[发明专利]一种独立的拱形带支撑的高低温连接结构

说明书

一种独立的拱形带支撑的高低温连接结构，为左右对称结构，左右结构相同，均包括起到主要支撑的作用的主级支撑梁、次级弧部支撑梁、次级底部支撑梁、拱形连接梁、尾端支撑梁、支撑梁外伸侧螺栓脚、支撑梁外伸侧螺栓台、无支撑梁外伸侧螺栓脚。支撑梁外伸侧螺栓脚、支撑梁外伸侧螺栓台位于高温端，无支撑梁外伸侧螺栓脚位于低温端。其中，次级支撑梁将载荷传递到主级支撑梁上；拱形连接梁是连接的主体部分，也是高温端低温端的主要过渡部分。本发明采用楔形螺栓连接安装，可有效降低与连接件连接的热端结构如陶瓷罩等，有效减轻结构之间的热失配现象。同时加装次级梁的支撑结构件，可提高连接件承受外力载荷的能力，整体增强高低温连接结构的强度。

技术领域

本发明属于一种用于高速飞行器雷达罩与箭体金属结构的拱形带支撑高低温连接结构，在减轻结构重量的情况下，可有效降低金属与陶瓷罩热膨胀系数不匹配而产生的过高热应力，同时满足飞行器陶瓷罩在气动载荷作用下的承载需求。

背景技术

高速飞行器飞行过程中，面临极端气动热环境，飞行器各部件之间的温度梯度大。因此，常需要将高温端与低温端相连接，如雷达罩和机体之间的连接。同时，由于连接件结构需满足高温环境下的结构承载需求，其与高温端被连接结构的热膨胀系数常有不同，且由于存在较大的温度梯度，高低温结构之间容易发生热失配现象，使得两者之间产生过高的热应力，进而导致飞行器结构的整体失效。

工程中常见的连接结构，通常是由板面结构、梁结构，壳结构等基础子结构组件通过一定的连接方式构建起来的结构功能体，相比独立的单一材料部件，结构设计复杂，通用性低。在航空航天领域，由于复杂的载荷和严峻的工作环境，高速飞行器中的连接结构件设计尤为系统繁琐，杠、梁、壳等基础结构通常通过螺栓连接，粘接，焊接等方式固定在一起，通过铰链，齿轮，弹簧，锁定器等连接方式形成活动机构。为了保证连接结构的可靠性通常需对各组件进行结构增强，这就导致了整体结构质量的增加。

针对上述问题，本发明提出了一种基于高温合金的拱形带支撑高低温连接结构。基于热结构的拓扑优化技术，找出高低温连接结构在高温度梯度作用下的应力应变曲线。所设计出的高低温结构为带有螺栓连接孔的拱形连接梁4和支撑梁的组合体。该结构可在满足气动载荷加载的同时，降低支撑梁在连接件结构径向的热膨胀位移。并且由于采用高温合金单一材料作为连接件的主体材料，使得所设计的连接件结构可以保证结构承载的情况下，满足轻量化设计需求。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种带支撑的高低温连接结构设计，不仅满足加载外载荷的强度要求，也能有效缓解因热膨胀引起的热应力问题。由于高速飞行器具有对称性，本发明中所设计的高低温连接件为左右对称结构。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种拱形带支撑的高低温连接结构，为左右对称结构，左右结构相同，均包括主级支撑梁、次级弧部支撑梁2、次级底部支撑梁3、拱形连接梁4、尾端支撑梁5、支撑梁外伸侧螺栓脚6、支撑梁外伸侧螺栓台7、无支撑梁外伸侧螺栓脚8。支撑梁外伸侧螺栓脚6、支撑梁外伸侧螺栓台7位于高温端，无支撑梁外伸侧螺栓脚8位于低温端。

所述的两个主级支撑梁1为长条状结构，方向一致且均与竖直方向成一定角度，两个主级连接梁1的两端相互连接，围成一个矩形，起到相互抑制变形的作用。所述每个主级支撑梁1的上端连接一个次级弧部支撑梁2，下端连接一个次级底部支撑梁3，且主级支撑梁1端部位于次级弧部支撑梁2和次级底部支撑梁3的多根梁结构的交汇处。本发明中主级支撑梁1用于起到主要支撑的作用，增加整体的刚度，当结构发生剧烈热膨胀时，能将连接件结构的纵向变形转换为横向变形，从而降低与之相连的低膨胀结构的热膨胀应力。支撑梁的形状、尺寸大小由整体结构所受的载荷大小、热边界条件确定。