用于航天器的框架结构与板式结构之间的过渡结构的制作方法

1.本发明涉及航天器技术领域，尤其涉及一种用于航天器的框架结构与板式结构之间的过渡结构。


背景技术：

2.航天器平台的主结构可以分为框架式(桁架式)结构形式、箱板式结构形式、板筒式结构形式等。不同的主结构形式尽管其承力、传力模式稍有差别，但作为结构的主要功能—有利于设备或有效载荷的安装、便宜总装过程的操作是结构设计时确定其主结构形式的重要因素。若总体要求结构在总装阶段无需分拆和复装，则主结构可以考虑选择箱板式或板筒式结构形式，箱板式或板筒式结构的主要特点是通过板板、板筒之间相互搭接、堆垒从而形成的主结构，其主要优点是设备安装简单直观、结构承载效率高，但结构分拆后复装精度低，无法精确控制。若总体要求结构在安装或拆卸设备时，为了提高操作效率和便宜性，则主结构可以考虑选择框架式结构形式。框架式结构的主要特点是采用框架杆与接头进行连接，形成框架式的维型结构。根据承载和设备安装需求，框架式外侧辅以蜂窝夹层结构板，进一步提升框架式结构的承载效率。其主要优点是结构维型性好、可以实现分舱设计、单舱均可以进行多次分拆和复装。复装后可以保证结构的高精度装配，但其质量相对较大、结构承载效率相对较低。
3.但是，随着目前航天器对结构轻量化和承载效率的要求越来越高，采用传统的单一的主结构形式业已无法满足高的轻量化和承载的要求。同时，为了满足航天器的总装效率、降低总装周期的要求，某些航天器结构要求被设计为总装阶段可按功能分舱、单舱可拆卸和高精度复装的形式。目前技术情况下，这种可实现分舱、单舱可拆卸和复装的结构一般情况下均选择框架式结构形式。但是，这种框架式结构由于质量相对较大，不满足结构轻量化及高承载效率的要求。因此，根据目前传统单一的主结构形式所带来的问题，主结构的单舱分别采用框架式或板式结构的组合形式是解决目前结构轻量化、高承载效率、可拆卸与高精度复装问题的主要技术途径。
4.根据现有的技术水平，若采用框架式结构制备主结构下部的推进舱结构，采用板式结构制备主结构上部的载荷舱或平台舱结构，这种组合结构形式所带来的问题也较为明显：(1)框架式与板式结构(两舱)之间的过渡接头结构形式设计较为困难，极易造成框架或板结构局部应力过大，结构承载不足等风险；(2)板式结构(载荷舱或平台舱)在复装后的精度无法精确控制，极易造成一些舱外设备等无法高精度安装；(3)由于主结构实现了分舱设计，力学载荷大部分均通过接头结构进行传递，局部载荷过大，需要对框架或板式结构的加强或补强，从而一定程度上增加了结构的质量。
5.在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种用于航天器的框架结构与板式结构之间的过渡结构，能够实现框架与板结构之间的可靠过渡式结合，避免局部的应力过大，进一步提高框架与板之间接头结构的承载能力；能够实现板式结构(或单舱)在总装阶段拆卸复装后的精度精确控制，保证复装结构板的高精度；通过舱间搭接过渡结构，降低框架式加板式组合结构舱间多读接头结构的应力水平。
7.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
8.本发明的一种用于航天器的框架结构与板式结构之间的过渡结构包括：
9.至少一个四向限位式过渡接头结构，其固定于航天器的框架结构上，所述框架结构包括多个水平管结构和多个立管结构，四向限位式过渡接头结构包括，
10.第一本体，其具有水平的顶壁，
11.第一盲孔，其设于所述第一本体且沿水平方向延伸，所述第一盲孔可拆卸连接水平管结构，
12.第二盲孔，其设于所述第一本体且沿水平方向延伸，所述第二盲孔垂直于第一盲孔，所述第二盲孔可拆卸连接水平管结构，
13.第三盲孔，其设于所述第一本体且沿垂直方向延伸，所述第三盲孔垂直于所述第一盲孔和第二盲孔，所述第三盲孔可拆卸连接立管结构，
14.锥台，其设于所述顶壁，所述锥台具有第一锥度和第一高度；
15.至少一个三向嵌入式过渡接头结构，其固定于航天器的板式结构上，所述板式结构包括多个侧板结构，三向嵌入式过渡接头结构包括，
16.第二本体，其为三角形结构，三角形结构包括，
