低温贮箱连接支撑结构优化设计

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1、２０１６０３１６０００７０６庄方方第２２卷第２期载人航天Ｖｏｌ．２２Ｎｏ．２２０１６年４月ＭａｎｎｅｄＳｐａｃｅｆｌｉｇｈｔＡｐｒ．２０１６低温贮箱连接支撑结构优化设计庄方方，吴胜宝，闫指江，董晓琳，张展智（中国运载火箭技术研究院研究发展中心，北京１０００７６）摘要：低温贮箱间的连接支撑结构是导致贮箱漏热的主要原因之一。采用低热导率的材料、减小结构与贮箱连接部位的接触面积可以减少低温贮箱间的漏热。对低温贮箱连接支撑结构设计进行了初步研究，分别设计了Ｖ型和Ｘ型杆系连接支撑结构，给出了结构设计的基本参数，并对每种构型的强度、连接结构的热流量和失稳情况进行了分析；在相同质

2、量的情况下，对壳段连接支撑结构也进行了分析，对比了杆系和壳段两种结构形式的总热流量，指出：杆系结构的总热流量更低，杆系连接支撑结构形式更优。关键词：低温贮箱；连接支撑结构；优化；强度；热流量中图分类号：Ｖ５１１＋．６；ＴＵ３１８文献标识码：Ａ文章编号：１６７４⁃５８２５（２０１６）０２⁃０１６０⁃０４ＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎＤｅｓｉｇｎｏｆＣｒｙｏｇｅｎｉｃＴａｎｋＣｏｎｎｅｃｔｉｏｎＳｔｒｕｃｔｕｒｅＺＨＵＡＮＧＦａｎｇｆａｎｇ，ＷＵＳｈｅｎｇｂａｏ，ＹＡＮＺｈｉｊｉａｎｇ，ＤＯＮＧＸｉａｏｌｉｎ，ＺＨＡＮＧＺｈａｎｚｈｉ（ＣｈｉｎａＡｃａｄｅｍｙｏｆＬａｕｎｃｈ

3、ＶｅｈｉｃｌｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＲｅｓｅａｒｃｈ＆ＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＣｅｎｔｅｒ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００７６，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｂｅｔｗｅｅｎｃｒｙｏｇｅｎｉｃｔａｎｋｓｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｍａｉｎｒｅａｓｏｎｓｆｏｒｔｈｅｈｅａｔｌｅａｋｏｆｔａｎｋｓ．Ａｄｏｐｔｉｎｇｌｏｗｔｈｅｒｍａｌｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙｍａｔｅｒｉａｌ，ｄｅｃｒｅａｓｉｎｇｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎａｒｅａｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｔｈｅｔａｎｋｃａｎｒｅｄｕｃｅｔｈｅｈｅａｔｌｅａｋｂｅｔｗｅｅｎｃ

4、ｒｙｏｇｅｎｉｃｔａｎｋｓ．Ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｃｒｙｏｇｅｎｉｃｔａｎｋｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗａｓｇｉｖｅｎｉｎｔｈｅｐａｐｅｒ．ＴｈｅｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＶａｎｄＸｔｙｐｅｓｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄｓｅｐａｒａｔｅｌｙａｎｄｔｈｅｂａｓｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｅｓｉｇｎｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｔｈｅｉｎｔｅｎｓｉｔｙｏｆｅａｃｈｔｙｐｅ，ｔｈｅｈｅａｔｆｌｕｘｏｆｔｈｅｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｔｈｅｂｕｃｋｌｉｎｇｆａｃｔｏｒｗｅ

5、ｒｅｃａｌ⁃ｃｕｌａｔｅｄａｎｄａｎａｌｙｚｅｄ．Ｗｉｔｈｔｈｅｓａｍｅｍａｓｓ，ｔｈｅｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｓｈｅｌｌｔｙｐｅｗａｓａｌｓｏａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｎｔｈｅｔｏｔａｌｈｅａｔｆｌｕｘｏｆｂａｒｔｙｐｅａｎｄｓｈｅｌｌｔｙｐｅｗｅｒｅｃｏｍｐａｒｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｔｏｔａｌｈｅａｔｆｌｕｘｏｆｂａｒｔｙｐｅｗａｓｌｏｗｅｒ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｅｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｂａｒｔｙｐｅｗａｓｂｅｔｔｅｒ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃｒｙｏｇｅｎｉｃｔａｎｋ；ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓｔｒｕ

6、ｃｔｕｒｅ；ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ；ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ；ｔｏｔａｌｈｅａｔｆｌｕｘ随着航天运载技术的不断发展，低温贮箱的１引言连接支撑结构作为低温贮箱设计中的关键部分，低温推进剂具有比冲高、无毒无污染的特性，其相关研究也成为一个值得关注的领域。美国采用低温推进剂可以有效降低飞行器规模，在一ＮＡＳＡ的研究人员在不断的探索中发现，虽然通次性使用运载器和可重复使用运载器上得到了广过支撑结构的漏热量只有十分之几瓦，但对其研［１］泛应用。然而由于液氢、液氧的沸点很低（分究仍具有重要意义，因为在深空探测器上２０Ｋ低别为－２５３℃和－１８３℃），易于蒸发且二者沸点温制冷机的卡诺

7、循环和机械效率都很低，分别为不同，当低温推进剂长期在轨贮存时，在氧箱、氢１０％和２％，也就是说消耗５０Ｗ的电功率只移除箱与其他部件以及贮箱之间存在持续的传热，导０?１Ｗ的热量。显然降低低温贮箱的漏热量对于［２⁃４］致箱内氢氧温度上升，蒸发量加大，难以满足航天低温贮箱推进剂贮存具有很重要的意义。［２⁃３］器长期在轨要求。低温贮箱连接支撑结构由于要承受飞行阶段收稿日期：２０１５⁃０５⁃１７；修回日期：２０１６⁃０２⁃１５基金项目：载人航天预先研究项目（０６０３０１）作者简介：庄方方（１９８３－），女，博士，工程师，研究方向为航天运输系统载荷设计。Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｆｏｎ