共底表面张力贮箱的制作方法

1.本发明涉及贮箱结构领域，具体地，涉及共底表面张力贮箱。


背景技术：

2.空间推进系统需要各种压力容器以贮存液体和气体，压力容器是航天运载器的重要部件，贮箱作为推进剂的管理组件，贮箱的设计方案与系统有着很高的相关度。随着载人航天事业的发展，对贮箱的轻质化、高排放效率提出了更高的要求，同时对贮箱的质心高度提出了要求，以期通过降低贮箱的质心高度来降低飞行器的质心高度。
3.共底贮箱使用共底结构将贮箱分隔为上箱和下箱，节省了一个贮箱箱底的重量，同时共底后可以利用上下箱之间的压差来抵消各自的内压载荷，进一步降低了共底的重量。共底贮箱充分利用了箱间段内的空间，节省了箱间段重量，同时缩短了火箭的高度，有利于火箭减重和姿态控制。
4.目前的共底贮箱主要应用于运载领域，其工作压力较低，一般为0.5mpa-0.8mpa，贮箱壳体采用全金属材料；贮箱在飞行过程中推进剂全程沉底，贮箱无需对推进剂进行专门管理；而且中间底一般需要装配于贮箱柱段，要求贮箱壳体为柱形结构。空间飞行器姿控动力系统贮箱工作压力一般为2.0mpa，常规的全金属壳体不利于贮箱的轻质化设计；空间飞行器姿控动力系统贮箱的工作环境为微重力，因此需要对推进剂进行微重力下的管理；空间飞行器姿控动力系统对贮箱与系统的一体化设计有着特殊的要求，空间包络尺寸很难完全保证贮箱为柱形结构，因此常规的共底贮箱不能广泛的应用于空间飞行器姿控动力系统。