17.底壁，其具有水平的底表面，
18.第一侧壁，其自所述底壁垂直向上延伸，
19.第二侧壁，其自所述底壁垂直向上延伸且垂直所述第一侧壁，所述第二侧壁、第一侧壁和底壁构成三角结构，
20.锥孔，其设于所述底表面，所述锥孔具有第二锥度和第二高度，所述锥孔可拆卸连接所述锥台，
21.多个连接件，其设于所述第一侧壁和第二侧壁以可拆卸连接相应的侧板结构。
22.所述的一种用于航天器的框架结构与板式结构之间的过渡结构中，所述板式结构包括平台舱板式结构和载荷舱板式结构，平台舱板式结构和载荷舱板式结构均包括多个侧板结构，所述侧板结构为蜂窝夹层结构的侧板。
23.所述的一种用于航天器的框架结构与板式结构之间的过渡结构中，还包括用于连接平台舱板式结构和载荷舱板式结构的搭接片过渡结构，搭接片过渡结构为水平板，其上开设多个连接孔。
24.所述的一种用于航天器的框架结构与板式结构之间的过渡结构中，所述第二盲孔间隙配合水平管结构，所述第三盲孔间隙配合立管结构。
25.所述的一种用于航天器的框架结构与板式结构之间的过渡结构中，所述第二盲孔与水平管结构之间涂敷胶层，所述第三盲孔与立管结构之间涂敷胶层。
26.所述的一种用于航天器的框架结构与板式结构之间的过渡结构中，所述连接件包
括适配于侧板结构的锥销的嵌入式锥孔结构，所述嵌入式锥孔结构与锥销间隙配合。
27.所述的一种用于航天器的框架结构与板式结构之间的过渡结构中，所述连接件包括适配于侧板结构的螺栓的螺纹孔。
28.所述的一种用于航天器的框架结构与板式结构之间的过渡结构中，所述第一锥度相同于第二锥度，第一高度相同于第二高度，两个三向嵌入式过渡接头结构之间经由相应的锥孔垂向固定连接。
29.所述的一种用于航天器的框架结构与板式结构之间的过渡结构中，所述顶壁和底壁分别设有对齐的用于安装的通孔。
30.所述的一种用于航天器的框架结构与板式结构之间的过渡结构中，所述第一盲孔、第二盲孔和第三盲孔之间均设有加强筋，所述第二侧壁、第一侧壁和底壁之间均设有加强筋。
31.在上述技术方案中，本发明提供的一种用于航天器的框架结构与板式结构之间的过渡结构，具有以下有益效果：与现有技术相比，通过四向限位式过渡接头结构与框架水平管、立管等结构大面积胶接，实现框架结构的稳定可靠。通过四向限位式过渡接头结构上端设计一定高度的锥台，并与板式结构的三向嵌入式过渡接头结构的锥孔进行间隙配合。通过间隙尺寸的设计实现下端框架式推进舱接头与上端板式载荷舱接头的横向变形控制，解决了总装阶段分舱复装后舱间精度无法控制，主结构精度下降的问题。三向嵌入式过渡接头结构与侧板结构之间两个局部位置设计螺钉连接以及锥台/锥孔配合，解决了过渡接头结构与侧板结构之间的抗剥离性能低或者侧板结构复装精度无法保证等问题。通过过渡接头结构与侧板结构的螺钉连接，大幅度提升二者之间的抗剥离性能；通过锥台/锥孔配合保证横向承载性能的同时，大幅度提升侧板的复装精度，使得侧板结构在复装时精度可控。通过搭接片过渡结构的设计实现接头结构局部载荷的部分分流，解决了四向限位式过渡接头结构、三向嵌入式过渡接头结构局部应力水平较高的问题，避免接头结构和侧板等局部的结构加强或补强措施，进一步降低接头结构局部质量，提升接头结构的承载效率。
附图说明
32.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
33.图1为本发明实施例提供的一种用于航天器的框架结构与板式结构之间的过渡结构的安装示意图。
34.图2为图1的本发明实施例提供的一种用于航天器的框架结构与板式结构之间的局部视图1的局部放大示意图。
35.图3为图1的本发明实施例提供的一种用于航天器的框架结构与板式结构之间的局部视图2的局部放大示意图。
36.图4为本发明实施例提供的一种用于航天器的框架结构与板式结构之间的过渡结构的四向限位式过渡接头结构的结构示意图。
37.图5为本发明实施例提供的一种用于航天器的框架结构与板式结构之间的过渡结构的四向限位式过渡接头结构的剖视示意图。
38.图6为本发明实施例提供的一种用于航天器的框架结构与板式结构之间的过渡结构的一个三向嵌入式过渡接头结构的结构示意图。
