轻质化表面张力贮箱的制作方法

1.本发明涉及航空航天技术领域，具体地，涉及一种轻质化表面张力贮箱。


背景技术：

2.表面张力贮箱，能为卫星、飞船、空间站等宇航领域中的液体进行管理，比如蓄留、输送等。
3.现有公开号为cn103133862a的中国专利，其公开了一种承力表面张力贮箱，包括相连接的壳体及推进剂管理装置，所述壳体包括上壳体4、下壳体7、上法兰1、下法兰10；所述推进剂管理装置包括气口2、带管液通3、承力筒5、导管6、压环8、网片9、液口11、气阱壳12、气阱盖13及液通14，所述液口11、气阱壳12、气阱盖13、网片9及压环8构成了设置在所述下壳体7下部的气泡陷阱装置。
4.目前，国内外表面张力贮箱材料主要以钛合金和不锈钢为主，钛合金指贮箱结构件，不锈钢指多孔密纹网，由于以上两种材料的熔点相近，可以相对容易实现两种金属的焊接成型，已为当下表面张力贮箱中成熟的制作工艺。
5.近些年来，随着星、船、器等宇航领域的应用快速发展，对表面张力贮箱提出了更轻质、低成本的研制需求。
6.针对这一需求，铝合金表面张力贮箱的研制成为了实现目标的一种有效的途径，但是相比钛合金表面张力贮箱，铝合金和不锈钢材料熔点相差较大，难以像钛合金和不锈钢材料那样直接进行两异种金属的焊接成型，成为铝合金表面张力贮箱研制攻关中最大的技术障碍，导致铝合金表面张力贮箱的研制进展缓慢。
7.因此，需要提供一种轻质化、低成本的表面张力贮箱。


