顶部预置球窝的椭球形金属隔膜的制作方法

1.本发明涉及飞行器动力系统的液体推进剂挤压-隔离装置领域，具体地，涉及一种顶部预置球窝的椭球形金属隔膜。


背景技术：

2.金属隔膜作为推进剂贮箱的重要挤压-隔离管理装置之一，由于可靠性高、结构简单等特点，被广泛应用于各类飞行器动力系统中。其自身可实现气液隔离，并且在气体压力作用下通过自身的变形实现推进剂的排出。根据所制成材料的不同，隔膜可分为金属隔膜和非金属隔膜。其中，金属隔膜既可以满足各类飞行器系统长期预包装需求，同时结构的简单性，从而保证可靠性。常规的金属隔膜通常采用赤道设置r翻边，从而实现从赤道开始的有序翻转，但是对于长半轴rx/短半轴ry比值大于1的椭球形金属隔膜，由于顶部的弯矩过大，容易在翻转过程中顶部提前塌陷失稳，产生赤道和顶部的同时翻转的双向褶皱，导致金属隔膜翻转过程中破裂，从而无法实现有序可靠翻转。因此，需要设计一种能实现有序可靠变形的椭球形金属隔膜，用以解决上述问题。
3.经现有技术检索发现，公开号为cn113247311a，公开了一种柱形隔膜，该柱形隔膜包括隔膜筒体、充气接头和装配接头。隔膜筒体由筒身、封头一和封头二组成，各部分之间无缝连接，其内表面所形成的内腔用于充装增压气体；充气接头与隔膜筒体的封头一在极孔处连接并与隔膜筒体的内腔连通，用于隔膜的装配和充放气；装配接头与隔膜筒体的封头二在极孔处连接，用于隔膜的装配。该专利技术就存在上述相应问题。


