一种大推力运载火箭低温末级贮箱连接支撑结构设计方法

摘要

本发明公开了一种大推力运载火箭低温末级贮箱连接支撑结构设计方法，具体步骤为：步骤一，选材：基于强度与导热率之比，选取在20K-90K的低温区具有较高强度和较低导热率的碳纤维复合材料；步骤二，初步结构设计：考虑结构形式强度和热流量的限制，进行五种初步结构形式设计；步骤三，强度及重量分析：在承受大载荷的拉伸和压缩的情况下，进行拉伸应力、压缩应力和屈曲因子分析；步骤四，热分析：从步骤三中满足强度要求的结构形式中选择热流量最低的结构形式。本发明通过方法优化，将高强度的碳纤维复合材料用于运载火箭低温贮箱的V型20杆结构设计中，满足大推力运载火箭上升段的大载荷要求。

主权项

一种大推力运载火箭低温末级贮箱连接支撑结构设计方法，其特征在于，具体步骤为：步骤一，选材：对强度较大的铝合金、不锈钢及钛合金金属材料以及低导热率的玻璃纤维复合材料和碳纤维复合材料在低温区的纵向拉伸强度和导热率进行对比，在20K‑90K的低温区选取导热率与纵向拉伸强度的比值小于0.001W/(m·K)/MPa的材料，之后在选出的材料中选择拉伸强度至少为1000MPa和导热率不超过0.8W/(m·K)的材料；步骤二，初步结构设计：将连接支撑结构设计成回转体，将其设计成壳段结构和杆系结构两大类五种初步结构，即一种壳段结构和四种杆系结构；步骤三，强度及重量分析：对步骤二中确定的初步四种杆系结构施加百万牛级的轴向拉力和压力载荷，进行拉伸应力、压缩应力分析，判断其最大拉伸应力是否小于材料的拉伸强度，最大压缩应力是否小于材料的压缩强度，同时对整个结构的稳定性进行分析，判断其屈曲因子是否大于预先给定的1‑2的安全系数，若不满足拉伸应力、压缩应力和屈曲因子预设的任一条件，则修改初步结构大小，直至满足条件后，进行重量分析，以重量最小为步骤二中确定的初步四种杆系结构中的最优结构；设置步骤二中确定的壳段结构的重量与上述杆系结构确定的最小重量结构的重量一致，对壳段结构及重量最小的杆系结构进行强度对比，选出一种或多种结构；步骤四，热分析：对步骤三中最终选出的一种或多种结构进行热分析，通过傅立叶定律计算，对比各类结构的热流量，选取传递热流量最小的结构为最优结构。