技术实现要素：

5.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种共底表面张力贮箱。
6.根据本发明提供的一种共底表面张力贮箱，包括：贮箱壳体、中间底、氧箱管理装置、燃箱管理装置以及复合材料缠绕层；
7.所述贮箱壳体内连接所述中间底，所述中间底内弧侧和所述贮箱壳体之间设置为燃箱，所述燃箱底部设置所述燃箱管理装置，所述中间底外弧侧与所述贮箱壳体之间设置为氧箱，所述氧箱底部设置所述氧箱管理装置；
8.所述贮箱壳体外表面缠绕所述复合材料缠绕层。
9.优选地，所述贮箱壳体设置为薄壁椭球形壳体，所述中间底设置为薄壁球形壳体。
10.优选地，所述贮箱壳体的短轴与长轴比为0.65，所述贮箱壳体的厚度δ1与长轴d1的比值小于0.0006，所述中间底的厚度δ2与直径d2的比值小于0.0005。
11.优选地，所述贮箱壳体和所述中间底的材料采用5a06铝合金、5b70铝合金、2219铝合金或2195铝合金。
12.优选地，所述氧箱管理装置固定安装在所述贮箱壳体上，所述氧箱管理装置和所述贮箱壳体之间通过o形橡胶圈密封。
13.优选地，所述燃箱管理装置固定安装在所述贮箱壳体上，所述燃箱管理装置设置为整环结构，所述燃箱管理装置连接所述贮箱壳体的波纹管。
14.优选地，所述中间底内弧侧通过卡箍固定安装氧箱测压管，所述氧箱测压管一端连接所述贮箱壳体的一个测压口。
15.优选地，所述中间底外弧侧对应的所述贮箱壳体的一侧内侧壁通过卡箍固定安装燃箱测压管，所述燃箱测压管一端连接所述贮箱壳体的一个测压口。
16.优选地，所述复合材料缠绕层为syt55s碳纤维缠绕层。
17.与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
18.1、本发明实现了有限轴向尺寸内的共底结构设计和异型管理装置设计，并通过复合材料缠绕实现了贮箱的轻质化，原先的壁厚与长轴的比0.003，增加缠绕层后，壁厚与长轴的比0.0006，壁厚降低至原有20％，对共底表面张力贮箱的应用具有重要意义；
19.2、本发明贮箱为椭球形结构，直径达到2510mm，最大程度使用了飞行器的径向尺寸，有效降低了贮箱的轴向尺寸，降低了飞行器的质心；
20.3、本发明通过管理装置实现了对推进剂在微重力环境下的管理；
21.4、发明通过贮箱中间底与椭球壳体采用焊接连接，突破了中间底仅能与柱段进行连接的技术限制，扩大了共底贮箱的使用范围。
附图说明
22.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：
23.图1为共底表面张力贮箱整体结构示意图；
24.图2为贮箱壳体截面局部放大图；
25.图3为中间底截面局部放大图；
26.图中所示：
27.具体实施方式
28.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。
29.实施例1
30.如图1所示，本实施例包括：贮箱壳体1、中间底2、氧箱管理装置3、燃箱管理装置4以及复合材料缠绕层7；贮箱壳体1内连接中间底2，中间底2内弧侧和贮箱壳体1之间设置为燃箱，燃箱底部设置燃箱管理装置4，中间底2外弧侧与贮箱壳体1之间设置为氧箱，氧箱底
部设置氧箱管理装置3，贮箱壳体1外表面缠绕复合材料缠绕层7。
31.如图2和图3所示，贮箱壳体1设置为薄壁椭球形壳体，中间底2设置为薄壁球形壳体。贮箱壳体1的短轴与长轴比为0.65，贮箱壳体1的厚度δ1与长轴d1的比值小于0.0006，中间底2的厚度δ2与直径d2的比值小于0.0005。贮箱壳体1和中间底2的材料采用5a06铝合金、5b70铝合金、2219铝合金或2195铝合金。复合材料缠绕层7为syt55s碳纤维缠绕层。
32.氧箱管理装置3固定安装在贮箱壳体1上，氧箱管理装置3和贮箱壳体1之间通过o形橡胶圈密封。燃箱管理装置4固定安装在贮箱壳体1上，燃箱管理装置4设置为整环结构，燃箱管理装置4连接贮箱壳体1的波纹管。中间底2内弧侧通过卡箍固定安装氧箱测压管5，氧箱测压管5一端连接贮箱壳体1的一个测压口。中间底2外弧侧对应的贮箱壳体1的一侧内侧壁通过卡箍固定安装燃箱测压管6，燃箱测压管6一端连接贮箱壳体1的一个测压口。
33.实施例2
34.实施例2作为实施例1的优选例。
35.如图1所示，本实施例包括：贮箱壳体1、中间底2、氧箱管理装置3、燃箱管理装置4、氧箱测压管5、燃箱测压管6以及复合材料缠绕层7。
36.其中，中间底2设置于贮箱壳体1的内部，与贮箱壳体1的椭球壳体内侧位置进行焊接；氧箱管理装置3设置在氧箱最底端，燃箱管理装置4设置在燃箱最底端；氧箱测压管5、燃箱测压管6分别设置于中间底2、贮箱壳体1的壁面上。复合材料缠绕层7缠绕于贮箱壳体1外表面。