技术实现要素：

4.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种顶部预置球窝的椭球形金属隔膜。
5.根据本发明提供的一种顶部预置球窝的椭球形金属隔膜，包括球窝段、过渡段以及椭球段；
6.所述球窝段、所述过渡段以及所述椭球段顺次连接形成沿长轴方向切开呈半椭球形的金属隔膜，所述球窝段呈球形凹陷并位于金属隔膜的顶部，所述椭球段的型面为椭球形，所述过渡段为所述球窝段和所述椭球段之间相切过渡的圆弧段。
7.一些实施方式中，所述球窝段为基础壁厚，自所述球窝段与所述过渡段的连接边缘至所述椭球段的开口边缘的壁厚逐渐增加并保持圆滑过渡。
8.一些实施方式中，自所述球窝段与所述过渡段的连接边缘至所述椭球段的开口边缘的壁厚的累计增厚为0.5～3mm。
9.一些实施方式中，所述球窝段的壁厚为0.5～2mm，所述球窝段的半径为20～50mm，所述球窝段的凹陷顶点相对所述椭球段的深度h为5～30mm。
10.一些实施方式中，所述椭球段的长半轴r
x
与短半轴ry的比值为1～3。
11.一些实施方式中，所述过渡段的半径为100～200mm。
12.一些实施方式中，还包括筋条，所述筋条为沿金属隔膜外周面的纬向间隔设置的环状凸起。
13.一些实施方式中，所述筋条为截面是矩形的环形条。
14.一些实施方式中，所述筋条的凸起高度h为0.5～1.5mm，宽度t1为1～2mm,所述筋条与金属隔膜表面接触的两侧倒角r1位0.1～0.3mm。
15.一些实施方式中，设置于金属隔膜外周面上的所述筋条为3～10条。
16.与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
17.1、本发明利用顶部预置的球窝段的球窝结构，让容易失稳的顶部作为导引槽，椭球形金属隔膜首先从顶部进行翻转，从而实现椭球形金属隔膜的可靠有序翻转，有效解决了传统赤道设置r弯角，从赤道r弯角逐渐开始翻转的方式下无法解决的顶部提前失稳的问题，确保了翻转的可靠性。
18.2、本发明打破了传动金属隔膜难以实现长短半轴比值大于1的椭球形金属隔膜的结构限制，满足飞行器推进剂金属隔膜贮箱轴向安装空间紧凑的需求。
19.3、本发明通过于金属隔膜上设置环状筋条，使椭球形金属隔膜在排出过程中质心稳定不偏移、翻转过程无侧向失稳、无液体晃动，有利于飞行器的姿态控制。
20.4、本发明椭球形金属隔膜能够保证可贮存液体的长期贮存和高温气体的长期接触，有利于导弹武器动力系统推进剂的预包装和高温燃气增压系统的应用。
21.5、本发明顶部预置球窝的椭球形金属隔膜翻转过程压差稳定，有利于高效率地排出贮箱内的液体；
附图说明
22.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
23.图1为本发明提供的顶部预置球窝的椭球形金属隔膜的三维图；
24.图2为本发明提供的顶部预置球窝的椭球形金属隔膜的二维剖视图；
25.图3为本发明提供的顶部预置球窝的椭球形金属隔膜的筋条局部放大图。
具体实施方式
26.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
27.实施例1
28.本实施例提供了一种顶部预置球窝的椭球形金属隔膜，如图1-3所示，包括球窝段1、过渡段2以及椭球段3。球窝段1、过渡段2以及椭球段3三者顺次连接成沿长轴方向切开呈半椭球形的金属隔膜。球窝段1位于金属隔膜的顶部。球窝段1呈球形凹陷，且球形凹陷状的球窝段1的凹陷顶部位于金属隔膜的内腔中。球窝段1的半径为20～50mm，其深度h为5～30mm。所谓球窝段1的深度h是指球窝段1的凹陷顶部相对于椭球段3的型面延长线的顶部两者之间的距离，如图2所示。过渡段2为夹于球窝段1和椭球段3之间相切过渡的圆弧段。过渡
段2的半径为100～200mm。椭球段3的型面为椭球形。椭球段3的一端与过渡段2相切过渡连接，另一端为开口部。球窝段1、过渡段2以及椭球段3三者一体成型为金属隔膜。椭球形3的开口部可采用电子束、氩弧焊、激光焊等热熔焊接方法与外部部件连接。
29.本实施例中，利用顶部预置的球窝段的球窝结构，让容易失稳的顶部作为导引槽，椭球形金属隔膜首先从顶部进行翻转，从而实现椭球形金属隔膜的可靠有序翻转，有效解决了传统赤道设置r弯角，从赤道r弯角逐渐开始翻转的方式下无法解决的顶部提前失稳的问题，确保了翻转的可靠性。
30.一些实施方式中，球窝段1作为基础壁厚，自球窝段1与过渡段2的过渡连接处至椭球段3的开口边缘处的壁厚逐步增加且圆滑过渡。其球窝段1作为基础壁厚是指其该段内的壁厚为等壁厚设置且为最薄。一些实施方式中，球窝段1的壁厚t为0.5～2mm，而自球窝段1与过渡段2的过渡连接处至椭球段3的开口边缘处的累计增厚为0.5～3mm。所谓累计增厚是指自球窝段1与过渡段2的过渡连接处的壁厚与椭球段3的开口边缘处的壁厚差值。球窝段作为基础壁厚，球窝段之后的壁厚开始逐渐变厚，不仅能够进一步提高导引作用，而且能够确保翻转的可靠性。
31.在一些实施方式中，椭球段3的长半轴r
x
与短半轴ry的比值为1-3。在椭球形金属隔膜顶部预置球窝的结构基础上，椭球段3的长短半轴的比值可大于1，打破了传动金属隔膜难以实现长短半轴比值大于1的椭球形金属隔膜的结构限制，满足飞行器推进剂金属隔膜贮箱轴向安装空间紧凑的需求。
32.实施例2
33.本实施例2是在实施例1的基础上形成，通过于金属隔膜上设置环状筋条，使椭球形金属隔膜在排出过程中质心稳定不偏移、翻转过程无侧向失稳、无液体晃动，有利于飞行器的姿态控制。具体地：
34.如图1-3所示，金属隔膜的表面上形成有环状凸起的筋条4。筋条4的数量为3～10条。多条筋条4沿金属隔膜的外周面的不同维度间隔设置。筋条4主要分布在椭形段3、过渡段2的外周面上。一些实施方式中，筋条4的截面形状为矩形。截面为矩形的筋条4的凸起高度h为0.5～1.5mm，宽度t1为1～2mm。截面为矩形的筋条4两侧面与金属隔膜的外周面的连接处的倒角r1为0.1～0.3mm。通过对筋条4的截面形状以及相应参数的优化设计，进一步提高对金属隔膜翻转过程的稳定性。
35.相对于现有技术中采用常规赤道预置r翻边的形式，翻转过程膜片顶部容易提前失稳，从而无法有序翻转的问题，本发明不仅解决了长短轴比值过大的椭球形金属隔膜，具有轴向尺寸小、可靠性高、排放质心偏移小、翻转过程无侧向失稳等优点。
36.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
37.以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本技术的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

