一种承受大轴压异型壳体及起吊结构的制作方法

本发明涉及一种承受大轴压异型壳体及起吊结构，属于异型舱段承载结构设计技术领域。

背景技术：

为了满足型号轻质化设计要求，航天飞行器大型舱段都需要进行减重轻质化设计，而大型舱段一般在力热环境比较严酷的条件下工作，需要承受不同程度的拉力、压力、弯矩、内外压、振动及冲击等载荷，甚至需要在高温环境下承受不同载荷的作用，对舱段的强刚度设计要求很高。

技术实现要素：

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出了一种承受大轴压异型壳体及起吊结构，根据承载特点，通过优化传力路径，在合适的位置设置合适的筋宽筋高，实现一种相对重量最小的舱段结构设计，满足轻质化减重的设计要求。

本发明的技术方案是：

一种承受大轴压异型壳体及起吊结构，包括：前端框、后端框、起吊孔和壳体蒙皮；

后端框为圆环结构，周向均布有多个后端框连接孔；

前端框和后端框沿轴向设置，前端框和后端框之间通过多个纵向加强筋连接，纵向加强筋的一端与后端框连接孔的位置对应；

前端框为轴对称结构，前端框的边缘设置有多个前端框连接孔；前端框连接孔的两侧分别设置有一根纵向加强筋；

前端框和后端框之间设置有起吊孔，起吊孔和前端框之间通过起吊孔纵向加强筋a固定连接，起吊孔和后端框之间通过起吊孔纵向加强筋b固定连接；起吊孔上还设置有起吊孔横向加强筋用于加强固定；

在前端框和后端框外部设置有壳体蒙皮。

前端框和后端框之间设置有两处起吊孔，两处起吊孔关于前端框的对称轴对称。

优选的，还包括：操作窗口、操作窗口纵向加强筋a和操作窗口纵向加强筋b；

前端框和后端框之间设置有两处操作窗口，两处操作窗口关于前端框的对称轴对称；

操作窗口通过操作窗口纵向加强筋a连接后端框；操作窗口通过操作窗口纵向加强筋b连接前端框。

起吊孔与操作窗口之间通过起吊孔横向加强筋固定连接。

前端框上设置有两处轴对称的拐角结构，两拐角结构外侧设置与后端框连接的纵向加强筋，以避免拐角产生的应力集中问题。

纵向加强筋、操作窗口纵向加强筋a、操作窗口纵向加强筋b、起吊孔横向加强筋、起吊孔纵向加强筋a和起吊孔纵向加强筋b的尺寸满足比例如下，筋高：筋宽＝1.5～2.5。

所有结构均采用先一体化铸造，再机械加工的成型工艺方式。

铸造的材料为铸铝zl114a、zl205a。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

1、本发明根据壳体所承受载荷的特点和载荷大小，考虑前后端框的连接位置，优化前后端框的传力路径，按照规划路径设置加强筋，实现载荷的有效传递。能够提高传力效率，避免多余加强筋，减少多余重量。

2、本发明根据异型壳体的结构形式，结合壳体成型工艺，优化壳体结构，采用设计与成型工艺一体化设计的方式，提高壳体成型可行性，提高生产效率，减少生产周期。

3、本发明壳体加强筋按照承载的最佳宽高比例设计，减少多余重量，实现轻质化设计，相比传统壳体加强筋筋高筋宽比例，承载更优且重量更轻。

4、本发明根据壳体起吊孔的起吊载荷特点，按照承力路径进行局部加强设计，与传统起吊孔全面加强方式相比，可以减少不必要的重量。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明结构侧面示意图。

图中：1为前端框连接孔；2为壳体；3为后端框连接孔；4为后端框；5为前端框；6为纵向加强筋；7为操作窗口；8为壳体蒙皮；9为壳体背风面；10为壳体迎风面；71为操作窗口纵向加强筋a；72为操作窗口纵向加强筋b；42为起吊孔横向加强筋；41为起吊孔；43为起吊孔纵向加强筋a；44为起吊孔纵向加强筋b。

具体实施方式

本发明针对舱体承受载荷的特点，优化壳体传力路径，根据承力大小优化加强筋的位置、筋宽、筋厚，最终实现最小重量承受最大载荷的功能。该结构设计方法适用于所有需承受各种载荷且有轻质化设计要求的异型壳体设计。

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的描述。如图1、2所示，本发明一种承受大轴压异型壳体及起吊结构，包括：前端框5、后端框4、起吊孔41、壳体蒙皮8、操作窗口7、操作窗口纵向加强筋a71和操作窗口纵向加强筋b72。