37.如图2和图3所示，贮箱壳体1为薄壁椭球形焊接结构，贮箱壳体1长轴为2510mm，短轴与长轴比为0.65，柱段高度为40mm，贮箱壳体的厚度δ1与长轴d1的比值小于0.0006，制备贮箱壳体1的材料为5a06、5b70、2219、2195中的一种。中间底2为薄壁球形结构，中间底2内径为2400mm，中间底2的厚度δ2与直径d2的比值小于0.0005，制备中间底2的材料为5a06、5b70、2219、2195中的一种，中间底2与贮箱壳体1通过搅拌摩擦焊或氩弧焊进行连接。
38.氧箱管理装置3的排放流量为5-10l/s，氧箱管理装置3与贮箱壳体1通过24个轴向螺栓进行连接，氧箱管理装置3与贮箱壳体1通过2道o形橡胶圈进行密封，保证氧箱的推进剂仅通过氧箱管理装置3输送至下游管路。燃箱管理装置4的排放流量为5-10l/s，燃箱管理装置4与贮箱壳体1通过24个轴向螺栓进行连接，燃箱管理装置4为整环结构，直径为2200mm，燃箱管理装置4通过贮箱内部的波纹管将推进剂输送至下游管路。
39.氧箱测压管5、燃箱测压管6与贮箱壳体1的测压口通过螺栓进行连接，氧箱测压管5、燃箱测压管6通过卡箍分别固定于中间底2和贮箱壳体1之上。复合材料缠绕层7为syt55s碳纤维缠绕层。
40.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。
41.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：
1.一种共底表面张力贮箱，其特征在于，包括：贮箱壳体(1)、中间底(2)、氧箱管理装置(3)、燃箱管理装置(4)以及复合材料缠绕层(7)；所述贮箱壳体(1)内连接所述中间底(2)，所述中间底(2)内弧侧和所述贮箱壳体(1)之间设置为燃箱管理装置(4)，所述燃箱管理装置(4)处设置燃箱，所述中间底(2)外弧侧与所述贮箱壳体(1)之间设置为氧箱管理装置(3)箱，所述氧箱管理装置(3)处设置氧箱，所述贮箱壳体(1)外表面缠绕所述复合材料缠绕层(7)。2.根据权利要求1所述共底表面张力贮箱，其特征在于：所述贮箱壳体(1)设置为薄壁椭球形壳体，所述中间底(2)设置为薄壁球形壳体。3.根据权利要求2所述共底表面张力贮箱，其特征在于：所述贮箱壳体(1)的短轴与长轴比为0.65，所述贮箱壳体(1)的厚度δ1与长轴d1的比值小于0.0006，所述中间底(2)的厚度δ2与直径d2的比值小于0.0005。4.根据权利要求2所述共底表面张力贮箱，其特征在于：所述贮箱壳体(1)和所述中间底(2)的材料采用5a06铝合金、5b70铝合金、2219铝合金或2195铝合金。5.根据权利要求1所述共底表面张力贮箱，其特征在于：所述氧箱管理装置(3)固定安装在所述贮箱壳体(1)上，所述氧箱管理装置(3)和所述贮箱壳体(1)之间通过o形橡胶圈密封。6.根据权利要求1所述共底表面张力贮箱，其特征在于：所述燃箱管理装置(4)固定安装在所述贮箱壳体(1)上，所述燃箱管理装置(4)设置为整环结构，所述燃箱管理装置(4)连接所述贮箱壳体(1)的波纹管。7.根据权利要求1所述共底表面张力贮箱，其特征在于：所述中间底(2)内弧侧通过卡箍固定安装氧箱测压管(5)，所述氧箱测压管(5)一端连接所述贮箱壳体(1)的一个测压口。8.根据权利要求1所述共底表面张力贮箱，其特征在于：所述中间底(2)外弧侧对应的所述贮箱壳体(1)的一侧内侧壁通过卡箍固定安装燃箱测压管(6)，所述燃箱测压管(6)一端连接所述贮箱壳体(1)的一个测压口。9.根据权利要求1所述共底表面张力贮箱，其特征在于：所述复合材料缠绕层(7)为syt55s碳纤维缠绕层。

技术总结
本发明提供了一种共底表面张力贮箱，包括：贮箱壳体、中间底、氧箱管理装置、燃箱管理装置以及复合材料缠绕层；所述贮箱壳体内连接所述中间底，所述中间底内弧侧和所述贮箱壳体之间设置为燃箱，所述燃箱底部设置所述燃箱管理装置，所述中间底外弧侧与所述贮箱壳体之间设置为氧箱，所述氧箱底部设置所述氧箱管理装置；所述贮箱壳体外表面缠绕所述复合材料缠绕层。本发明实现了有限轴向尺寸内的共底结构设计和异型管理装置设计，并通过复合材料缠绕实现了贮箱的轻质化，对共底表面张力贮箱的应用具有重要意义。具有重要意义。具有重要意义。


技术研发人员：葛宁 刘志杰 乔艳伟 邱卫东 王维 杨丰 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：2022.12.29
技术公布日：2023/4/20