技术特征：
1.一种顶部预置球窝的椭球形金属隔膜，其特征在于，包括球窝段(1)、过渡段(2)以及椭球段(3)；所述球窝段(1)、所述过渡段(2)以及所述椭球段(3)顺次连接形成沿长轴方向切开呈半椭球形的金属隔膜，所述球窝段(1)呈球形凹陷并位于金属隔膜的顶部，所述椭球段(3)的型面为椭球形，所述过渡段(2)为所述球窝段(1)和所述椭球段(3)之间相切过渡的圆弧段。2.根据权利要求1所述的顶部预置球窝的椭球形金属隔膜，其特征在于，所述球窝段(1)为基础壁厚，自所述球窝段(1)与所述过渡段(2)的连接边缘至所述椭球段(3)的开口边缘的壁厚逐渐增加并保持圆滑过渡。3.根据权利要求1所述的顶部预置球窝的椭球形金属隔膜，其特征在于，自所述球窝段(1)与所述过渡段(2)的连接边缘至所述椭球段(3)的开口边缘的壁厚的累计增厚为0.5～3mm。4.根据权利要求1所述的顶部预置球窝的椭球形金属隔膜，其特征在于，所述球窝段(1)的壁厚为0.5～2mm，所述球窝段(1)的半径为20～50mm，所述球窝段(1)的凹陷顶点相对所述椭球段(3)的深度h为5～30mm。5.根据权利要求1所述的顶部预置球窝的椭球形金属隔膜，其特征在于，所述椭球段(3)的长半轴r
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与短半轴r
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的比值为1～3。6.根据权利要求1所述的顶部预置球窝的椭球形金属隔膜，其特征在于，所述过渡段(2)的半径为100～200mm。7.根据权利要求1所述的顶部预置球窝的椭球形金属隔膜，其特征在于，还包括筋条(4)，所述筋条(4)为沿金属隔膜外周面的纬向间隔设置的环状凸起。8.根据权利要求1所述的顶部预置球窝的椭球形金属隔膜，其特征在于，所述筋条(4)为截面是矩形的环形条。9.根据权利要求1所述的顶部预置球窝的椭球形金属隔膜，其特征在于，所述筋条(4)的凸起高度h为0.5～1.5mm，宽度t1为1～2mm,所述筋条(4)与金属隔膜表面接触的两侧倒角r1位0.1～0.3mm。10.根据权利要求1所述的顶部预置球窝的椭球形金属隔膜，其特征在于，设置于金属隔膜外周面上的所述筋条(4)为3～10条。

技术总结
本发明涉及飞行器动力系统的液体推进剂挤压-隔离装置领域内的一种顶部预置球窝的椭球形金属隔膜，包括球窝段、过渡段以及椭球段；所述球窝段、所述过渡段以及所述椭球段顺次连接形成沿长轴方向切开呈半椭球形的金属隔膜，所述球窝段呈球形凹陷并位于金属隔膜的顶部，所述椭球段的型面为椭球形，所述过渡段为所述球窝段和所述椭球段之间相切过渡的圆弧段。本发明利用顶部预置的球窝段的球窝结构，让容易失稳的顶部作为导引槽，椭球形金属隔膜首先从顶部进行翻转，从而实现椭球形金属隔膜的可靠有序翻转，有效解决了传统赤道设置R弯角，从赤道R弯角逐渐开始翻转的方式下无法解决的顶部提前失稳的问题，确保了翻转的可靠性。确保了翻转的可靠性。确保了翻转的可靠性。


技术研发人员：施华 葛宁 乔艳伟 范凯 王晓玲 柳盈含 冯明宇
受保护的技术使用者：上海空间推进研究所
技术研发日：2022.12.26
技术公布日：2023/6/12