工字梁形式的摆动喷管扩张段壳体和下支耳的连接结构的制作方法

本发明涉及固体火箭发动机喷管，具体涉及一种固体火箭发动机摆动喷管扩张段壳体与下支耳的连接结构。

背景技术：

1、战略导弹的推力矢量装置由发动机摆动喷管和伺服系统组成，伺服作动器利用固定在喷管固定体法兰上的上支耳和喷管扩张段下支耳相连。导弹飞行时，伺服系统接收控制系统的发出的指令，通过正交布置在喷管扩张段壳体外侧的两台伺服作动器伸、缩动作控制发动机喷管摆动，从而实现导弹姿态控制。

2、目前在固体火箭发动机喷管技术领域没有专门扩张段壳体和下支耳的连接结构的介绍，只是能从一些文献(aiaa－91-2083、aiaa－94-3063)中看到整体的扩张段壳体和下支耳的连接结构轮廓，但没有介绍连接结构的具体细节；国内扩张段壳体与下支耳的连接结构普遍采用如附图1和2所示的连接结构：在支耳耳片两侧采用等数量的径向螺钉和一些轴向螺钉将扩张段壳体与下支耳连接起来。此种结构经过了多种发动机的考核成功。但随着新一代战略武器的发展，为满足更高的导弹的姿态控制要求，对摆动喷管的刚度提出了更高的要求。由于喷管下支耳主要受到与喷管轴线呈小角度的推力和拉力，上述结构的径向销钉易发生剪切破坏；而由于尺寸限制，该结构轴向螺钉直径较小，承受载荷能力较差；因此为满足刚度和强度要求采用上述结构将会大幅增加扩张段壳体厚度，这样不但可靠性得不到保证，而且会降低发动机的质量比。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种工字梁形式的摆动喷管扩张段壳体和下支耳的连接结构，能够在不增加扩张段壳体的重量的前提下，大幅度提高扩张段壳体和下支耳连接结构的承载能力和刚度，将对固体火箭发动机喷管结构设计产生积极的效果。

2、一种工字梁形式的摆动喷管扩张段壳体和下支耳的连接结构，包括支耳环、下支耳、径向螺钉和轴向螺钉；

3、所述支耳环是在扩张段壳体的表面上沿径向延伸出的环形结构，支耳环与扩张段壳体共同形成工字梁连接结构，工字梁连接结构中的腹板垂直于喷管轴线，所述下支耳通过径向螺钉和轴向螺钉与工字梁连接结构进行固定，下支耳上连接孔的轴线与工字梁连接结构中的腹板平行。

4、进一步地，所述支耳环包括腹板和外翼板，所述腹板的两端分别连接扩张段壳体和外翼板。

5、进一步地，所述下支耳与扩张段壳体和外翼板分别通过两个径向螺钉进行连接，下支耳与腹板通过四个轴向螺钉进行连接。

6、进一步地，所述支耳环中翼板和腹板的厚度取决于扩张段所受载荷大小和所需刚度大小，具体尺寸根据各部件的结构尺寸确定。

7、进一步地，连接结构的设计和强度验证方法包括以下步骤：

8、步骤一：对现有的下支耳与扩张段壳体的连接结构进行有限元分析计算；

9、步骤二：平行于扩张段壳体增加支耳环；

10、步骤三：对增加支耳环后的结构进行有限元分析计算，当安全系数大于1.5倍后进入下一步，否则重新进行连接结构设计；

11、步骤四：进行正式产品的机加及组装；

12、步骤五：设计扩张段壳体与下支耳连接结构的强度试验方案，进行强度试验。

13、有益效果：

14、1、本发明的支耳环是在扩张段壳体的表面上沿径向延伸出的环形结构，支耳环与扩张段壳体共同形成工字梁连接结构，工字梁连接结构中的腹板垂直于喷管轴线，该结构相比原结构，平行于扩张段壳体增加一个外翼板，扩张段壳体与外翼板之间为腹板，该结构可大幅度提高连接结构的承载能力和刚度。

15、2、本发明的下支耳通过径向螺钉和轴向螺钉与工字梁连接结构，工字梁连接结构可以使固定采用的轴向螺钉规格和数目更大，在受到与喷管轴线呈小角度的拉力和推力时，具有更强的承载能力。

16、3、本发明在多种发动机的扩张段连接结构上得到了使用，通过了多台扩张段强度试验，承载能力较原结构提高了36％，刚度提高了39％，并同时通过了热联试试验考核。

技术特征：

1.工字梁形式的摆动喷管扩张段壳体和下支耳的连接结构，其特征在于，包括支耳环、下支耳、径向螺钉和轴向螺钉；

2.如权利要求1所述的工字梁形式的摆动喷管扩张段壳体和下支耳的连接结构，其特征在于，所述支耳环包括腹板和外翼板，所述腹板的两端分别连接扩张段壳体和外翼板。

3.如权利要求1所述的工字梁形式的摆动喷管扩张段壳体和下支耳的连接结构，其特征在于，下支耳与扩张段壳体和外翼板分别通过两个径向螺钉进行连接，下支耳与腹板通过四个轴向螺钉进行连接。

4.如权利要求3所述的工字梁形式的摆动喷管扩张段壳体和下支耳的连接结构，其特征在于，所述支耳环中翼板和腹板的厚度取决于扩张段所受载荷大小和所需刚度大小，具体尺寸根据各部件的结构尺寸确定。

5.如权利要求3或4所述的工字梁形式的摆动喷管扩张段壳体和下支耳的连接结构，其特征在于，连接结构的设计和强度验证方法包括以下步骤：

技术总结本发明公开了一种工字梁形式的摆动喷管扩张段壳体和下支耳的连接结构，属于固体火箭发动机喷管技术领域。连接结构包括支耳环、下支耳、径向螺钉和轴向螺钉；支耳环是在扩张段壳体的表面上沿径向延伸出的环形结构，支耳环与扩张段壳体共同形成工字梁连接结构，工字梁连接结构中的腹板垂直于喷管轴线，下支耳通过径向螺钉和轴向螺钉与工字梁连接结构进行固定，下支耳上连接孔的轴线与工字梁连接结构中的腹板平行。本发明能够在不增加扩张段壳体的重量的前提下，大幅度提高扩张段壳体和下支耳连接结构的承载能力和刚度，将对固体火箭发动机喷管结构设计产生积极的效果。技术研发人员：刘勇琼,刘凯,李国才,刘长猛,曹琪,王才,李鑫,王亦松,阿尼苏,王永峰受保护的技术使用者：西安航天动力技术研究所技术研发日：技术公布日：2024/6/26