一种用于等离子发动机的安装结构和等离子发动机的制作方法

1.本发明涉及等离子发动机技术领域，尤其涉及一种用于等离子发动机的安装结构和等离子发动机。


背景技术：

2.等离子发动机是一种先通过热能和电能将介质气化电离形成一定密度分布的等离子体，然后通过电场和磁场将等离子体加速喷出产生反推力以实现推进功能的发动机。由于等离子发动机启动后的工作温度会超过3000k，用于安装固定等离子发动机的安装结构至少需要满足以下条件：第一、在发动机工作载荷的作用下具有足够的结构静强度和刚度，第二、在发动机振动环境下具备足够的动强度和刚度，第三、能够适应产品在工作过程中热变形。
3.目前常用的等离子发动机的安装结构包括安装座体和中段法兰，中段法兰套设于发动机的中段外部，安装座体与中段法兰螺栓连接，采用这种结构，可以通过安装座体和中段法兰支撑固定等离子发动机，但是，这种安装结构整体支撑刚度较差、抗振性能较差，在振动环境下，等离子发动机两端容易发生上下偏摆和左右偏摆，导致等离子发动机的整体稳定性较差。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种用于等离子发动机的安装结构和等离子发动机，以减弱发动机端部的振动偏摆，提高安装结构的抗振性能。
5.为了实现上述目的，第一方面，本发明提供一种用于等离子发动机的安装结构，包括用于安装在等离子发动机上的安装座体，等离子发动机包括发动机本体和中段法兰，安装座体与中段法兰可拆卸连接，安装结构还包括卡环和至少三个连杆组件，卡环套设于发动机本体的端部外侧，至少三个连杆组件沿卡环的周向均匀布设，连杆组件一端与卡环相连，另一端与安装座体相连。
6.采用上述技术方案的情况下，安装座体与等离子发动机的中段法兰相连，通过安装座体和中段法兰可以支撑连接发动机本体，安装结构还包括卡环和至少三个连杆组件，卡环套设于发动机本体的端部外侧，连杆组件一端与卡环相连，另一端与安装座体相连；采用这种结构，首先，通过卡环支撑发动机本体的端部，通过连杆组件连接卡环和安装座体，可以提高安装结构整体的支撑刚度，通过卡环限制发动机本体端部沿卡环径向方向的运动，能够减弱发动机本体端部的振动偏摆，减弱或消除发动机本体端部上下偏摆和左右偏摆的低阶振动模态，提高等离子发动机本体整体的低阶振动频率，从而可以避免等离子发动机与其所在的安装平台发生共振造成结构破坏，有效提升结构的抗振性能；其次，至少三个连杆组件沿卡环的周向均匀布设，通过至少三个连杆组件沿卡环的周向均匀支撑卡环，能够提高卡环的支撑刚度，进而提高发动机本体端部的稳定性，进一步减弱发动机本体端部的振动偏摆，提高安装结构的抗振性能。此外，卡环套设于发动机本体的端部外侧，当发
动机本体端部发生轴向热变形时，卡环可以通过与发动机本体端部相对滑动以适应发动机本体端部沿轴向的热变形。
7.在一些可能的实现方式中，连杆组件包括第一连接座、第二连接座和连接杆，第一连接座固定于安装座体上，第二连接座固定于卡环上，连接杆的两端分别与第一连接座和第二连接座转动连接。如此设置，当发动机本体端部发生径向热变形时，卡环可以通过连杆组件的转动以适应发动机本体端部沿径向的热变形。
8.在一些可能的实现方式中，还包括第一螺纹件，第一连接座上设置有第一螺纹孔，安装座体上设置有第一通孔，第一螺纹件穿过第一通孔与第一螺纹孔螺纹连接；第一通孔的轴向两侧均设置有第一隔热垫。如此设置，通过第一隔热垫阻隔传向连杆组件的热量，进而阻隔发动机本体传向安装结构的热量，减少发动机本体的热损失，提高安装结构的热防护功能。
9.在一些可能的实现方式中，连接杆的材料为非导电陶瓷。如此设置，保证发动机本体的高压电极与安装结构保持绝缘，防止发生短路故障。
10.在一些可能的实现方式中，还包括第二螺纹件，中段法兰上设置有第二螺纹孔，安装座体上设置有连接板，连接板上设置有第二通孔，第二螺纹件穿过第二通孔与第二螺纹孔螺纹连接；第二通孔的轴向两侧均设置有第二隔热垫。如此设置，通过第二隔热垫阻隔中段法兰和安装结构之间的热传递，减少发动机本体的热损失，提高安装结构的热防护功能。
11.在一些可能的实现方式中，第二通孔为长孔。如此设置，可以通过第二通孔适应中段法兰的热膨胀变形。
