一种低温运载火箭用膜盒充气与测压装置的制作方法

1.本实用新型涉及航天运载火箭技术领域，特别是一种低温运载火箭用膜盒充气与测压装置。


背景技术：

2.在运载火箭发射过程中，为了抑制pogo振动(纵向耦合振动) 的发生，不影响火箭的正常发射，通常会在低温运载火箭的发动机入口附近安装低温蓄压器，而蓄压器膜盒一般悬臂于蓄压器壳体外侧，其结构为通过金属膜盒形成一密闭容腔，且将密闭容腔与液体推进剂隔离，密闭容腔内充入可压缩的气体，使其具有柔性，进而降低推进剂输送系统的固有频率，使推进剂输送系统的固有频率与箭体结构固有频率彼此远离，达到抑制火箭pogo效应的作用。
3.目前国内运载火箭低温蓄压器的膜盒测压和充气装置设计布局比较繁琐，一般需要将蓄压器膜盒悬臂于蓄压器壳体外侧，并在蓄压器上布置复杂的充气和测压管路对膜盒进行充气和测压，对管路耐力学环境条件的设计和制造提出了非常高的要求。
4.在蓄压器膜盒使用过程中，由于膜盒较大量级的振动，膜盒压力测量和充气管路往往成为蓄压器设计的难点。因此，提供一种减少管路使用、简化安装布局且功能安全可靠的膜盒压力测量与充气装置是目前所要解决的问题。


技术实现要素：

5.针对相关技术中的上述技术问题，本实用新型提供了一种低温运载火箭用膜盒充气与测压装置，具有布局简单、安全可靠、节约设计空间，提高航天运载火箭发射的稳定性等优点。解决了压力测量和充气管路难于设计和质量难保证的问题，同时极大简化了膜盒测量装置的安装布局问题。
6.本实用新型提供了一种低温运载火箭用膜盒充气与测压装置。该膜盒充气与测压装置包括：膜盒、设置于所述膜盒端面的测压口和充气口、与所述充气口连通的充气阀、以及与所述测压口连通的压力传感器，所述测压口和所述充气口互相连通且分别与所述膜盒内部连通。
7.在一个实施例中，所述压力传感器远离连接所述测压口的一端设有压力传感器绑定组件，以通过所述压力传感器绑定组件将所述压力传感器辅助固定于所述膜盒端面，所述充气阀远离连接所述充气口的一端设有充气阀绑定组件，以通过所述充气阀绑定组件将所述充气阀辅助固定于所述膜盒端面。
8.在一个实施例中，所述压力传感器绑定组件包括焊接于所述膜盒端面的第一下支架、第一上支架、第一安装螺钉以及毛毡；所述毛毡分别设置于所述第一上支架与所述压力传感器接触面以及所述第一下支架与所述压力传感器接触面。其中所述第一上支架和所述第一下支架分别设有装配孔，所述第一安装螺钉通过穿过所述装配孔将所述压力传感器辅助固定于所述膜盒端面。
9.在一个实施例中，所述压力传感器绑定组件还包括与所述第一安装螺钉匹配使用的平垫和弹垫，以同时起到防震和防松的作用；且所述第一安装螺钉表面涂抹低温胶，以增加紧固度。
10.在一个实施例中，所述充气阀绑定组件包括焊接于所述膜盒端面的第二下支架和第二安装螺钉。其中，所述充气阀设有安装耳片，所述第二下支架设有装配孔，所述第二安装螺钉穿过所述充气阀的安装耳片与所述第二下支架的装配孔紧固连接，以将所述充气阀辅助固定于所述膜盒端面。
11.在一个实施例中，所述充气阀绑定组件还包括与所述第二安装螺钉匹配使用的平垫和弹垫，以起到防震和防松的作用，且所述第二安装螺钉表面涂有低温胶，以增加紧固度。
12.在一个实施例中，所述充气阀的安装耳片与所述第二下支架间隙连接，以减少所述充气阀受到附加安装应力。
13.在一个实施例中，所述测压口与所述压力传感器连接位置分别设有纹路相反的外螺纹，并分别与第一锁紧螺母匹配连接，进而实现密封连接，所述充气口与所述充气阀连接位置分别设有纹路相反的外螺纹，并分别与第二锁紧螺母匹配连接，进而实现密封连接。其中，设于所述测压口与所述压力传感器的外螺纹与所述第一锁紧螺母匹配设置，设于所述充气口与所述充气阀的外螺纹与所述第二锁紧螺母匹配设置。
14.在一个实施例中，所述压力传感器与所述测压口连接位置的内径大于所述测压口的外径，所述压力传感器与所述测压口通过所述第一锁紧螺母包裹式连接，以增加。所述充气阀与所述充气口连接位置的内径大于所述充气口的外径，所述充气阀与所述充气口通过所述第二锁紧螺母包裹式连接。
