【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及航空航天，具体地，涉及运载火箭箱底及其成形方法。
技术介绍
1、运载火箭箭径直接决定了运载火箭的运载能力，随着航天活动的发展，火箭箭体结构的高可靠制造需求越来越迫切，箱底作为箭体结构的关键构件，其结构的设计及服役可靠性是运载火箭的重中之重。
2、针对火箭箱底构件的成形技术和装备制造技术历来是国内外火箭制造
的焦点。国外从上世纪70年代发展起了箱底的整体成形制造技术和方法，其中以日本三菱重工、德国mt航天科技公司、美国波音公司等为代表的军工企业开展的超厚板的旋压+机加工的技术代表了上世纪的领先水平。典型的产品包括日本h2整底，直径5.2米；阿丽亚娜的整底，直径5.6米；美国的航天飞机外挂贮箱箱底，直径5.5米。材料均为2195铝锂合金、2219铝合金。板坯选用的搅拌摩擦焊技术进行拼焊，旋压过程采用热旋压技术，板坯厚度达到70mm以上。拼焊底焊缝的可靠性仍然是限制5米级整底飞行应用的难点，所以，5米级整底旋压制造技术未获得批量化型号应用。21世纪以来，我国也开展了旋压技术的研究，由航天科技集团一院211厂、7102厂、706所、八院800所为代表的企业，先后开展了整底成形技术研究，并取得了突破的进展，5a06材料的2250直径的箱底已经通过了飞行验证。3350的铝锂合金箱底和800所研制的3800整底箱底已经通过地面试验，预计在2024年底完成首飞。
3、上述旋压技术采用的超厚板材料，国外5米级的整底产品板坯的厚度达到了70mm，材料利用率仅为5.7％，导致材料成本和加工费用极高。为此，国
4、为此，本专利技术提出了一种轻量化薄壁箱底设计和制造方法，解决未来大直径箱底构件轻量化和高可靠制造需求，满足4米级以上箱底结构的低成本、高质量制造。
技术实现思路
1、针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种运载火箭箱底及其成形方法。
2、根据本专利技术提供的一种运载火箭箱底成形方法，包括：
3、步骤s1：采用薄膜应力方法和无矩理论计算内压作用下箱底应力分布；
4、步骤s2：根据内压作用下箱底应力分布确定纬向的拉压应力分界线；
5、步骤s3：分别对顶部进行成形加工，对底部进行成形加工；
6、步骤s4：根据纬向的拉压应力分界线，将加工的顶部和底部进行拼焊，从而获得最终成形箱底。
7、优选地，所述步骤s1包括：
8、
9、
10、
11、
12、
13、
14、其中，a表示椭圆的长轴，b表示椭圆的短轴，t表示壳厚度，p表示作用力。
15、优选地，所述步骤s2包括：
16、
17、
18、m＝a/b
19、其中,y是箱底椭圆短轴方向，x是箱底椭圆长轴方向；a为椭球方程的长半轴，b为椭球方程的短半轴。
20、优选地，所述步骤s3包括：
21、所述顶部为整体薄壁壳体结构，采用整板成形的整体无缝曲面构件；
22、所述底部为环向拼焊结构，通过拼焊制造方法构成。
23、优选地，所述顶部的成形工序包括：将原材料切割成圆形板坯，对圆形板坯进行退火或固溶处理；再通过顶部的成形方法将处理后的圆形板坯加工成零件毛坯，对零件毛坯进行人工时效处理，最后通过机加工获得顶部。
24、优选地，所述顶部的成形方法包括：液压胀形方法、充液拉深方法、超低温拉深成形方法、旋压成形方法或增材成形方法。
25、优选地，所述底部的成形工序包括：采用平板坯在退火态或固溶态下进行滚弯成形得到圆筒段或锥筒段，然后通过底部的拼焊制造方法焊接成形整环件；当滚弯成形再退火态下进行的，则对焊接后的整环件进行固溶热处理；获得固溶态的整环后再进行缩口或胀形成形得到具有特定母线的回转环壳；然后对环壳进行人工时效处理，最后进行机械加工。
26、优选地，所述底部的拼焊制造方法包括：拼焊圆筒缩口成形、拼焊锥底胀形成形、圆环增材制造或拼焊圆筒旋压成形。
27、优选地，所述将加工的顶部和底部进行拼焊包括：通过搅拌摩擦焊、电弧焊、激光焊中任意一种焊接方法将顶部和底部焊接制成箱底。
28、根据本专利技术提供的一种运载火箭箱底，采用上述所述的运载火箭箱底成形方法制备而成。
