[发明专利]一种大直径无内衬复合材料贮箱连接结构

说明书

本发明公开了一种大直径无内衬复合材料贮箱连接结构，属于航天器技术领域。本发明包括内法兰部分和外法兰部分，内法兰部分设有内法兰筒体，内法兰筒体底面向外侧斜下方延伸形成内环形法兰，内法兰筒体外侧设有内法兰外螺纹，内法兰外侧设有外法兰筒体与内法兰筒体配合设置，外法兰筒体顶侧设有密封槽，外法兰筒体顶面向外延形成外环形法兰，外环形法兰上设有通孔。本发明中铝合金法兰连接结构的成型工艺要求简便，应用本发明的贮箱缠绕成型后，结构安全，密封良好，较同种规格的金属贮箱减重效果明显。

技术领域

本发明属于航天器技术领域，具体涉及一种大直径无内衬复合材料贮箱连接结构。

背景技术

当今世界，各航天大国的运载火箭正朝着高可靠、低成本、大直径的方向发展。目前，对于世界上所有国家的航空航天工业来说，提升火箭的运载效率，以及降低火箭发射成本的最主要方式，就是火箭结构的轻质化。相关研究表明，推进贮箱占到整个运载火箭重量的60％左右。因此，使用复合材料代替传统的金属材料进行贮箱制造，是最为直接、有效的减重方式。复合材料贮箱根据结构形式主要分为有金属内衬和无金属内衬两种结构。其中，扮演过渡作用的有金属内衬结构的复合材料贮箱，它的法兰连接结构是与金属内衬一体成型的，结构形式较为简单，便于制造使用。但为了进一步提升贮箱的结构性能以及减重，使用无内衬结构的复合材料贮箱是运载火箭的最终选择，其中的法兰连接结构显得尤为关键重要。对于无内衬结构的复合材料贮箱，最早的相关报道是NASA与洛马公司在2001年8月宣布制造出了直径1.2m的无内衬复合材料贮箱，较同种规格的金属贮箱减重18％。虽然之后NASA又公布了直径分别为2.4m和5.5m的复合材料贮箱的制造计划，但均未公布贮箱的详细结构以及参数。而我国航天工业对复合材料的研究始于20世纪70年代，起步较晚，并且由于贮箱涉及军工，能得到的参考资料非常有限，直到2002年才研制出了带有金属内衬的复合材料贮箱，而对于无内衬的复合材料贮箱则始终处在研制阶段。其中，法兰连接结构的设计就是贮箱研究制造过程中的困难之一，既要保证连接结构的可实现性，又要满足贮箱结构的安全性要求，并且由于无内衬结构，一些传统的法兰连接结构形式无法使用。

发明内容

针对上述不足，本发明提供一种大直径无内衬复合材料贮箱连接结构，该连接结构可有效应用在无内衬复合材料贮箱中，满足了贮箱结构的安全性和贮箱的密闭性。

本发明解决问题的连接结构包括内法兰部分和外法兰部分。其中，内法兰部分：实心圆柱体与上底面面积与实心圆柱体底面积相同的实心圆台一体成型形成内法兰实心体，实心圆柱体设于实心圆台上方，实心圆柱体侧面表面设有螺纹，该螺纹为内法兰外螺纹，实心圆柱体与实心圆台的交接处进行曲度处理，形成弧形面a，使实心圆柱体与实心圆台之间没有明显的过渡，内法兰实心体中心位置去除部分材料后形成中空空间，中空空间的形状与内法兰实心体形状相近，同为上部分为圆柱状下部分为圆台状结构，中空空间的圆柱体直径小于内法兰实心体的直径、中空空间的圆柱体高高于内法兰实心体的高、中空空间圆台底面直径与内法兰实心体圆台底面相同，中空空间的高与内法兰实心体高相同。内法兰实心体去掉中空空间位置的材料所得到的结构为内法兰，内法兰竖直方向的部分为内法兰筒体，内法兰向斜下方延伸的部分为内环形法兰，内环形法兰的底端边缘曲度处理形成弧形面b。外法兰部分：外法兰主体为内径与内法兰筒体外径相同的外法兰筒体，外法兰筒体高度高于内法兰筒体，外法兰筒体内侧设有外法兰内螺纹，该螺纹与内法兰筒体外侧的内法兰外螺纹相匹配，外法兰筒体顶侧距离顶面中心相同的位置设置凹槽形成密封槽用来放置密封圈，外法兰顶面向径向外延形成外环形法兰，外环形法兰上距顶面圆心相同的位置设有数个相同的通孔，外法兰筒体底侧为拱形，底侧外边缘曲度处理形成弧形面c。

进一步的，内法兰和外法兰的材质均为铝合金材质。

进一步的，内法兰筒体内壁设置1°～2°的拔模角。