一种低温贮箱的承力式绝热支撑结构的制作方法

1.本发明属于重复使用天地往返技术领域，尤其涉及一种低温贮箱的承力式绝热支撑结构。


背景技术：

2.天地往返重复使用运载器一般采用内外双层结构，内层结构为贮箱、外层为飞行器结构。与传统火箭贮箱主要承受轴向载荷不同，天地往返重复使用运载器贮箱不仅要承受轴向载荷，还要经历飞行过程中的法向过载，这对贮箱特别是贮箱连接部位的法向承载能力提出了较高的要求。目前贮箱连接多采用法兰或拉杆方式连接，需要在贮箱上设置连接法兰或连接耳片等结构，使贮箱连接部位结构复杂且增加重量。
3.新一代火箭发动机多采用液氢、液氧、甲烷等低温推进剂，为保证贮箱内的低温推进剂在允许的使用温度范围内，对贮箱及其连接部位也提出较高的绝热要求。传统贮箱上多采用发泡材料进行绝热，虽然绝热效果较好，但没有承载能力。


技术实现要素：

4.本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种低温贮箱的承力式绝热支撑结构，能承受较大的法向载荷，同时具备较好的绝热能力，制造方案简单可靠、通用性强，十分适用于采用低温动力的需要法向支撑的贮箱连接形式。
5.本发明目的通过以下技术方案予以实现：一种低温贮箱的承力式绝热支撑结构，包括：防护层、绝热承载层和缓冲层；其中，所述防护层与所述绝热承载层相连接；所述绝热承载层与所述缓冲层相连接；所述缓冲层与低温贮箱的一端相连接。
6.上述低温贮箱的承力式绝热支撑结构中，所述防护层为玻璃纤维布，厚度h1＝0.2mm，所述防护层通过低温硅橡胶涂覆在所述绝热承载层。
7.上述低温贮箱的承力式绝热支撑结构中，所述防护层的外表面设置有防水涂层及高反射率涂层。
8.上述低温贮箱的承力式绝热支撑结构中，所述绝热承载层包括蜂窝夹芯、t300复合材料面板和聚氨酯泡沫塑料；其中，所述蜂窝夹芯的外表面设置有t300复合材料面板；所述聚氨酯泡沫塑料(充于所述蜂窝夹芯的内部；所述蜂窝夹芯为由多个蜂窝连接，其中，每个蜂窝的横截面为等边六角形。
9.上述低温贮箱的承力式绝热支撑结构中，所述承力式绝热支撑结构的厚度通过如下公式得到：
[0010][0011]
其中，h为承力式绝热支撑结构厚度，t1为承力式绝热支撑结构的外层温度，t2为承力式绝热支撑结构的内层温度，s为蜂窝的边长，t为蜂窝的壁厚，d为贮箱直径，l为绝热
层宽度，c为常数。
[0012]
上述低温贮箱的承力式绝热支撑结构中，所述蜂窝夹芯的等效密度通过如下公式得到：
[0013][0014]
其中，ρc为蜂窝夹芯的等效密度，ρs为蜂窝夹芯的密度，s为蜂窝边长，t为蜂窝壁厚。
[0015]
上述低温贮箱的承力式绝热支撑结构中，所述蜂窝夹芯的抗压强度通过如下公式得到：
[0016][0017]
其中，σc为蜂窝夹芯的抗压强度，σs为蜂窝夹芯的压缩强度，es为蜂窝夹芯的压缩弹性模量，s为蜂窝边长，t为蜂窝壁厚，k为常数。
[0018]
上述低温贮箱的承力式绝热支撑结构中，所述缓冲层的厚度为2-3mm。
[0019]
上述低温贮箱的承力式绝热支撑结构中，蜂窝边长为5-10mm。
[0020]
上述低温贮箱的承力式绝热支撑结构中，蜂窝壁厚为0.1-0.3mm。
[0021]
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
[0022]
(1)本发明提出低温贮箱绝热支撑结构通过支撑方式对贮箱进行连接；
[0023]
(2)本发明提出的低温贮箱绝热支撑结构，既能有效绝热，又可以承受较大的法向载荷。
附图说明
[0024]
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
[0025]
图1是本发明实施例提供的绝热支撑结构与贮箱的连接示意图；
[0026]