12.在一些可能的实现方式中，发动机本体沿中段法兰轴向的两端分别为首端和尾端，卡环套设于发动机本体的首端外侧，发动机本体的尾端外侧套设有隔热套；卡环的材料与发动机本体首端的材料相同。如此设置，发动机本体的首端可以通过卡环进行支撑定位，尾端可以通过隔热套进行隔热，减少发动机本体的热损失，提高安装结构的热防护功能；当发动机本体尾端发生轴向热变形时，隔热套可以通过与发动机本体端部相对滑动或轴向形变以适应发动机本体尾端沿轴向的热变形；当发动机本体尾端发生径向热变形时，隔热套可以通过与发动机本体端部径向形变以适应发动机本体尾端沿径向的热变形。
13.在一些可能的实现方式中，还包括第三螺纹件，安装座体包括围设在发动机本体外部的壳体，壳体上设置有与第三螺纹件螺纹配合的第三螺纹孔，第三螺纹件穿过第三螺纹孔抵压隔热套，以将隔热套压紧于发动机本体的尾端表面。如此设置，提高隔热套的稳定性，当发动机本体尾端发生径向热变形时，隔热套可以通过与发动机本体端部径向形变以适应发动机本体尾端沿径向的热变形。
14.在一些可能的实现方式中，发动机本体外部套设有热防护套，热防护套位于发动机本体和壳体之间，热防护套的材料为纳米气凝胶。如此设置，通过热防护套阻断发动机向外的热辐射，提高安装结构的热防护性能。
15.第二方面，本发明还提供一种等离子发动机，包括发动机本体、中段法兰和如上述方案任一项提供的用于等离子发动机的安装结构。
16.采用上述技术方案的情况下，由于等离子发动机采用了本技术中的用于等离子发
动机的安装结构，因此能够减弱发动机端部的振动偏摆，提高安装结构的抗振性能。
附图说明
17.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：图1为本发明安装结构的主视图；图2为本发明安装结构的侧视图；图3为图2在a处的放大示意图。
18.附图标记：1-发动机本体，2-安装座体，3-中段法兰，31-第二通孔，4-卡环，5-连杆组件，6-第一螺纹件，7-第一隔热垫，8-第二螺纹件，9-第二隔热垫，10-发动机电极，11-第三螺纹件，12-隔热套，13-热防护套，14-第四螺纹件，15-金属减振垫，16-设备安装平台。
具体实施方式
19.为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
20.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
21.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。
22.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”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发明和简化描述，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发明的限制。
23.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
24.等离子发动机是一种先通过热能和电能将介质气化电离形成一定密度分布的等离子体，然后通过电场和磁场将等离子体加速喷出产生反推力以实现推进功能的发动机。由于等离子发动机启动后的工作温度会超过3000k，等离子发动机的结构会产生很大的热变形，用于安装固定等离子发动机的安装结构至少需要满足以下条件：第一、在发动机工作载荷的作用下具有足够的结构静强度和刚度，第二、在发动机振动环境下具备足够的动强度和刚度，第三、能够适应产品在工作过程中热变形，第四、减少发动机传导到安装结构上
的热量，既减少发动机的热损失，又能保证发动机安装的结构舱段内的环境温度得到有效控制。