15.在一个实施例中，所述充气口锥状端面和所述测压口锥状端面分别设有周向凹槽，并在所述凹槽内设置密封圈，所述密封圈一侧设置于凹槽内，另一侧与所述锁紧螺母配合，以增加连接端的密封性。
16.本实用新型提供的一种低温运载火箭用膜盒充气与测压装置，通过支架将压力传感器和充气阀固定在膜盒端部，取消测压管路和充气管的设计，使膜盒的充气与测压部件均能够稳固地安装在膜盒上，解决了测压和充气管路设计难的问题。该装置抗振动能力强，独立性强，拆装方便，维修性好，集成度高，并且该装置的设计和布局能够减轻膜盒整体的重量以及有效体积。
17.在阅读具体实施方式并且在查看附图之后，本领域的技术人员将认识到另外的特征和优点。
附图说明
18.为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1是根据本实用新型实施例的膜盒充气与测压装置的整体结构示意图。
20.图2是本实用新型实施例的防压力传感器绑定组件第一方向的结构示意图。
21.图3是本实用新型实施例的防压力传感器绑定组件第二方向的结构示意图。
22.图4是本实用新型实施例的充气阀绑定组件的结构示意图。
23.图5是本实用新型实施例的充气口与充气阀连接位置的结构示意图。
具体实施方式
24.下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。诸如“下面”、“下方”、“在
…
下”、“低”、“上方”、“在
…
上”、“高”等的空间关系术语用于使描述方便，以解释一个元件相对于第二元件的定位，表示除了与图中示出的那些取向不同的取向以外，这些术语旨在涵盖器件的不同取向。另外，例如“一个元件在另一个元件上/下”可以表示两个元件直接接触，也可以表示两个元件之间还具有其他元件。此外，诸如“第一”、“第二”等的术语也用于描述各个元件、区、部分等，并且不应被当作限制。类似的术语在描述通篇中表示类似的元件。
25.当一个单一激振频率与运载火箭纵向一阶频率接近甚至相等时，运载火箭就会出现共振。如果运载火箭的振动频率与推进剂管路液流的频率接近或相等，就会形成一个动力学相互推动放大的闭路循环系统，即纵向耦合振动，从而会极大地影响运载火箭发射过程和成功率。这种纵向耦合振动也叫做pogo振动。
26.而使用变能量蓄压器的方式加以控制，可以避开pogo振动。将蓄压器相连通在推进剂的管路内，可以改变推进剂管路系统的固有频率，达到变频、降幅，消除pogo振动不稳定性的目的。
27.低温运载火箭一般都会在发动机入口附近设置低温蓄压器，而蓄压器膜盒一般悬臂于蓄压器壳体外侧，振动条件非常恶劣。目前现有技术采用的膜盒测压和充气装置的设计布局比较繁琐，一般需要在蓄压器上布置复杂的充气和测压管路对膜盒进行充气和测压，对管路耐力学环境条件的设计和制造提出了非常高的要求。
28.因此，一种布局简单且可靠的膜盒测压与充气装置是运载火箭振动控制的技术突破重点。
29.本实用新型提供了一种低温运载火箭用膜盒充气与测压装置。参见图1，该装置至少包括：膜盒1、设置于膜盒1端面的测压口2和充气口3、与充气口3连通的充气阀5、以及与测压口2连通的压力传感器4，测压口2和充气口3互相连通且分别与膜盒1内部连通。其中压力传感器4通过与测压口2连接进而直接设置于膜盒1端面，同理，充气阀4通过与测压口3连接进而直接设置于膜盒1端面。本实用新型的实施例，在充气阀与充气口之间不设置管路，而是使两者直接密封连接，再通过充气阀绑定组件和第二下支架将充气阀稳定地固定在膜盒端面，进行双重固定。同理，压力传感器与测压口直接密封连接后，再通过压力传感器组件进行双重固定，可以减少管路设计，优化结构布局，解决了测压管路和充气管路难设计的问题。