39.图7为本发明实施例提供的一种用于航天器的框架结构与板式结构之间的过渡结构的一个三向嵌入式过渡接头结构的结构示意图。
40.图8为本发明实施例提供的一种用于航天器的框架结构与板式结构之间的过渡结构的一个三向嵌入式过渡接头结构的结构示意图。
41.图9为本发明实施例提供的一种用于航天器的框架结构与板式结构之间的过渡结构的搭接片过渡结构的结构示意图。
具体实施方式
42.为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
43.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
44.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
45.在本发明的描述中，需要理解的是，术语中心、纵向、横向、长度、宽度、厚度、上、下、前、后、左、右、竖直、水平、顶、底、内、外、顺时针、逆时针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发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备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发明的限制。
46.此外，术语第一、第二仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有第一、第二的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，多个的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
47.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语安装、相连、连接、固定等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
48.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度
小于第二特征。
49.为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。
50.参见图1-9所示，在一个实施例中，本发明的一种用于航天器的框架结构与板式结构之间的过渡结构包括，
51.至少一个四向限位式过渡接头结构6，其固定于航天器的框架结构1上，所述框架结构1包括多个水平管结构4和多个立管结构5，四向限位式过渡接头结构6包括，
52.第一本体，其具有水平的顶壁17，
53.第一盲孔18，其设于所述第一本体且沿水平方向延伸，所述第一盲孔18可拆卸连接水平管结构4，
54.第二盲孔19，其设于所述第一本体且沿水平方向延伸，所述第二盲孔19垂直于第一盲孔18，所述第二盲孔19可拆卸连接水平管结构4，
55.第三盲孔20，其设于所述第一本体且沿垂直方向延伸，所述第三盲孔20垂直于所述第一盲孔18和第二盲孔19，所述第三盲孔20可拆卸连接立管结构5，
56.锥台11，其设于所述顶壁17，所述锥台11具有第一锥度和第一高度；
57.至少一个三向嵌入式过渡接头结构7，其固定于航天器的板式结构上，所述板式结构包括多个侧板结构8，三向嵌入式过渡接头结构7包括，
58.第二本体，其为三角形结构，三角形结构包括，
59.底壁21，其具有水平的底表面，
60.第一侧壁22，其自所述底壁21垂直向上延伸，
61.第二侧壁23，其自所述底壁21垂直向上延伸且垂直所述第一侧壁22，所述第二侧壁23、第一侧壁22和底壁21构成三角结构，
62.锥孔14，其设于所述底表面，所述锥孔14具有第二锥度和第二高度，所述锥孔14可拆卸连接所述锥台11，
63.多个连接件，其设于所述第一侧壁22和第二侧壁23以可拆卸连接相应的侧板结构。
64.用于航天器的框架结构与板式结构之间的过渡结构能够实现推进舱框架式结构与平台舱(载荷舱)板式结构的有效、可靠、高精度舱间安装或复装；实现侧板结构8复装精度可控，保证复装精度；实现舱间过渡接头结构局部应力水平的降低，进一步提升过渡接头结构的轻量化水平。