技术实现要素：

8.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种轻质化表面张力贮箱。
9.根据本发明提供的一种轻质化表面张力贮箱,包括：贮箱壳体、推进剂管理装置、液嘴以及气嘴，所述液嘴设置在所述贮箱壳体的底端，所述气嘴设置在所述贮箱壳体的顶端，所述推进剂管理装置设置在所述贮箱壳体内，且两端分别与所述液嘴、所述气嘴连通；所述贮箱壳体包括铝合金壳体内衬和覆盖其上的碳纤维复合材料缠绕层；所述推进剂管理装置包括组合件，所述组合件包括两层紧固连接的铝合金多孔结构件以及两层所述铝合金多孔结构件之间的不锈钢密纹网片，所述不锈钢密纹网片与其中一层所述铝合金多孔结构件通过热熔粘接紧固连接。
10.优选地，所述铝合金内衬壳体包括半球形的上壳体和下壳体，二者的壁厚为0.6～1.0mm。
11.优选地，所述推进剂管理装置包括自下而上依次设置的液嘴骨架、液口、筒收组件以及气嘴骨架，所述液口与所述气嘴骨架之间连接有多条环形的通道组件。
12.优选地，所述液嘴骨架与所述液嘴连接，所述气嘴骨架与所述气嘴连接。
13.优选地，所述筒收组件包括筒收内筒、筒收侧网以及筒收外筒，所述筒收侧网设置在所述筒收内筒与所述筒收外筒之间，所述筒收内筒与所述筒收侧网通过热熔粘接紧固连接，所述筒收内筒与所述筒收外筒二者通过环向焊接紧固连接，三者配合形成第一组合件。
14.优选地，所述筒收内筒与所述筒收外筒二者之间的配合间隙为0.02～0.05mm。
15.优选地，所述筒收组件还包括筒收上压板、筒收顶网以及筒收下压板，所述筒收顶网设置在所述筒收上压板与所述筒收下压板之间，所述筒收顶网与所述筒收上压板通过热熔粘接紧固连接，所述筒收上压板与所述筒收下压板二者通过环向焊接紧固连接，三者配合形成第二组合件。
16.优选地，所述第二组合件通过焊接紧固连接在所述第一组合件的顶端，且二者的焊缝熔深大于所述筒收外筒的壁厚。
17.优选地，所述筒收组件与所述液口通过环向焊接紧固连接，且二者的焊缝熔深大于所述筒收外筒的壁厚。
18.优选地，所述通道组件端部的连接结构包括通道压板、通道网片、通道骨架，所述通道网片设置在所述通道压板与所述通道骨架之间，所述通道网片与所述通道压板通过热熔粘接紧固连接，所述通道压板与所述通道骨架通过环向焊接紧固连接，三者配合形成连接结构组合件。
19.与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
20.1、本发明通过贮箱壳体采用铝合金内衬和碳纤维复合材料缠绕的成型方式，推进剂管理装置中，密纹网片和多孔结构件采用热熔粘接的工艺成型方法，具有轻质化、成本低等优点，可作为卫星、飞船、空间站等宇航产品中表面张力贮箱。
21.2、本发明通过贮箱壳体采用铝合金内衬和碳纤维复合材料缠绕，铝合金、碳纤维复合材料的密度更低，相同的壁厚下，重量更轻，并且铝合金材料单价低，碳纤维复合材料为缠绕成型使用，用量较少，可实现低成本的需求。
22.3、本发明通过采用厚度极薄的不锈钢密纹网材料，其余结构零件均为铝合金材料，避开异种金属焊接必须互相熔融在一起的固定连接方式，将熔点较高的不锈钢网片通过低熔点的铝合金受热产生的溶液粘接在铝合金表面，可实现轻质化应用的需求。
附图说明
23.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
24.图1为本发明主要体现轻质化表面张力贮箱的剖面图；
25.图2为本发明主要体现轻质化表面张力贮箱的外观图；
26.图3为本发明主要体现推进剂管理装置的剖面图；
27.图4为本发明主要体现筒收组件的剖面图；
28.图5为本发明主要体现通道组件的连接结构的剖面图。
29.图中所示：
30.上壳体1
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下壳体2
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复合材料缠绕层3
31.推进剂管理装置4
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液嘴5
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气嘴6
32.筒收组件41
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液口42
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液嘴骨架43
33.通道组件44
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气嘴骨架45
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筒收内筒411
34.筒收侧网412
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筒收外筒413
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筒收上压板414
35.筒收顶网415
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筒收下压板416
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通道压板441
36.通道网片442
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通道骨架443
具体实施方式
