赤道安装球形压力容器安装法兰结构及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种赤道安装球形压力容器安装法兰结构及其制备方法，该法兰结构包括下法兰、上法兰、复合材料层，下法兰与上法兰连接，复合材料层缠绕在下法兰外表面和上法兰外表面。该方法包括以下步骤：步骤一，制备上法兰和下法兰。步骤二，通过上法兰、下法兰上的两环向凹槽结构进行上法兰、下法兰的装配。本发明专利技术解决复合材料压力容器安装方式局限的问题，具有适应性高、质量轻等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种安装法兰结构及其制备方法，特别是涉及一种赤道安装球形压力容器安装法兰结构及其制备方法。
技术介绍
目前航天器推进剂管理装置一般为球形结构，由于赤道法兰安装方式具有很好的抗力学环境性能，因此，全金属压力容器一般采用赤道法兰安装。复合材料压力容器由于缠绕工艺的特殊要求，在缠绕前对压力容器的外型面有很高要求，不允许贮箱赤道存在法兰，若采用法兰结构，需在缠绕后再进行法兰与贮箱的复合。目前国内未见复合材料缠绕压力容器采用法兰安装形式，一般采用箍带连接和两端固定方式。欧洲Alphabus卫星平台的1300L推进剂贮箱采用了整体裙边结构，贮箱缠绕后再复合裙边结构，裙边和贮箱间通过胶粘接，最后进行换向缠绕。但Alphabus卫星平台的贮箱的结构形式为柱形，裙边与贮箱有足够的贴合面积，可保证轴向的力学环境要求。球形复合材料压力容器赤道处几乎不存在柱段，因此不能采用Alphabus卫星平台的安装方式。复合材料压力容器已逐渐成为航天动力系统的关键组件，然而随着新一代航天飞行器动力系统对轻质化、紧凑型、抗力学环境适应性强的不断要求，复合材料压力容器采用箍带连接和两端固定的方式已无法满足其系统对总装布局和力学环境适应性的要求，已成为航天动力系统研制和发展的瓶颈之一。现有球形复合材料压力容器安装方式局限于箍带安装和两端安装，无法实现赤道法兰安装。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种赤道安装球形压力容器安装法兰结构及其制备方法，其适应性高，贴合面积大，紧凑，抗力学环境适应性强，质量轻。本专利技术是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：一种赤道安装球形压力容器安装法兰结构，其特征在于，其包括下法兰、上法兰、复合材料层，下法兰与上法兰连接，复合材料层缠绕在下法兰外表面和上法兰外表面。优选地，所述下法兰为薄壁整环结构。优选地，所述上法兰为薄壁半环结构。优选地，所述下法兰和上法兰内型面与复合材料压力容器外型面相匹配。优选地，所述复合材料层是碳纤维或环氧缠绕层，缠绕层的厚度为1-3mm。优选地，所述下法兰具有8～24个支耳用于与总装结构连接，上端为两环向凹形槽结构，用于与上法兰咬合连接。优选地，所述下法兰下端设有纵向U型槽，便于环向缠绕时收紧下法兰与复合材料壳体的间隙。优选地，所述下法兰设有通孔，作为下法兰与复合材料壳体安装的出胶孔，液体胶固化后同时提高压力容器轴向过载能力。优选地，所述上法兰上端设有纵向U型槽，便于环向缠绕时收紧上法兰与复合材料壳体的间隙，下端为两环向凹形槽结构，用于与下法兰咬合连接。优选地，所述上法兰设有通孔，作为上法兰与复合材料壳体安装的出胶孔，液体胶固化后同时提高压力容器轴向过载能力。