外表面上的肩部1400的定位，以及使用螺母/垫圈组件将阻尼元件16紧固在套筒140b上。垫圈140b螺纹连接到套筒140a的端部上，以在阻尼元件的与承载抵靠肩部1400的面部相对的侧部上承载抵靠阻尼元件16的面部。然后将螺母140c拧紧到设置在端部套筒140a上的螺纹上，使得阻尼元件16随后被夹在由螺母140c保持的垫圈140b与套筒140a的肩部1400之间。
33.此外，绕极开口布置的颈部160a构造成与套筒140a一起为阻尼元件16提供座部。一旦在该座部中就位，通过将锁定环160b组装并紧固到颈部160a上，即防止阻尼元件16沿方向x上平移运动。
34.根据此处描述的实施例，用于将阻尼元件16紧固到内罐14的第一装置140因此包括紧固到内罐14的端部14a的主套筒140d、螺纹套筒140a、垫圈140b、螺母140c和肩部1400；用于将阻尼元件16紧固到外封套12的第二装置160因此包括颈部160a、形成在颈部160a中的肩部1600和压接到颈部160a上的锁定环160b。自然，也可以使用执行将阻尼元件16同时
紧固到内罐14和外封套16、从而将该罐楔抵该外封套的等效功能的其他紧固装置。
35.根据变型实施例，如果用于制造所述套筒的材料具有低导热性(例如钛)，则可以由单个套筒代替套筒140a和主套筒140d。
36.图3还示出了极盖170在布置在外封套12的端部处的第二颈部12a上的组装。
37.图4是示出了在组装元件之前的相对于图2所示和所述的实施例的变型的立体图。根据该变型实施例，仅绕罐10的外封套12的极开口形成颈部160a，即不使用上述第二颈部12a。根据该变型，用于将阻尼元件16紧固到内罐14的装置140仍如上所述，没有改变，但是用于将阻尼件16紧固到外封套12的装置160是不同的。根据该变型实施例，槽160r布置在颈部160a的内表面中，金属插入件160c坐置在该槽中，例如使用液氮组件安装或通过模制插入。根据另一变型，由颈部160a的内表面中的螺纹孔代替槽160r，然后在其外表面上具有螺纹的插入件160c拧入螺纹孔中。金属插入件160c具有整体环形形状、在其内表面中形成的螺纹、以及在螺纹区外机加工的肩部1600。形成在金属插入件160c的内表面中的螺纹和肩部1600构造成使得阻尼元件160能够被保持在垫圈160d与肩部1600之间，并且使得螺钉160e能够将垫圈160d锁定就位。因此，在插入件160c拧入外封套12的颈部160a中的变型实施例中，插入件具有两个螺纹：用于紧固到颈部160a的第一外部螺纹和用于拧入螺母160e的第二内部螺纹。有利地，垫圈160d还通过将螺母160d的突片中至少一个折叠到螺母160e的凹口之一中来使得能够锁定螺母160d的旋转。因此，阻尼元件16的径向远离纵向轴线100的部分被夹在垫圈160d和环形金属插入件160c中的肩部1600之间。根据该变型，盖170的直径被减小以装配到颈部160a上，并且布置成关闭外封套12的极开口。
38.图5是沿包含内罐14和外封套12的共用纵向轴线100的平面截取的纵向剖视图，示出了滑动连结件组装后的图5中所述元件。
39.有利地，根据所述示例的使用由诸如弹性体之类的柔性可变形材料制成、可能包括增强金属插入件或更准确地是调节近不可压缩特性和剪切强度特性的金属插入件的阻尼单元工作的滑动连结件，通过楔入在内罐的至少一端与低温罐的外封套的位于与所述端部同一侧的极之间而提供滑动连结，并且没有与一个部件与另一部件重复摩擦相关的劣化风险。
40.自然，所描述的示例实施例不是限制性的，并且其他变型也是可能的。例如，取决于用于制造颈部160c的材料，接纳螺母160e和肩部1600的螺纹可以直接形成在颈部160c的内表面中。尽管如果颈部160c由复合材料(例如基于玻璃纤维或碳纤维的材料)制成，则需要金属插入件；并且如果颈部160b由铝合金制成，则是优选的；如果颈部160a由钢制成，则是可选的。
41.图6示出了至少包括低温罐10或者一个或多个类似罐的飞行器1，类似罐即具有罐10的所述特征的罐。这在飞行器上特别有利，以克服根据现有技术的低温罐的所述问题。