25.目前常用的等离子发动机的安装结构包括安装座体，等离子发动机的中段法兰位于发动机的中段外部且设置于发动机质心附近，安装座体与中段法兰螺栓连接，采用这种结构，安装结构仅支撑固定了发动机质心附近的法兰，发动机整体结构支撑刚度主要依赖于安装结构和发动机自身的联合刚度。在振动环境下，发动机整体结构的低阶振动模态主要是发动机两端“悬臂”结构上下偏摆和左右偏摆，低阶振动频率一般在300hz左右。针对小型等离子体发动机，这种安装结构简单实用；但针对中大型等离子体发动机，在比较恶劣的振动环境下，这种安装结构支撑刚度弱的缺点影响较大。
26.请参阅图1至图3，本发明提供一种用于等离子发动机的安装结构包括用于安装在等离子发动机上的安装座体2，等离子发动机包括发动机本体1和中段法兰3，安装座体2与中段法兰3可拆卸连接，安装结构还包括卡环4和至少三个连杆组件5，卡环4套设于发动机本体1的端部外侧，至少三个连杆组件5沿卡环4的周向均匀布设，连杆组件5一端与卡环4相连，另一端与安装座体2相连。示例性的，中段法兰3与发动机本体1相连，中段法兰3设置于发动机本体1外侧且位于发动机本体1的中段质心附近，连杆组件5设置有三个且三个连杆组件5沿卡环4的周向均匀设置。
27.采用上述技术方案的情况下，安装座体2与等离子发动机的中段法兰3相连，通过安装座体2和中段法兰3可以支撑连接发动机本体1，安装结构还包括卡环4和至少三个连杆组件5，卡环4套设于发动机本体1的端部外侧，连杆组件5一端与卡环4相连，另一端与安装座体2相连；采用这种结构，首先，通过卡环4支撑发动机本体1的端部，通过连杆组件5连接卡环4和安装座体2，可以提高安装结构整体的支撑刚度，通过卡环4限制发动机本体1端部沿卡环4径向方向的运动，能够减弱发动机本体1端部的振动偏摆，减弱或消除发动机本体1端部上下偏摆和左右偏摆的低阶振动模态，提高等离子发动机本体1整体的低阶振动频率，从而可以避免等离子发动机与其所在的安装平台发生共振造成结构破坏，有效提升结构的抗振性能；其次，至少三个连杆组件5沿卡环4的周向均匀布设，通过至少三个连杆组件5沿卡环4的周向均匀支撑卡环4，能够提高卡环4的支撑刚度，进而提高发动机本体1端部的稳定性，进一步减弱发动机本体1端部的振动偏摆，提高安装结构的抗振性能。此外，卡环4套设于发动机本体1的端部外侧，当发动机本体1端部发生轴向热变形时，卡环4可以通过与发动机本体1端部相对滑动以适应发动机本体1端部沿轴向的热变形。
28.如图1和图2所示，进一步地，连杆组件5包括第一连接座、第二连接座和连接杆，第一连接座固定于安装座体2上，第二连接座固定于卡环4上，连接杆的两端分别与第一连接座和第二连接座转动连接。示例性的，连杆组件5设置有三个，其中一个连杆组件5沿竖直方向设置，三个连杆组件5沿卡环4周向均匀布设，第一连接座和第二连接座上设置有转轴，连接杆上设置有穿插转轴的轴孔，连接杆相对于转轴转动。采用这种结构，当发动机本体1端部发生径向热变形时，卡环4可以通过多个连杆组件5的转动进行位置调节，从而适应发动机本体1端部沿径向的热变形。
29.如图2所示，进一步地，安装结构还包括第一螺纹件6，第一连接座上设置有第一螺纹孔，安装座体2上设置有第一通孔，第一螺纹件6穿过第一通孔与第一螺纹孔螺纹连接；第一通孔的轴向两侧均设置有第一隔热垫7。示例性的，一个第一隔热垫7设置于第一螺纹件6
的螺纹头和安装座体2之间，另一个隔热垫设置于安装座体2和第一连接座之间。采用这种结构，通过第一隔热垫7阻隔传向连杆组件5的热量，进而阻隔发动机本体1传向安装结构的热量，减少发动机本体1的热损失，提高安装结构的热防护功能。此外，除了第一通孔的轴向两侧均设置有第一隔热垫7之外，还可以仅有第一通孔的轴向一侧设置有第一隔热垫7。
30.在一些可选方式中，连接杆的材料为非导电陶瓷。其中，非导电陶瓷是一种不具备导电性能的陶瓷，例如氧化铝陶瓷。示例性的，如图1所示，等离子发动机包括发动机电极10，发动机电极10可以形成电场以将等离子体加速喷出产生反推力。采用这种结构，可以保证发动机本体1的发动机电极10与安装结构保持绝缘，防止发动机电极10通过连杆组件5和卡环4与发动机本体1形成回路而发生短路故障。