37.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
38.如图1和2所示，根据本发明提供的一种轻质化表面张力贮箱，包括：贮箱壳体、推进剂管理装置4、液嘴5以及气嘴6，液嘴5设置在贮箱壳体的底端，气嘴6设置在贮箱壳体的顶端，推进剂管理装置4设置在贮箱壳体内，且两端分别与液嘴5、气嘴6连通；贮箱壳体包括铝合金内衬壳体和覆盖其上的碳纤维复合材料缠绕层3；推进剂管理装置4包括组合件，组合件包括两层紧固连接的铝合金多孔结构件以及两层铝合金多孔结构件之间的不锈钢密纹网片，不锈钢密纹网片与其中一层铝合金多孔结构件通过热熔粘接紧固连接。
39.表面张力贮箱主要分为贮箱壳体和内部的推进剂管理装置4，其中贮箱壳体主要功能为储存推进剂和承压，推进剂管理装置4的主要功能为将壳体内部处于微重力环境下的推进剂进行管理，包括蓄留、运输等。当贮箱开始工作时，贮箱上游具有一定压力的气体通过气嘴进6入贮箱，此时贮箱内部推进剂在微重力环境下无论处于什么位置，均可在上游气体的驱动下，通过推进剂管理管理装置往下游排出不夹气的推进剂，排出的推进剂不能夹气，否则会造成下游的发动机不能正常工作，推进剂排出口为液嘴5。
40.铝合金壳体内衬包括半球形的上壳体1和下壳体2，二者的壁厚为0.6～1.0mm。装配时，首先将推进剂管理装置4装配焊接于下壳体2，再焊接装配上壳体1，之后分别焊接液嘴5和气嘴6，最后对贮箱壳体进行复合材料缠绕，组成复合材料缠绕层3。
41.如图3所示，推进剂管理装置4包括自下而上依次设置的液嘴骨架43、液口42、筒收组件41以及气嘴骨架45，液口42与气嘴骨架45之间连接有多条环形的通道组件44。装配时，首先将液嘴骨架43和液口42进行焊接固定，之后焊接筒收组件41，然后将4条通道组件44的两端分别与气嘴骨架45和液口42进行连接固定，固定方式为焊接。液嘴骨架43与液嘴5连接，气嘴骨架45与气嘴6连接。
42.如图4所示，筒收组件41包括筒收内筒411、筒收侧网412以及筒收外筒413，筒收侧网412设置在筒收内筒411与筒收外筒413之间，筒收内筒411与筒收侧网412通过热熔粘接紧固连接，筒收内筒411与筒收外筒413二者通过环向焊接紧固连接，三者配合形成第一组合件。筒收内筒411与筒收外筒413二者之间的配合间隙为0.02～0.05mm。
43.筒收内筒411和筒收外筒413为铝合金多孔结构，筒收侧网412为不锈钢密纹网片。制作时，将筒收侧网412和筒收内筒411通过工装进行装夹，然后通过相关设备对筒收侧网412和筒收内筒411接触的环向两端和纵向非孔区域进行加热加压，通过筒收内筒411受热产生的熔液将筒收侧网412粘接在筒收内筒411，然后将筒收外筒413与以上组合件进行焊接固定，在该连接成型过程中，筒收侧网412本体保持完整，未熔融。
44.筒收组件41还包括筒收上压板414、筒收顶网415以及筒收下压板416，筒收顶网415设置在筒收上压板414与筒收下压板416之间，筒收顶网415与筒收上压板414通过热熔粘接紧固连接，筒收上压板414与筒收下压板416二者通过环向焊接紧固连接，三者配合形成第二组合件。
45.筒收上压板414与筒收下压板416为铝合金多孔结构，筒收顶网415为不锈钢密纹网片。制作时，首先将筒收顶网415通过筒收上压板414的受热产生的熔液粘接于筒收上压板414，之后和筒收下压板416进行环向焊接实现密封。415虽然处于中间位置，但是它只与上下其中一个压板进行固定，然后上下压板再进行一圈焊接，即可完成焊接装配，实现所需功能。
46.第一组合件和第二组合件分别制作完成后，将二者进行环向焊接固定。第二组合件通过焊接紧固连接在第一组合件的顶端，且二者的焊缝熔深大于筒收外筒413的壁厚。
47.筒收组件41的底部与液口42的顶部通过环向焊接紧固连接，且二者的焊缝熔深大于筒收外筒413的壁厚。
48.如图5所示，通道组件44端部的连接结构包括通道压板441、通道网片442、通道骨架443，通道网片442设置在通道压板441与通道骨架443之间，通道网片442与通道压板441通过热熔粘接紧固连接，通道压板441与通道骨架443通过环向焊接紧固连接，三者配合形成连接结构组合件。制作时，首先将通道网片442粘接于一条通道压板441，然后将另一条通道压板441和通道骨架443一起装配后进行环向焊接固定。
49.在本技术中，筒收侧网412、筒收顶网415、通道网片442为不锈钢材料，复合材料缠绕层3为碳纤维材料，其余零件均为铝合金材料。
50.贮箱壳体采用铝合金内衬+碳纤维复合材料缠绕的成型方式，相比钛合金、不锈钢等材料，铝合金、碳纤维复合材料的密度更低，相同的壁厚下，重量更轻。相比钛合金等金属材料，铝合金材料单价要低十倍以上，碳纤维复合材料为缠绕成型使用，用量较少，可实现低成本的需求。
51.推进剂管理装置4中，密纹网片和多孔结构件采用热熔粘接的工艺成型方法，厚度极薄的密纹网材料为不锈钢，其余结构零件均为铝合金材料，避开异种金属焊接必须互相熔融在一起的固定连接方式，将熔点较高的不锈钢网片通过低熔点的铝合金受热产生的溶液粘接在铝合金表面，有效解决了铝合金结构与不锈钢网片无法焊接的难题，可实现特定环境下的轻质化应用的需求，进一步的，可实现低成本的需求。
52.本技术具有轻质化、成本低等优点，可作为卫星、飞船、空间站等宇航产品中表面张力贮箱。
53.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
54.以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本技术的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