本专利技术还提供一种赤道安装球形压力容器安装法兰结构的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：步骤一，制备上法兰和下法兰，制备上法兰和下法兰的材料为钛合金TA4、TA5、TA6、TA7、TC1、TC2、TC3、TC4中的一种；步骤二，下法兰具有8-24个支耳，上端为两环向凹形槽结构，与上法兰咬合连接，计算凹槽深度t＝1-3mm，凹槽宽度t1＝t3-t2＝3-6mm，t4-t3＝t2-t1＝3-6mm；最下端设有凸台结构，凸台高出高度d1＝1-2mm；通过上法兰、下法兰上的两环向凹槽结构进行上法兰、下法兰的装配；步骤三，下法兰下端设有纵向U型槽，便于环向缠绕时收紧下法兰与复合材料层的间隙，计算U型槽的数量n＝8-48，宽度d2＝2-5mm，深度L＝20-50mm；步骤四，下法兰设有通孔，作为下法兰与复合材料层安装的出胶孔，液体胶固化后同时提高压力容器轴向过载能力；通孔的数量n＝8-48，φd＝2-5mm，计算开孔距法兰下端的高度h3-h2＝h2-h1＝h1＝20-50mm；步骤五，下法兰以距离最远两支耳中心孔连线为轴线，距离轴线S＝10-30mm的四处设有八个螺纹孔，螺纹孔的规格为M3，计算螺纹孔中心线距离下法兰上端面的距离H1＝t1/2，H2＝(t2+t3)/2；步骤六，法兰结构包括两件上法兰，制备上法兰的材料为钛合金TA4、TA5、TA6、TA7、TC1、TC2、TC3、TC4中的一种；步骤七，上法兰下端为两环向凹形槽结构，用于与下法兰咬合连接，凹槽深度t’＝1-3mm，凹槽宽度t1’＝t1，t2’＝t2，t3’＝t3，t4’＝t4；上法兰最上端设有凸台结构，计算凸台高出高度d1’＝1-2mm；步骤八，上法兰上端设有纵向U型槽，便于环向缠绕时收紧上法兰与复合材料层的间隙，U型槽的数量n＝8-48，计算宽度d2’＝2-5mm，深度L’＝20-50mm；步骤九，上法兰设有通孔，作为上法兰与复合材料层安装的出胶孔，液体胶固化后同时提高压力容器轴向过载能力；通孔的数量n＝8-48，φd’＝2-5mm，计算开孔距法兰下端的高度h1’＝20-50mm，h2’-h1’＝20-50mm；步骤十，计算上法兰两端距离端面距离S’＝S的两处位置设有四个沉孔，沉孔中心线距离上法兰中心端面的距离H1’＝H1，H2’＝H2；步骤十一，将下法兰装于压力容器赤道位置，两上法兰通过凹槽结构与下法兰装配，使用抱紧工装将两上法兰收紧，在八处沉孔处装配沉头螺钉；步骤十二，使用碳纤维或环氧缠绕层在上法兰和下法兰外表面进行环向缠绕，缠绕层的厚度为1-3mm。本专利技术的积极进步效果在于：本专利技术解决了复合材料压力容器安装方式局限的问题，具有适应性高，法兰与复合材料压力容器贴合面积大、紧凑、抗力学环境适应性强、质量轻等优点。附图说明图1为本专利技术赤道安装球形压力容器安装法兰结构的结构示意图。图2A为本专利技术中下法兰的结构示意图。图2B沿着图2A的A1-A1方向的剖视图。图2C为图2B的I处的放大示意图。图2D为图2B的D1处的结构示意图。图2E沿着图2A的B1-B1方向的剖视图。图2F沿着图2A的C1-C1方向的剖视图。图3A为本专利技术中上法兰的结构示意图。图3B沿着图3A的A1-A1方向的剖视图。图3C为图3B的II处的放大示意图。图3D为图3B的D2处的结构示意图。图3E沿着图3A的B2-B2方向的剖视图。图3F沿着图3A的C2-C2方向的剖视图。具体实施方式下面结合附图给出本专利技术较佳实施例，以详细说明本专利技术的技术方案。如图1、图2A-2F、图3A-3F所示，本专利技术公开了一种赤道安装球形压力容器安装法兰结构，其包括下法兰1、上法兰2、复合材料层3，下法兰1与上法兰2连接，复合材料层3缠绕在下法兰1外表面和上法兰2外表面。