31.如图1所示，进一步地，安装结构还包括第二螺纹件8，中段法兰3上设置有第二螺纹孔，安装座体2上设置有连接板，连接板上设置有第二通孔31，第二螺纹件8穿过第二通孔31与第二螺纹孔螺纹连接；第二通孔31的轴向两侧均设置有第二隔热垫9。示例性的，第二螺纹件8为螺栓，安装座体2为包围发动机本体1设置的壳体结构，连接板于壳体结构的内壁固定连接或为一体结构，采用这种结构，通过第二隔热垫9阻隔中段法兰3和安装结构之间的热传递，减少发动机本体1的热损失，提高安装结构的热防护功能。
32.如图2和图3所示，进一步地，第二通孔31为长孔。示例性的，中段法兰3上设置有多个第二螺纹孔，且多个第二螺纹孔沿中段法兰3的周向均匀分布，连接板为环形板，连接板上设置有多个第二通孔31，且多个第二通孔31与多个第二螺纹孔相对应，安装结构包括多个第二螺纹件8，第二螺纹件8、第二通孔31和第二螺纹孔的数量相同。示例性的，连接板上设置有四个第二通孔31，且四个第二通孔31分别位于连接板的上、下、左和右四个方位，位于竖直方向的两个第二通孔31为沿竖直方向设置的长孔，位于水平方向的两个第二通孔31为沿水平方向设置的长孔。采用这种结构，可以通过第二通孔31适应中段法兰3的热膨胀变形。
33.如图1所示，进一步地，发动机本体1沿中段法兰3轴向的两端分别为首端和尾端，卡环4套设于发动机本体1的首端外侧，发动机本体1的尾端外侧套设有隔热套12；卡环4的材料与发动机本体1首端的材料相同。示例性的，发动机本体1的尾端具有加注工艺管嘴，隔热套12可以套设于加注工艺管嘴的外部；当卡环4的材料与发动机本体1首端的材料相同时，卡环4与发动机本体1首端的热膨胀系数相同，使得卡环4能够更好地适应发动机本体1首端的热膨胀变形。采用这种结构，发动机本体1的首端可以通过卡环4进行支撑定位，尾端可以通过隔热套12进行隔热，减少发动机本体1的热损失，提高安装结构的热防护功能；当发动机本体1尾端发生轴向热变形时，隔热套12可以通过与发动机本体1端部相对滑动或轴向形变以适应发动机本体1尾端沿轴向的热变形；当发动机本体1尾端发生径向热变形时，隔热套12可以通过与发动机本体1端部径向形变以适应发动机本体1尾端沿径向的热变形。
34.如图1所示，进一步地，安装结构还包括第三螺纹件11，安装座体2包括围设在发动机本体1外部的壳体，壳体上设置有与第三螺纹件11螺纹配合的第三螺纹孔，第三螺纹件11穿过第三螺纹孔抵压隔热套12，以将隔热套12压紧于发动机本体1的尾端表面。示例性的，第三螺纹件11为螺钉，壳体包括围设在发动机本体1的尾端以增加发动机本体1尾端支撑刚度的支撑壳体部，第三螺纹孔设置于支撑壳体部上。采用这种结构，通过第三螺纹件11压紧隔热套12，能够提高隔热套12的稳定性，当发动机本体1尾端发生径向热变形时，隔热套12
可以通过与发动机本体1端部径向形变以适应发动机本体1尾端沿径向的热变形。
35.如图1所示，进一步地，发动机本体1外部套设有热防护套13，热防护套13位于发动机本体1和壳体之间，热防护套13的材料为纳米气凝胶。采用这种结构，通过热防护套13阻断发动机向外的热辐射，能够提高安装结构的热防护性能。
36.在一些可选方式中，安装结构还包括用于与设备安装平台16连接的连接结构，本实施例连接结构金属减振垫15和第四螺纹件14，安装座体2上设置有第三通孔，第四螺纹件14穿过第三通孔与设备安装平台16连接，第三通孔的轴向两侧均设置有金属减振垫15，通过金属减振垫15可以对安装结构进行减振，从而进一步提高安装结构的减振性能。
37.第二方面，本发明还提供一种等离子发动机，包括发动机本体1、中段法兰3和如上述实施例提供的用于等离子发动机的安装结构。
38.采用上述技术方案的情况下，安装座体2与等离子发动机的中段法兰3相连，通过安装座体2和中段法兰3可以支撑连接发动机本体1，安装结构还包括卡环4和至少三个连杆组件5，卡环4套设于发动机本体1的端部外侧，连杆组件5一端与卡环4相连，另一端与安装座体2相连；采用这种结构，首先，通过卡环4支撑发动机本体1的端部，通过连杆组件5连接卡环4和安装座体2，可以提高安装结构整体的支撑刚度，通过卡环4限制发动机本体1端部沿卡环4径向方向的运动，能够减弱发动机本体1端部的振动偏摆，减弱或消除发动机本体1端部上下偏摆和左右偏摆的低阶振动模态，提高等离子发动机本体1整体的低阶振动频率，从而可以避免等离子发动机与其所在的安装平台发生共振造成结构破坏，有效提升结构的抗振性能；其次，至少三个连杆组件5沿卡环4的周向均匀布设，通过至少三个连杆组件5沿卡环4的周向均匀支撑卡环4，能够提高卡环4的支撑刚度，进而提高发动机本体1端部的稳定性，进一步减弱发动机本体1端部的振动偏摆，提高安装结构的抗振性能。此外，卡环4套设于发动机本体1的端部外侧，当发动机本体1端部发生轴向热变形时，卡环4可以通过与发动机本体1端部相对滑动以适应发动机本体1端部沿轴向的热变形。