65.所述的一种用于航天器的框架结构与板式结构之间的过渡结构的优选实施例中，所述板式结构包括平台舱板式结构2和载荷舱板式结构3，平台舱板式结构2和载荷舱板式结构3均包括多个侧板结构8，所述侧板结构8为蜂窝夹层结构的侧板。
66.所述的一种用于航天器的框架结构与板式结构之间的过渡结构的优选实施例中，还包括用于连接平台舱板式结构2和载荷舱板式结构3的搭接片过渡结构9，搭接片过渡结构9为水平板，其上开设多个连接孔24。
67.所述的一种用于航天器的框架结构与板式结构之间的过渡结构的优选实施例中，所述第二盲孔19间隙配合水平管结构4，所述第三盲孔20间隙配合立管结构5。
68.所述的一种用于航天器的框架结构与板式结构之间的过渡结构的优选实施例中，
所述第二盲孔19与水平管结构4之间涂敷胶层，所述第三盲孔20与立管结构5之间涂敷胶层。
69.所述的一种用于航天器的框架结构与板式结构之间的过渡结构的优选实施例中，所述连接件包括适配于侧板结构8的锥销的嵌入式锥孔结构12，所述嵌入式锥孔结构12与锥销间隙配合。
70.所述的一种用于航天器的框架结构与板式结构之间的过渡结构的优选实施例中，所述连接件包括适配于侧板结构8的螺栓的螺纹孔13。
71.所述的一种用于航天器的框架结构与板式结构之间的过渡结构的优选实施例中，所述第一锥度相同于第二锥度，第一高度相同于第二高度，两个三向嵌入式过渡接头结构7之间经由相应的锥孔14垂向固定连接。
72.所述的一种用于航天器的框架结构与板式结构之间的过渡结构的优选实施例中，所述顶壁17和底壁21分别设有对齐的用于安装的通孔。
73.所述的一种用于航天器的框架结构与板式结构之间的过渡结构的优选实施例中，所述第一盲孔18、第二盲孔19和第三盲孔20之间均设有加强筋25，所述第二侧壁23、第一侧壁22和底壁21之间均设有加强筋。
74.在一个实施例中，所述四向限位式过渡接头结构6、三向嵌入式过渡接头结构7为碳纳米管增强铝基复合材料制成。
75.在一个实施例中，为了解决推进舱框架结构1与平台舱(或载荷舱)板式结构之间过渡连接的问题，在框架推进舱结构的上端四角设计了一种四向限位式过渡接头结构6，接头结构在左、右、下三个方向设计为具有一定深度的第一至第三盲孔20，在其顶端(上)设计为具有一定高度的锥台11。第一至第三盲孔20分别于框架结构1的水平管结构4、立管结构5通过间隙配合进行连接，水平管或立管通过在外层涂覆结构胶后插入接头结构的盲孔中，从而形成稳定的推进舱框架结构1。四向限位式过渡接头结构6的上端设计为一个具有一定锥角和高度的锥台11，而在平台舱(或载荷舱)板式结构下端设计三向嵌入式过渡接头结构7，三向嵌入式过渡接头结构7的下端面设计相应的锥孔14与四向限位式过渡接头结构6的锥台11进行配合，承载舱间横向载荷的同时，保证舱间高精度的复装。四向限位式过渡接头结构6与三向嵌入式过渡接头结构7在外侧周向设计对应的通孔或螺纹孔13，采用螺钉连接实现舱间纵向的连接。为了解决上部板式结构在总装阶段拆卸复装后的精度不可控、精度偏低等问题，在板式结构下端设计了四个三向嵌入式过渡接头结构7，过渡接头结构的下端面设计为嵌入的锥孔14，与下部框架结构1的四向限位式接头结构的上端锥台11嵌入配合。过渡接头结构的另外两个侧面分别与相应的蜂窝夹层结构侧板进行连接，为了保证侧板在安装过程中的精度，过渡接头结构与相应侧板连接的位置设计为螺纹孔13加嵌入式锥孔结构12形式，从而形成整体呈立体三角形结构形式三向嵌入式接头结构。接头结构上的螺纹孔13与穿过侧板结构8的螺钉进行连接，主要作用为横向将侧板和过渡接头结构连接为一体，提升侧板与接头结构之间的纵向抗剥离能力。过渡接头结构上的嵌入式锥孔结构12与侧板结构8中相应的锥销进行连接，主要作用为限制板式结构或单舱在承载过程中的横向位移，提高横向的抗剪切能力。同时，在侧板的下端通过嵌入式锥孔结构12与侧板内锥销之间的间隙设计，实现侧板与接头结构之间安装或复装的高精度控制，保证侧安装或复装的精度满足要求。