技术特征：
1.一种轻质化表面张力贮箱，其特征在于，包括：贮箱壳体、推进剂管理装置(4)、液嘴(5)以及气嘴(6)，所述液嘴(5)设置在所述贮箱壳体的底端，所述气嘴(6)设置在所述贮箱壳体的顶端，所述推进剂管理装置(4)设置在所述贮箱壳体内，且两端分别与所述液嘴(5)、所述气嘴(6)连通；所述贮箱壳体包括铝合金壳体内衬和覆盖其上的碳纤维复合材料缠绕层(3)；所述推进剂管理装置(4)包括组合件，所述组合件包括两层紧固连接的铝合金多孔结构件以及两层所述铝合金多孔结构件之间的不锈钢密纹网片，所述不锈钢密纹网片与其中一层所述铝合金多孔结构件通过热熔粘接紧固连接。2.如权利要求1所述的轻质化表面张力贮箱，其特征在于，所述铝合金内衬壳体包括半球形的上壳体(1)和下壳体(2)，二者的壁厚为0.6～1.0mm。3.如权利要求1所述的轻质化表面张力贮箱，其特征在于，所述推进剂管理装置(4)包括自下而上依次设置的液嘴骨架(43)、液口(42)、筒收组件(41)以及气嘴骨架(45)，所述液口(42)与所述气嘴骨架(45)之间连接有多条环形的通道组件(44)。4.如权利要求3所述的轻质化表面张力贮箱，其特征在于，所述液嘴骨架(43)与所述液嘴(5)连接，所述气嘴骨架(45)与所述气嘴(6)连接。5.如权利要求3所述的轻质化表面张力贮箱，其特征在于，所述筒收组件(41)包括筒收内筒(411)、筒收侧网(412)以及筒收外筒(413)，所述筒收侧网(412)设置在所述筒收内筒(411)与所述筒收外筒(413)之间，所述筒收内筒(411)与所述筒收侧网(412)通过热熔粘接紧固连接，所述筒收内筒(411)与所述筒收外筒(413)二者通过环向焊接紧固连接，三者配合形成第一组合件。6.如权利要求5所述的轻质化表面张力贮箱，其特征在于，所述筒收内筒(411)与所述筒收外筒(413)二者之间的配合间隙为0.02～0.05mm。7.如权利要求5所述的轻质化表面张力贮箱，其特征在于，所述筒收组件(41)还包括筒收上压板(414)、筒收顶网(415)以及筒收下压板(416)，所述筒收顶网(415)设置在所述筒收上压板(414)与所述筒收下压板(416)之间，所述筒收顶网(415)与所述筒收上压板(414)通过热熔粘接紧固连接，所述筒收上压板(414)与所述筒收下压板(416)二者通过环向焊接紧固连接，三者配合形成第二组合件。8.如权利要求7所述的轻质化表面张力贮箱，其特征在于，所述第二组合件通过焊接紧固连接在所述第一组合件的顶端，且二者的焊缝熔深大于所述筒收外筒(413)的壁厚。9.如权利要求5所述的轻质化表面张力贮箱，其特征在于，所述筒收组件(41)与所述液口(42)通过环向焊接紧固连接，且二者的焊缝熔深大于所述筒收外筒(413)的壁厚。10.如权利要求1所述的轻质化表面张力贮箱，其特征在于，所述通道组件(44)端部的连接结构包括通道压板(441)、通道网片(442)、通道骨架(443)，所述通道网片(442)设置在所述通道压板(441)与所述通道骨架(443)之间，所述通道网片(442)与所述通道压板(441)通过热熔粘接紧固连接，所述通道压板(441)与所述通道骨架(443)通过环向焊接紧固连接，三者配合形成连接结构组合件。

技术总结
本发明提供了一种轻质化表面张力贮箱，包括贮箱壳体、推进剂管理装置、液嘴以及气嘴，液嘴设置在贮箱壳体的底端，气嘴设置在贮箱壳体的顶端，推进剂管理装置设置在贮箱壳体内，且两端分别与液嘴、气嘴连通；贮箱壳体包括铝合金壳体内衬和覆盖其上的碳纤维复合材料缠绕层；推进剂管理装置包括组合件，组合件包括两层紧固连接的铝合金多孔结构件以及两层铝合金多孔结构件之间的不锈钢密纹网片，不锈钢密纹网片与其中一层铝合金多孔结构件通过热熔粘接紧固连接。本发明通过贮箱壳体采用铝合金内衬和碳纤维复合材料缠绕的成型方式，推进剂管理装置中，密纹网片和多孔结构件采用热熔粘接的工艺成型方法，具有轻质化、成本低等优点。成本低等优点。成本低等优点。


技术研发人员：刘志杰 陈志坚 周正潮 路亚庆 施华 齐宝恒 黄博涵
受保护的技术使用者：上海空间推进研究所
技术研发日：2022.11.28
技术公布日：2023/5/16