后端框4为圆环结构(直径不小于1m)，周向均布有多个后端框连接孔3；

前端框5和后端框4沿轴向设置，前端框5和后端框4之间通过多个纵向加强筋6连接，纵向加强筋6的一端与后端框连接孔3的位置对应；

前端框5为轴对称结构，前端框5的边缘设置有多个前端框连接孔1；前端框连接孔1的两侧分别设置有一根纵向加强筋6；

前端框5和后端框4之间设置有起吊孔41，起吊孔41和前端框5之间通过起吊孔纵向加强筋a43固定连接，起吊孔41和后端框4之间通过起吊孔纵向加强筋b44固定连接；起吊孔41上还设置有起吊孔横向加强筋42用于加强固定；

在前端框5和后端框4外部设置有壳体蒙皮8。

前端框5和后端框4之间设置有两处起吊孔41，两处起吊孔41关于前端框5的对称轴对称。

前端框5和后端框4之间设置有两处操作窗口7，两处操作窗口7关于前端框5的对称轴对称；

操作窗口7通过操作窗口纵向加强筋a71连接后端框4；操作窗口7通过操作窗口纵向加强筋b72连接前端框5。

起吊孔41与操作窗口7之间通过起吊孔横向加强筋42固定连接。

前端框5上设置有两处轴对称的拐角结构，两拐角结构外侧设置与后端框4连接的纵向加强筋，以避免拐角产生的应力集中问题。

纵向加强筋6、操作窗口纵向加强筋a71、操作窗口纵向加强筋b72、起吊孔横向加强筋42、起吊孔纵向加强筋a43和起吊孔纵向加强筋b44的尺寸满足比例如下，

筋高：筋宽＝1.5～2.5。

所有结构均采用先一体化铸造，再机械加工的成型工艺方式。铸造的材料为铸铝zl114a、zl205a。

实施例

1.结构设计

壳体2为变曲率异型结构，壳体设计采用蒙皮骨架一体化结构，壳体前端框为半圆 长方形的形状结构，后端框为近似圆形结构，前端框大面积厚10mm，设有6处连接孔，后端框厚10mm，设有12处连接孔，前端框与后端框中间设有12条贯通纵筋；壳体对称两侧设有起吊孔41，起吊孔41两侧设置2条纵向加强筋和2条横向加强筋；2条纵向加强筋连接前、后端框，2条横向加强筋连接操作窗口7。

壳体背风面9两侧设有两处操作窗口7，便于通过操作窗口7对舱内设备进行操作，操作窗口7通过两条短纵筋与前端框、后端框形成连接；壳体其余部分为壳体蒙皮，厚2.5mm。

2.纵向加强筋设计

此结构型式的壳体一般用于前后两个形状不规则壳体的过渡连接，并起到前后壳体有效载荷的传递作用。此类壳体一般受轴向力和弯矩的作用，因此壳体纵向加强筋必须能够有效的将壳体前后端框的轴向力传递，如图1所示，壳体迎风面10为异型结构，受力不均匀，通过在前端框连接孔两侧分别设置两条贯通的纵向加强筋6连接到后端框连接孔附近，实现前端框一个连接孔与后端框两个连接孔的力的传递；后端框周向均布有多个连接孔，壳体背风面9为规则结构，壳体后端框连接孔3分别设有加强纵筋连接到前端框上，后端框每个连接孔处均设置有加强纵筋与前端框连接，以实现前后端框的力的传递。同时考虑壳体拐角的特殊性，拐角处容易造成应力集中，在前端框底部的两个拐角外侧设置纵向加强筋，以避免拐角应力集中。

考虑纵向加强筋一般传递轴向载荷，加强筋的肩高肩宽大小根据载荷大小确定，一般按照筋高：筋宽＝1.5～2.5为最佳比例，加强筋的效率最高，最节省重量。

3.起吊孔加强设计

起吊孔一般需要承受纵向载荷和横向载荷，且纵向载荷较大，通过在起吊孔两侧设置纵向加强筋将起吊载荷传递到前后端框上；同时考虑起吊孔横向载荷的作用，为优化设计减少重量，仅在起吊孔横向起吊方向增加两处横向加强筋，起到起吊孔横向加强的作用。

4.成型工艺

采用设计与成型工艺一体化设计的方式，根据壳体结构形式，可以选择铸造 机加的成型工艺。由于壳体敞开性好，壳体整体采用铸造成型，同时留有加工余量，再通过内外机加的方式，可以将内外表面多余重量去除，实现轻质化设计要求。

铸造成型 机加工艺，周期短、工艺成熟、成品率高，减重效果好，尤其对批量生产的壳体，采用铸造方式可以缩短周期、降低成本。

5.材料选择

针对壳体的使用环境及载荷条件，使用温度不超过200℃的壳体一般采用铸铝材料，铸铝材料工艺成熟、铸造缺陷少、成本较低且加工性能好，常用的铸铝有zl114a、zl205a。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域专业技术人员的公知技术。