图2是本发明实施例提供的绝热支撑结构的剖面图；
[0027]
图3是本发明实施例提供的绝热承载层的示意图。
具体实施方式
[0028]
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
[0029]
图1是本发明实施例提供的绝热支撑结构与贮箱的连接示意图；图2是本发明实施例提供的绝热支撑结构的剖面图。如图1和图2所示，该低温贮箱的承力式绝热支撑结构包括：防护层1、绝热承载层2和缓冲层3；其中，所述防护层1与所述绝热承载层2相连接；所述绝热承载层2与所述缓冲层3相连接。低温贮箱一端设置短壳与外层结构通过螺栓连接，另
一端通过设置支撑结构与外层结构连接。
[0030]
绝热支撑结构最外层为防护层1，防护层为1层玻璃纤维布，厚度h1＝0.2mm，通过低温硅橡胶涂覆在绝热承载层2上，在最外层刷防水涂层及高反射率涂层，提高支撑结构的防水性能及热反射率。
[0031]
如图3所示，绝热承载层2包括蜂窝夹芯、t300复合材料面板4和聚氨酯泡沫塑料5；其中，所述蜂窝夹芯的外表面设置有t300复合材料面板4；所述聚氨酯泡沫塑料5填充于所述蜂窝夹芯的内部；所述蜂窝夹芯为由多个蜂窝连接，其中，每个蜂窝的横截面为等边六角形。
[0032]
中间层为绝热承载层2，主结构为蜂窝夹芯结构，蜂窝材料为酚醛玻璃钢，结构为等边六角形，蜂窝结构等效密度为ρc，蜂窝边长为s，蜂窝壁厚t；在蜂窝最外层为t300复合材料面板4结构，面板厚度1.5mm，与蜂窝结构通过低温胶粘接，蜂窝与面板主要起承载作用。在蜂窝结构中填充低热导率的聚氨酯泡沫塑料5，提高整个结构的隔热性能。
[0033]
绝热支撑结构厚度可用下列公式计算
[0034][0035]
其中，h为绝热支撑结构厚度，t1绝热支撑结构外层温度，t2绝热支撑结构内层温度，s为蜂窝边长一般取5-10mm，t为蜂窝壁厚一般取0.1-0.3mm，d为贮箱直径，l为绝热层宽度，c为常数，液氧贮箱取66.5。
[0036]
通过绝热支撑结构厚度的公式使得进一步的能承受较大的法向载荷和具备较好的绝热能力。
[0037]
蜂窝结构的等效密度可用下列公式计算
[0038][0039]
其中，ρc为蜂窝结构的等效密度，ρs为蜂窝材料的密度，s为蜂窝边长一般取5-10mm，t为蜂窝壁厚一般取0.1-0.3mm。
[0040]
通过蜂窝结构的等效密度的公式使得进一步的能承受较大的法向载荷和具备较好的绝热能力。
[0041]
蜂窝结构的抗压强度可用下列公式计算
[0042][0043]
其中，σc为蜂窝结构的抗压强度，σs为蜂窝材料的压缩强度，es为蜂窝材料的压缩弹性模量，s为蜂窝边长一般取5-10mm，t为蜂窝壁厚一般取0.1-0.3mm，k为常数，酚醛玻璃钢取31.6。
[0044]
通过蜂窝结构的抗压强度的公式使得进一步的能承受较大的法向载荷和具备较好的绝热能力。
[0045]
缓冲层主3要起连接、防护作用，一般采用低温硅橡胶涂覆在贮箱需要做绝热支撑的部位，厚度h2＝2-3mm，起连接贮箱和绝热承载层2的作用，同时起变形协调作用，避免贮箱低温变形与蜂窝变形不一致导致结构破坏。
[0046]
缓冲层主要起连接、防护作用，一般采用低温硅橡胶涂覆在贮箱需要做绝热支撑的部位；绝热承载层是整个结构的核心起绝热和承载作用，本发明中绝热承载层骨架为蜂窝结构，主要起承载作用；在蜂窝结构中填充低热导率的聚氨酯泡沫塑料，主要起绝热作用；最外层为防护层，主要有低温胶、玻璃布组成。
[0047]
本发明中提出的绝热式支撑结构能承受较大的法向载荷，同时具备较好的绝热能力，制造方案简单可靠、通用性强，十分适用于采用低温动力的需要法向支撑的贮箱连接形式。
[0048]
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。