30.需要说明地是，测压口2和充气口3相互连通且与膜盒为一体，一体化设计可以使密封性更好，例如可以设置成为一个三通口。同时为了减少气体压力的损耗，可以将测压口2与充气口3设置于同一直线上。即经由充气阀5向充气口3充气，气体分为两路，一路充进膜盒内部，另一路经由测压口直接流入压力传感器。由于受海拔、温度和压力等因素的影响，由充气阀充入的气体压力是要经过精确计算得到一个最佳值，并通过压力传感器测量确认
后给出反馈，从而使蓄压器的工作状态最优。
31.在一个实施例中，为了使压力传感器和充气阀更稳定的设置于膜盒端面，可以给予辅助固定。例如，继续参见图1，在压力传感器4 远离连接测压口2的一端设置压力传感器绑定组件6，通过压力传感器绑定组件6将压力传感器4辅助固定于膜盒1的端面，双重固定使压力传感器在运载火箭发生振荡过程中不发生移位。同理，可以在充气阀5远离连接充气口3的一端设置充气阀绑定组件7，通过充气阀绑定组件7将充气阀5辅助固定于膜盒1端面，双重固定可以避免充气阀在运载火箭发生振荡过程中发生移位。
32.参见图2，具体地，压力传感器绑定组件包括焊接于膜盒端面的第一下支架62、第一上支架61、第一安装螺钉63以及毛毡64。毛毡64分别设置于第一上支架61与压力传感器接触面以及第一下支架 62与压力传感器接触面。其中第一上支架61和第一下支架62分别设有装配孔，第一安装螺钉63通过穿过装配孔将压力传感器辅助固定于膜盒端面。压力传感器通过毛毡64分别与第一上支架61和第一下支架62接触并被两者夹紧，再通过第一安装螺钉63同时穿过第一上支架61与第一下支架62的装配孔，将压力传感器辅助固定装配于膜盒端面。本实用新型的实施例通过在压力传感器与支架接触的端面设置毛毡，以补偿压力传感器密封连接位置与上/下支架固定面之间出现的生产偏差，避免压力传感器本体受附加安装应力，消除压力传感器可能发生不良形变的隐性因素。
33.在上述实施例中，为了使第一下支架更牢固的设置在膜盒端面，也为了简化装配工艺，例如，可以将第一下支架直接焊接在膜盒表面。其中第一下支架的具体焊接位置可以按照压力传感器的位置和高度进行最佳设置。
34.参见图3，在一个实施例中，压力传感器支架组件还包括与第一安装螺钉63匹配使用的第一平垫631和第一弹垫632，以同时起到防震和防松的作用。为了使装配即紧固又防松，可以使第一平垫631 与第一上支架接触，第一弹垫632与第一安装螺钉63接触。且第一安装螺钉63表面涂抹低温胶，以增加紧固度。本实用新型实施例通过选择弹垫和平垫搭配使用,可以同时起到保护零部件、防止螺钉松动、减少震动的作用，且在第一安装螺钉的表面涂抹低温胶，可以起到双重紧固防松的作用。
35.同时参见图4和图5，在一个实施例中，充气阀绑定组件包括焊接于膜盒端面的第二下支架71和用于辅助固定的第二安装螺钉72，其中第二下支架71设有用于装配的装配孔，充气阀5还具有安装耳片51。以使第二安装螺钉72穿过充气阀5的安装耳片51和第二下支架71的装配孔后，与第二下支架71紧固连接，从而将充气阀5辅助固定于膜盒1的端面。
36.进一步地，在上述实施例中，充气阀支架组件还包括与第二安装螺钉72匹配使用的第二平垫721和第二弹垫722，以同时起到防震和防松的作用。且所述第二安装螺钉表面涂有低温胶，以增加紧固度。本实用新型的实施例通过选择弹垫和平垫搭配使用,可以同时起到紧固零部件、防止螺钉松动、减少震动的作用，且在第一安装螺钉的表面涂抹低温胶，可以起到双重紧固防松的作用。
37.在上述实施例中，为了简化生产和装配工艺，第一平垫631和第二平垫721可以是同一规格型号的平垫，第一弹垫632和第二弹垫 722也可以是同一规格型号的弹垫。
38.在上述实施例中，充气阀装配至充气口后处于悬臂状态，可能会在运载火箭发动机的振动下发生变形甚至破损，所以充气阀在与充气口安装到位后，可以再通过第二安装螺钉、平垫和弹垫将其二次固定至第二支架。由于各部件在生产过程可能存在一定的生产