技术特征：
1.用于低温流体(11)的储罐(10)，所述储罐包括内罐(14)，所述内罐构造成存储所述流体(11)并且坐置于外封套(12)中，所述内罐(14)和所述外封套(12)具有共用纵向轴线(100)，使得隔热容积(13)围绕所述内罐(14)，并且所述外封套(12)围绕所述内罐(14)周围的所述容积(13)，所述罐(10)使得：－由能变形材料制成的至少一个阻尼元件(16)插入在所述内罐(14)的一个端部(14a)与所述外封套(13)之间，以将所述内罐(14)楔抵所述外封套(12)；－所述内罐(14)和所述外封套(12)的所述共用纵向轴线(100)限定方向x；－所述阻尼元件(16)首先紧固到所述内罐(14)的所述端部(14a)，其次紧固到所述外封套(12)，并且布置成当所述内罐的所述端部(14b)沿所述方向x平移运动时通过相对于所述外封套(12)定位所述内罐(14)的所述端部(14a)来形成楔抵作用；并且－第一紧固装置(140)布置成将所述阻尼元件(16)附接到所述内罐(14)的所述端部(14a)，第二紧固装置(160)布置成将所述阻尼元件(16)附接到所述外封套(12)的内表面；其特征在于，所述阻尼元件(16)是环形的，所述第一紧固装置(140)包括紧固到所述内罐(14)的端部(14a)的套筒(140a、140d)，并且具有第一肩部(1400)和螺纹，所述螺纹构造成将所述阻尼元件(16)绕所述套筒(140a、140d)的套筒部分(140a)抵靠所述第一肩部(1400)紧固，以及通过将包括垫圈(140b)和螺母(140c)的组件拧紧到所述套筒部分(140a)上而将所述阻尼元件(16)保持抵靠所述第一肩部(1400)，并且其中，所述第二紧固装置(160)包括颈部(160a)，所述颈部(160b)绕所述外封套(12)的与所述内罐(14)的所述端部(14a)位于所述罐的同一侧的一端的开口形成；并且－所述颈部具有第二肩部(1600)和锁定环(160b)，所述锁定环压接到所述颈部(160a)上，并且构造成将所述阻尼元件(16)保持抵靠所述第二肩部(1600)，或者－所述颈部(160a)的内表面具有环形金属插入件(160c)所插入的槽或环形金属插入件(160c)所拧入的螺纹孔，所述插入件的内表面具有第二肩部(1600)和螺纹，所述第二肩部和螺纹布置成通过将包括垫圈(160d)和螺母(160e)的组件拧紧在所述环形金属插入件(160c)中而将所述阻尼元件(16)保持抵靠所述第二肩部(1600)。2.根据前一权利要求所述的用于低温流体的储罐(10)，其特征在于，所述能变形材料是弹性体。3.根据前述权利要求中任一权利要求所述的用于低温流体的储罐(10)，其特征在于，所述能变形材料具有布置成与所述方向x平行的多个金属插入件。4.一种飞行器，所述飞行器包括至少一个根据前述权利要求中任一权利要求所述的用于低温流体的储罐(10)。

技术总结
本发明涉及一种用于低温流体(11)的储罐(10)，其包括内罐(14)，内罐构造成存储所述流体(11)，并且坐置于外封套(12)中，内罐(14)和外封套(12)具有共用纵向轴线(100)，使得隔热容积(13)围绕内罐(14)，并且所述外封套(12)围绕所述内罐(14)周围的容积(13)，所述罐(10)的特征在于，由可变形材料制成的至少一个阻尼元件(16)插入到所述内罐(14)的一端(14a)与所述外封套(12)之间以将内罐(14)楔抵外封套(12)。有利地，这使得能够在内罐的至少一个端部与罐的外封套之间形成可靠的滑动机械连结，从而增加了耐磨性且便于罐的组装。加了耐磨性且便于罐的组装。加了耐磨性且便于罐的组装。


技术研发人员：T
受保护的技术使用者：空中客车运营简化股份公司
技术研发日：2022.11.25
技术公布日：2023/5/26