29、与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
30、1、本专利技术采用纬向拉压应力分界圆做组合结构箱底的方法，顶盖为薄壁整体壳、底部为厚壁环形壳，从而提升大模数箱底抵抗起皱和开裂缺陷的能力，为4米级及以上的箱底的设计制造提供可靠的设计制造方法；
31、2、本专利技术提供的一种运载火箭箱底成形方法，解决了箱底在内压作用下易发生的底部起皱弹性屈曲和顶部的开裂失稳的问题；
32、3、本专利技术焊缝位于内应力拉压转换点，焊缝区域及底部采用加厚结构，从而使得该处在压应力状态下的抗起皱能力增强，同时，顶部经向和纬向拉应力条件下的消除焊缝影响，从而提升顶部内压下抗开裂失稳的能力；
33、4、本专利技术通过理论计算箱底内压作用下的应力分布特点，针对模数大于1的箱底，计算纬向拉压应力交叉点，并以此位置设计箱底连接的焊缝；顶部采用整体构件，底部采用环向拼焊结构，实现4米级及以上贮箱箱底的高可靠制造方法。
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1.一种运载火箭箱底成形方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的运载火箭箱底成形方法，其特征在于，所述步骤S1包括：
3.根据权利要求1所述的运载火箭箱底成形方法，其特征在于，所述步骤S2包括：
4.根据权利要求1所述的运载火箭箱底成形方法，其特征在于，所述步骤S3包括：
5.根据权利要求1所述的运载火箭箱底成形方法，其特征在于，所述顶部的成形工序包括：将原材料切割成圆形板坯，对圆形板坯进行退火或固溶处理；再通过顶部的成形方法将处理后的圆形板坯加工成零件毛坯，对零件毛坯进行人工时效处理，最后通过机加工获得顶部。
6.根据权利要求5所述的运载火箭箱底成形方法，其特征在于，所述顶部的成形方法包括：液压胀形方法、充液拉深方法、超低温拉深成形方法、旋压成形方法或增材成形方法。
7.根据权利要求1所述的运载火箭箱底成形方法，其特征在于，所述底部的成形工序包括：采用平板坯在退火态或固溶态下进行滚弯成形得到圆筒段或锥筒段，然后通过底部的拼焊制造方法焊接成形整环件；当滚弯成形再退火态下进行的，则对焊接后的整环件进行
8.根据权利要求7所述的运载火箭箱底成形方法，其特征在于，所述底部的拼焊制造方法包括：拼焊圆筒缩口成形、拼焊锥底胀形成形、圆环增材制造或拼焊圆筒旋压成形。
9.根据权利要求1所述的运载火箭箱底成形方法，其特征在于，所述将加工的顶部和底部进行拼焊包括：通过搅拌摩擦焊、电弧焊、激光焊中任意一种焊接方法将顶部和底部焊接制成箱底。
10.一种运载火箭箱底，其特征在于，采用权利要求1至9任意一项权利要求所述的运载火箭箱底成形方法制备而成。
...【技术特征摘要】
1.一种运载火箭箱底成形方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的运载火箭箱底成形方法，其特征在于，所述步骤s1包括：
3.根据权利要求1所述的运载火箭箱底成形方法，其特征在于，所述步骤s2包括：
4.根据权利要求1所述的运载火箭箱底成形方法，其特征在于，所述步骤s3包括：
5.根据权利要求1所述的运载火箭箱底成形方法，其特征在于，所述顶部的成形工序包括：将原材料切割成圆形板坯，对圆形板坯进行退火或固溶处理；再通过顶部的成形方法将处理后的圆形板坯加工成零件毛坯，对零件毛坯进行人工时效处理，最后通过机加工获得顶部。
6.根据权利要求5所述的运载火箭箱底成形方法，其特征在于，所述顶部的成形方法包括：液压胀形方法、充液拉深方法、超低温拉深成形方法、旋压成形方法或增材成形方法。
7.根据权利要求1所述的运载火箭箱...
【专利技术属性】
技术研发人员：张志超，杨洋，胡蓝，富芳艳，孟金龙，张选明，洪吉庆，龚集响，
申请(专利权)人：上海航天设备制造总厂有限公司，
类型：发明
国别省市：
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