误差，可能会导致装配时受力过度进而造成充气阀与充气口接口处发生形变引起泄气。为了避免这种情况发生，例如，可以使充气阀的安装耳片与第二下支架间隙连接。也就是说，对充气阀进行沿着第二安装螺钉径向的限位，沿着第二安装螺钉轴向具有一定的自由度，以减少所述充气阀受到的附加安装应力。例如，可以将充气阀的安装耳片与第二下支架之间设置0.2mm或者0.3mm的间隙，消除因充气阀密封连接和支架限位出现的过约束，避免充气阀本体受到附加安装应力。
39.为了增加压力传感器与测压口接口和充气阀与充气口接口的密封性，参见图5，在一个实施例中，充气口3与充气阀5连接位置分别设有纹路相反的外螺纹，设于充气口3与充气阀5连接位置的外螺纹与第二锁紧螺母的内螺纹匹配设置，以通过第二锁紧螺母8旋转将其二者同时密封连接。其中，充气阀5与充气口3连接位置的内径大于充气口3的外径，当通过第二锁紧锁母8同时旋紧充气阀5与充气口3时，充气阀5逐渐靠近充气口3最终将其包裹。
40.充气阀5通过第二锁紧螺母8与充气口3进行包裹式密封连接。例如，充气口3靠近充气阀5端呈锥状。随着第二锁紧螺母的旋紧，充气口呈锥状的一端逐渐进入充气阀管路直至紧密贴合，进而达到良好的密封效果。
41.同理，在该实施例中，测压口与压力传感器连接位置分别设有纹路相反的外螺纹，设于测压口与压力传感器连接位置的外螺纹与第二锁紧螺母的内螺纹匹配设置，以通过第一锁紧螺母逐渐旋紧将其二者同时密封连接。其中，压力传感器与测压口连接位置的内径大于测压口的外径，当通过第一锁紧锁母同时旋紧压力传感器与测压口时，压力传感器逐渐靠近充气口最终将其包裹。
42.压力传感器通过第一锁紧螺母与测压口进行包裹式密封连接。例如，测压口靠近压力传感器端呈锥状。随着第一锁紧螺母的旋紧，测压口呈锥状的一端逐渐进入压力传感器管路直至紧密贴合，进而达到良好的密封效果。在该实施例中，为了使连接密封效果更好且更容易装配，还可以将压力传感器和充气阀的连接端内孔设置为与上述的锥状端匹配的喇叭状内孔。
43.在上述实施例中，虽然充气口和测压口都具有锥状的一端，压力传感器和充气阀都具有喇叭状的一端，但为了使充气均衡、测压准确及时，可以将其内部的通气管路直径设置为等径，以消除充气过程中通气管路对气体造成的压力损失。
44.继续参见图5，进一步地，为了提升密封端的密封性，降低密封端的安装要求，可以在充气阀3锥状端面和测压口锥状端面分别设置周向凹槽，并在凹槽内设置密封圈a。密封圈a一侧设置于凹槽内，另一侧在锁紧螺母旋紧时与锁紧螺母紧密贴合使连接端实现完全密封，以增加密封端的密封性。在形成密封端面过程中，密封圈a发生形变使密封端面的密封性得到有效提高。其中凹槽的具体位置按照具体转配情况设置，能达到规定的密封效果即可。
45.继续参见图5，在一个实施例中，在膜盒端面上还设有振动传感器预留接口b，以通过螺接振动传感器实现振动幅度的测量。本实用新型的实施例在充气口和测压口的中间位置还设有振动传感器预留接口，可以实现在膜盒测试过程中或者运载火箭发射过程中对膜盒的振动幅度的可靠测量，供膜盒抗振动设计和分析使用。
46.在一个实施例中，充气阀阀口还设有充气堵头，以弥补充气阀内漏引起的膜盒压力损失。本实用新型实施例的充气阀阀口在完成充气后会被关闭，但是为了避免充气阀内
漏而造成膜盒内压力损失，可以在充气阀的阀口设置充气堵头，进而对充气阀阀口进行有效的密封，有效防止气体泄压。
47.以上实施例可以彼此组合，且具有相应的技术效果。
48.本实用新型提供的一种低温运载火箭用膜盒充气与测压装置，使压力传感器和充气阀不通过多余的管路直接至膜盒后，再通过支架将压力传感器和充气阀固定在膜盒端面进行双重固定，取消测压管路和充气管的设计，使膜盒的充气与测压部件均能够稳固地安装在膜盒上，解决了测压和充气管路设计难的问题。该装置抗振动能力强，独立性强，拆装方便，维修性好，集成度高，并且该装置的设计和布局能够减轻膜盒整体的重量以及有效体积。
49.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。