39.在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
40.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种用于等离子发动机的安装结构，包括用于安装在等离子发动机上的安装座体，所述等离子发动机包括发动机本体和中段法兰，所述安装座体与所述中段法兰可拆卸连接，其特征在于，还包括卡环和至少三个连杆组件，所述卡环套设于所述发动机本体的端部外侧，至少三个所述连杆组件沿所述卡环的周向均匀布设，所述连杆组件一端与所述卡环相连，另一端与所述安装座体相连。2.根据权利要求1所述的用于等离子发动机的安装结构，其特征在于，所述连杆组件包括第一连接座、第二连接座和连接杆，所述第一连接座固定于所述安装座体上，所述第二连接座固定于所述卡环上，所述连接杆的两端分别与所述第一连接座和所述第二连接座转动连接。3.根据权利要求2所述的用于等离子发动机的安装结构，其特征在于，还包括第一螺纹件，所述第一连接座上设置有第一螺纹孔，所述安装座体上设置有第一通孔，所述第一螺纹件穿过所述第一通孔与所述第一螺纹孔螺纹连接；所述第一通孔的轴向两侧均设置有第一隔热垫。4.根据权利要求2所述的用于等离子发动机的安装结构，其特征在于，所述连接杆的材料为非导电陶瓷。5.根据权利要求1所述的用于等离子发动机的安装结构，其特征在于，还包括第二螺纹件，所述中段法兰上设置有第二螺纹孔，所述安装座体上设置有连接板，所述连接板上设置有第二通孔，所述第二螺纹件穿过所述第二通孔与所述第二螺纹孔螺纹连接；所述第二通孔的轴向两侧均设置有第二隔热垫。6.根据权利要求5所述的用于等离子发动机的安装结构，其特征在于，所述第二通孔为长孔。7.根据权利要求1所述的用于等离子发动机的安装结构，其特征在于，所述发动机本体沿所述中段法兰轴向的两端分别为首端和尾端，所述卡环套设于所述发动机本体的首端外侧，所述发动机本体的尾端外侧套设有隔热套；所述卡环的材料与所述发动机本体首端的材料相同。8.根据权利要求7所述的用于等离子发动机的安装结构，其特征在于，还包括第三螺纹件，所述安装座体包括围设在所述发动机本体外部的壳体，所述壳体上设置有与所述第三螺纹件螺纹配合的第三螺纹孔，所述第三螺纹件穿过所述第三螺纹孔抵压所述隔热套，以将所述隔热套压紧于所述发动机本体的尾端表面。9.根据权利要求8所述的用于等离子发动机的安装结构，其特征在于，所述发动机本体外部套设有热防护套，所述热防护套位于所述发动机本体和所述壳体之间，所述热防护套的材料为纳米气凝胶。10.一种等离子发动机，其特征在于，包括发动机本体、中段法兰和如权利要求1-9任一项所述的用于等离子发动机的安装结构。

技术总结
本发明公开一种用于等离子发动机的安装结构和等离子发动机，涉及等离子发动机技术领域，以解决等离子发动机的安装结构抗振性能较差的问题。所述用于等离子发动机的安装结构包括用于安装在等离子发动机上的安装座体，等离子发动机包括发动机本体和中段法兰，安装座体与中段法兰可拆卸连接，安装结构还包括卡环和至少三个连杆组件，卡环套设于发动机本体的端部外侧，至少三个连杆组件沿卡环的周向均匀布设，连杆组件一端与卡环相连，另一端与安装座体相连。所述等离子发动机包括上述方案所提的用于等离子发动机的安装结构。用于等离子发动机的安装结构。用于等离子发动机的安装结构。


技术研发人员：李光熙 石波 杨广杰 谭畅 魏建国 杨立博 韩先伟 方吉汉
受保护的技术使用者：西安航天动力研究所
技术研发日：2023.06.08
技术公布日：2023/9/20