所述下法兰1为薄壁整环结构，这样结构简单，成本低。所述上法兰2为薄壁半环结构，这样结构简单，成本低。所述下法兰1和上法兰2内型面与复合材料压力容器外型面相匹配。所述复合材料层3是碳纤维或环氧缠绕层，缠绕层的厚度为1-3mm，这样结构简单，成本低。所述下法兰1具有8～24个支耳用于与总装结构连接，上端为两环向凹形槽结构，用于与上法兰2咬合连接，凹槽深度t＝1～3mm，凹槽宽度t1＝t3-t2＝3～6mm，t4-t3＝t2-t1＝3～6mm，最下端设有凸台结构，凸台高出法兰本体的高度d1＝1～2mm。下法兰1下端设有纵向U型槽，便于环向缠绕时收紧下法兰1与复合材料壳体的间隙，U型槽的数量n＝8～48，宽度d2＝2～5mm，深度L＝20～50m本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种赤道安装球形压力容器安装法兰结构，其特征在于，其包括下法兰、上法兰、复合材料层，下法兰与上法兰连接，复合材料层缠绕在下法兰外表面和上法兰外表面。

【技术特征摘要】
1.一种赤道安装球形压力容器安装法兰结构，其特征在于，其包括下法兰、上法兰、复合材料层，下法兰与上法兰连接，复合材料层缠绕在下法兰外表面和上法兰外表面。2.如权利要求1所述的赤道安装球形压力容器安装法兰结构，其特征在于，所述下法兰为薄壁整环结构。3.如权利要求1所述的赤道安装球形压力容器安装法兰结构，其特征在于，所述上法兰为薄壁半环结构。4.如权利要求1所述的赤道安装球形压力容器安装法兰结构，其特征在于，所述下法兰和上法兰内型面与复合材料压力容器外型面相匹配。5.如权利要求1所述的赤道安装球形压力容器安装法兰结构，其特征在于，所述复合材料层是碳纤维或环氧缠绕层，缠绕层的厚度为1-3mm。6.如权利要求1所述的赤道安装球形压力容器安装法兰结构，其特征在于，所述下法兰具有8～24个支耳用于与总装结构连接，上端为两环向凹形槽结构，用于与上法兰咬合连接。7.如权利要求1所述的赤道安装球形压力容器安装法兰结构，其特征在于，所述下法兰下端设有纵向U型槽，便于环向缠绕时收紧下法兰与复合材料壳体的间隙。8.如权利要求1所述的赤道安装球形压力容器安装法兰结构，其特征在于，所述下法兰设有通孔，作为下法兰与复合材料壳体安装的出胶孔，液体胶固化后同时提高压力容器轴向过载能力。9.如权利要求1所述的赤道安装球形压力容器安装法兰结构，其特征在于，所述上法兰上端设有纵向U型槽，便于环向缠绕时收紧上法兰与复合材料壳体的间隙，下端为两环向凹形槽结构，用于与下法兰咬合连接。10.如权利要求1所述的赤道安装球形压力容器安装法兰结构，其特征在于，所述上法兰设有通孔，作为上法兰与复合材料壳体安装的出胶孔，液体胶固化后同时提高压力容器轴向过载能力。11.一种赤道安装球形压力容器安装法兰结构的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：步骤一，制备上法兰和下法兰，制备上法兰和下法兰的材料为钛合金TA4、TA5、TA6、TA7、TC1、TC2、TC3、TC4中的一种；步骤二，下法兰具有8-24个支耳，上端为两环向凹形槽结构，与上法兰咬合连接，计算凹槽深度t＝1-3mm，凹槽宽度t1＝t3-t2＝3-6mm，t...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛宁，赵和明，乔艳伟，沈俊，冯雪，乔琳，金广明，魏青，施华，王婷婷，陈军军，王蕾，邓红，
申请(专利权)人：上海空间推进研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31