运载火箭新型支承舱结构设计与分析

论文摘要

运载火箭支承舱位于火箭末级动力舱与有效载荷之间，是箭体结构中重要的承载和连接结构，因此，支承舱结构设计成为箭体结构设计中的重要环节。本文以某运载火箭新型支承舱的研制任务为背景，以总体提出的结构设计要求为依据，对该型号运载火箭支承舱结构进行了方案设计、结构详细设计、结构力学性能计算和分析等工作。具体工作主要包括：(1)依据总体提出的结构设计要求，对常见的几种支承舱构型方案进行了比较和初选，并对初选后保留的复合材料加筋壳和蜂窝夹层壳两种构型方案进行初步设计。支承舱结构方案设计主要包括了结构外形设计、接口尺寸设计、主结构形式和连接方式的选择。(2)依据结构刚度和强度的设计要求，对两种初选支承舱构型方案进行结构详细设计，给出了完整的支承舱结构初步设计方案。支承舱结构详细设计中确定了各个结构零部件的形状、材料和尺寸细节，同时也给出了具体的连接设计参数。(3)利用NASTRAN软件对支承舱结构初步设计方案进行静力分析和模态分析，并依据分析结果，对支承舱结构中的薄弱零部件或连接区域进行补强设计，进而给出两种结构构型支承舱的最终设计方案和主要力学性能参数。(4)对两种构型支承舱的最终设计方案和主要力学性能参数进行分析讨论，给出满足研制任务要求的最优设计方案。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 图表清单
• 注释表
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 支承舱结构简介
• 1.1.2 航天器结构材料特点
• 1.1.3 航天器主结构形式特点
• 1.2 课题的研究现状
• 1.2.1 复合材料在航天结构中的应用
• 1.2.2 新型轻合金在航天结构中的应用
• 1.2.3 国内外运载火箭支承舱的发展现状
• 1.3 本文主要研究内容
• 第二章 支承舱结构设计的基本理论
• 2.1 引言
• 2.2 支承舱结构设计的特点和原则
• 2.2.1 设计特点
• 2.2.2 设计原则
• 2.3 支承舱结构设计的技术要求
• 2.4 本章小结
• 第三章 支承舱结构设计
• 3.1 引言
• 3.2 结构设计要求
• 3.2.1 结构包络尺寸及接口要求
• 3.2.2 开口要求
• 3.2.3 载荷要求
• 3.2.4 力学性能要求
• 3.3 支承舱的结构构型设计
• 3.3.1 构型方案初步设计
• 3.3.2 构型方案比较
• 3.3.3 构型方案详细设计
• 3.4 复合材料加筋壳支承舱结构详细设计
• 3.4.1 设计载荷的确定
• 3.4.2 适配器端框设计[27]
• 3.4.3 复合材料蒙皮设计
• 3.4.4 复合材料加强筋设计
• 3.4.5 复合材料端框设计
• 3.4.6 连接设计
• 3.5 蜂窝夹层支承舱结构详细设计[29]
• 3.5.1 设计载荷的确定
• 3.5.2 蜂窝夹层板设计
• 3.5.3 适配器端框设计
• 3.5.4 支承舱下端框设计
• 3.5.5 连接设计
• 3.6 支承舱初步设计方案总结
• 3.7 本章小结
• 第四章 支承舱力学特性分析
• 4.1 引言
• 4.2 复合材料加筋壳支承舱
• 4.2.1 轴向压缩工况下的静力分析
• 4.2.2 轴向拉伸工况下的静力分析
• 4.2.3 组合系统模态分析
• 4.2.4 复合材料加筋壳支承舱最终设计方案
• 4.3 蜂窝夹层壳支承舱
• 4.3.1 轴向压缩工况下的静力分析
• 4.3.2 轴向拉伸工况下的静力分析
• 4.3.3 组合系统模态分析
• 4.3.4 蜂窝夹层壳支承舱最终设计方案
• 4.4 方案比较及最优方案的选取
• 4.5 本章小结
• 第五章 全文总结与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 进一步工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的文章