[发明专利]贮箱过渡环及推进剂贮箱

说明书

本发明涉及液体火箭贮箱领域，具体提供了一种贮箱过渡环及推进剂贮箱。贮箱过渡环用于箱底和筒段的对接，所述过渡环为环状结构，其包括一体式连接的直段部和曲段部，所述曲段部一端与箱底连接，另一端与所述直段部的内壁连接，所述曲段部的内壁上设有朝向所述过渡环内侧延伸的内横梁，在曲段部上具有环向应力从拉伸应力到压缩应力转变的转折点，内横梁位于靠近转折点的位置处。本发明的贮箱过渡环结构可靠性高、变形协调能力高，功能集成度高，后期装配对接简易，且结构适应范围广，实用性强。

技术领域

本发明涉及液体火箭贮箱领域，具体涉及一种贮箱过渡环及推进剂贮箱。

背景技术

运载火箭贮箱结构中的稳定性设计是贮箱工程设计中需考虑的一个重要问题。对于薄壳结构，当膜应力为压应力并达到一定量级时，就有可能产生结构整体或局部的屈曲，而贮箱作为典型薄壳结构，其箱底的外压失稳及筒段的轴压失稳问题已经受到工程设计人员的广泛重视，国内外火箭均采取了相应的抗失稳措施，但是对箱底的内压失稳问题却研究较少。然而，对于某些底形如大模数的椭球箱底，贮箱筒段与箱底的过渡区在内压作用下的局部环向应力表现为压应力，极有可能导致过渡区发生皱折而造成局部失稳，在径厚较大的薄壁贮箱结构上表现尤为突出。

贮箱过渡环是箱底和筒段的连接结构，该处一般采用焊接，是结构的薄弱点，同时该处由半径为R的过渡部分和直边部分(曲率半径为∞)组成，存在着曲率半径从R到∞的突变，因此该处相邻各点的应力变化梯度较大，除了内压引起的薄膜应力，还有结构不连续所带来的边缘应力。再有考虑到贮箱加注低温推进剂，温度和内压的联合作用将加剧过渡区域的局部弯矩，因此该处受力环境恶劣，是结构的危险点，易出现结构失稳破坏。

如图1所示，对于大模数的椭球箱底和筒段结构协调变形中，图中a和a₁分别为箱底和筒段变形前形状，b和b₁分别为箱底和筒段自由变形后的形状，c和c₁分别为箱底和筒段相互约束下协调变形后的形状。由图1中c和c₁形状可知，箱底限制了筒段端部直径的增大，带来了环向压缩应力，箱底同时还限制了筒段端部横截面的转动，带来了轴向弯曲应力。因此，传统过渡环将过渡区设计的非常厚，如传统的叉型环，虽然抵抗了部分弯矩造成的应力，但是无法提供结构变形协调所需要的环向刚度，导致结构在耦合载荷(温度、弯矩、轴压、集中力)作用下，在椭球赤道附近发生环向褶皱，端面出现波状的塑性变形，导致结构失效。

发明内容

为解决传统贮箱过渡环无法提供抵抗环向压缩应力的环向刚度，从而容易导致结构失稳变形技术问题，本发明提供了一种有效增强环刚度，从而提高贮箱稳定性的贮箱过渡环。

同时，为解决传统贮箱环向刚度较差，容易在耦合载荷作用下产生环向褶皱的技术问题，本发明提供了一种结构稳定性好，满足不同载荷环境的推进剂贮箱。

第一方面，本发明提供了一种贮箱过渡环，

用于箱底和筒段的对接，所述过渡环为环状结构，其包括一体式连接的直段部和曲段部，所述曲段部一端与箱底连接，另一端与所述直段部的内壁相切连接，所述曲段部的内壁上设有朝向所述过渡环内侧延伸的内横梁，在所述曲段部上具有环向应力从拉伸应力到压缩应力转变的转折点，所述内横梁位于靠近所述转折点的位置处。

所述内横梁在贮箱轴向方向上位于距离所述转折点-120mm～120mm的位置。

所述内横梁在贮箱轴向方向上位于所述转折点的位置处。

所述内横梁在贮箱径向方向上的宽度为20～25mm。

所述内横梁与所述曲段部的内壁一体式连接。

所述直段部包括与所述曲段部的所述另一端相切连接的第二直段，和一端与所述第二直段一体式连接、另一端用于与筒段焊接的第三直段，所述第三直段的外径不大于所述第二直段的外径。