76.为了降低舱间过渡接头结构的承载应力，避免载荷主要通过接头进行传递可能带来的过渡接头结构局部发生屈服的问题，在两舱之间设计了搭接片过渡结构9，通过搭接片过渡结构9增加两舱之间的连接和传力通道。搭接片过渡结构9设计能够一定程度上降低接头结构局部的应力集中水平，也避免了侧板在局部结构加强或补强措施。通过小质量的搭接片结构实现了过渡接头结构、侧板局部结构的结构轻量化设计，进一步降低结构质量。用于航天器的框架结构与板式结构之间的过渡结构实现框架结构1与板式结构之间连接，保证了舱间横向高精度复装，三向嵌入式过渡接头结构7兼顾舱间连接和侧板复装精度与保证侧板结构8高精度复装，搭接结构增加力学载荷分散通道，降低三向嵌入式过渡接头结构7局部应力。
77.在一个实施例中，搭接片过渡结构9为高强度碳纳米管增强铝基复合材料。
78.在一个实施例中，如图1所示，航天器的下部为推进舱框架结构1，上部分别为平台舱板式结构2和载荷舱板式结构3。框架结构1主要由水平管结构4、立管结构5和四向限位式过渡接头结构6组成，水平管结构4、立管结构5通过在外表面涂覆胶层后插入四向限位式过渡接头结构6的盲孔13中，固化后连接形成可靠稳定的框架结构1。上部平台舱结构2或载荷舱为板式结构3，通过侧板结构8与其他板类结构10、舱间过渡搭接结构9之间相互螺接连接形成稳定的平台舱板式结构2和载荷舱板式结构3。框架结构1与平台舱板式结构2之间通过四向限位式过渡接头结构6与三向嵌入式过渡接头结构7实现舱间了连接，同时保证舱间复装精度。
79.如图2、3所示，为了实现推进舱框架结构1与平台舱板式结构2之间的舱间连接和保证复装精度。四向限位式过渡接头结构6在与水平管结构4、立管结构5的对应位置设计3个盲孔，水平管结构4、立管结构5通过胶接与3个盲孔进行连接固定。通过4个四向限位式过渡接头结构6分别与水平管结构4、立管结构5进行胶接固定，确保推进舱框架结构1的稳定。在此基础上，单个四向限位式过渡接头结构6与平台舱板式结构2连接的位置设计1个具有一定高度和锥度的锥台11，在平台舱板式结构2的下端与四向限位式过渡接头结构6对应位置设计三向嵌入式过渡接头结构7，并在单个三向嵌入式过渡接头结构7上设计1个具有一定给深度和锥度的锥孔14，通过设计锥台11和锥孔14之间的间隙尺寸，保证推进舱框架结构1与平台舱板式结构2之间连接的横向精度，实现推进舱框架结构1与平台舱板式结构2之间的高精度复装。同时，为了实现推进舱框架结构1与平台舱板式结构2的纵向固定连接，单个四向限位式过渡接头结构6与单个三向嵌入式过渡接头结构7对应位置分别设计3个框架过渡接头结构通孔15和单个板式过渡接头结构通孔16，在两舱对接后，通过穿钉备母保证两舱的纵向连接与固定。
80.如图3所示，三向嵌入式过渡接头结构7除了其与四向限位式过渡接头结构6之间的纵向连接外，为了保证侧板结构8在总装阶段复装后的精度，三向嵌入式过渡接头结构7设计为整体呈立体三角形结构形式，单个三向嵌入式过渡接头结构7与侧板结构8之间设计为2处锥孔结构12加螺纹孔13双连接模式，锥孔结构12与侧板结构8中相应的锥销进行配合，通过设计二者之间的间隙尺寸，保证侧板结构8在总装阶段复装时精度可控，实现侧板结构8的高精度复装。螺纹孔13与侧板结构8中相应的通孔进行配合，通过穿钉拧入螺纹孔13中，大幅度提升侧板8与三向嵌入式过渡接头结构7之间侧向连接的抗剥离性能。
81.如图4所示，为了降低三向嵌入式过渡接头结构7局部的应力水平，在舱间设计舱
间过渡搭接结构9，通过舱间过渡搭接结构9将平台舱板式结构2与载荷舱板式结构3进行连接，分散力学载荷在三向嵌入式过渡接头结构7的聚集，避免三向嵌入式过渡接头结构7局部的加强后补强措施，实现三向嵌入式过渡接头结构7的轻量化设计。
82.最后应该说明的是：所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本技术中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本技术保护的范围。
83.以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。