具有最佳架构的辅助助推器
阅读说明：本技术 具有最佳架构的辅助助推器 (Auxiliary booster with optimal structure ) 是由 尼古拉斯·库科 让·巴普蒂斯特·德伊特 皮埃尔·拉维兹 让·米歇尔·拉里厄 于 2018-11-29 设计创作，主要内容包括：一种辅助的固体推进剂助推器(100),其旨在被附接至发射器的本体,所述助推器(100)包括圆柱形本体(110),该圆柱形本体在纵向方向(X-X’)上在与喷嘴(130)连通的后端(120)和由圆锥形结构(150)形成的前端(140)之间延伸,圆锥形结构(150)连接至助推器的圆柱形本体(110)。圆柱形本体(110)界定第一内部体积(111),并且前端的圆锥形结构(150)界定第二内部体积(151)。辅助助推器包括固体推进剂装料(160)。圆柱形本体(110)的第一内部体积(111)与圆锥形结构(150)的第二内部体积(151)连通。固体推进剂装料(160)存在于第一和第二内部体积(111、151)两者中。(A secondary solid propellant booster (100) intended to be attached to the body of a launcher, said booster (100) comprising a cylindrical body (110) extending in a longitudinal direction (X-X') between a rear end (120) communicating with a nozzle (130) and a front end (140) formed by a conical structure (150), the conical structure (150) being connected to the cylindrical body (110) of the booster. The cylindrical body (110) defines a first internal volume (111) and the conical structure (150) of the front end defines a second internal volume (151). The booster includes a solid propellant charge (160). The first internal volume (111) of the cylindrical body (110) communicates with the second internal volume (151) of the conical structure (150). A solid propellant charge (160) is present in both the first and second internal volumes (111, 151).)
背景技术
本发明涉及固体推进剂助推器的领域，并且更具体地，涉及旨在被附接至发射器的本体上的辅助助推器。
如图1所示，辅助助推器10包括具有圆柱形形状的壳体11，该圆柱形形状在纵向方向上在与喷嘴13连通的后端面12和闭合的前端面14之间延伸。构成辅助助推器的贮存器的壳体11包括固体推进剂装料17，在壳体的前端面14处存在启动装置18。壳体11的前端面14覆盖有盖或圆锥形结构15，盖或圆锥形结构15确保前端面具有空气动力学保护。帽15借助于应用于壳体的前端面的裙部16附接至壳体11。
文献US 5131610公开了这种类型的辅助助推器。
一方面，裙部16和壳体11的前端面之间的连接，另一方面，盖15和裙部16之间的连接，必须具有优异的机械强度，以便抵抗辅助助推器经受的空气动力载荷。这些部件以及它们的连接实施起来昂贵且复杂。
因此，需要具有降低的制造成本的固体推进剂辅助助推器。
发明内容
这个目的是由固体推进剂辅助助推器而实现的，其旨在附接至发射器的本体，该助推器包括圆柱形本体，该圆柱形本体在纵向方向上在与喷嘴连通的后端面和由圆锥形结构形成的前端面之间延伸，圆锥形结构连接至助推器的圆柱形本体，圆柱形本体界定第一内部体积，并且前端面的圆锥形结构界定第二内部体积，所述辅助助推器包括固体推进剂装料，其特征在于，圆柱形本体的第一内部体积与圆锥形结构的第二内部体积连通，其中固体推进剂装料存在于第一内部体积和第二内部体积两者中，并且其中辅助助推器还包括存在于所述辅助助推器的后端面处的固体推进剂装料的点火装置。
在助推器的圆柱形本体的延续部中制造圆锥形结构时，助推器的前部的结构被大大简化，特别是因为不再需要应用裙部以确保助推器的本体与空气动力学保护元件之间的连接，也不必管理三个元件(助推器壳体、裙部和盖)之间的精密连接。
此外，通过将圆柱形本体的内部体积与圆锥形结构的内部体积结合，增加了辅助助推器的固体推进剂装料量。因此，对于给定的装料体积，可以制造具有较小尺寸的辅助助推器，从而进一步降低其制造成本。
此外，将用于固体推进剂装料的点火装置放置在辅助助推器的后端面允许优化由圆柱形本体和圆锥形结构形成的组件中的装料体积。
根据本发明的辅助助推器的一个实施方式，圆柱形本体和前端面的圆锥形结构由金属材料制成。
根据本发明的辅助助推器的另一个实施方式，圆柱形本体和前端面的圆锥形结构由有机基质复合材料制成。
本发明的目的还在于一种固体推进剂辅助助推器的制造方法，该固体推进剂辅助助推器旨在被附接至发射器的本体，助推器包括圆柱形本体，该圆柱形本体在纵向方向上在与喷嘴连通的后端面与由圆锥形结构形成的前端面之间延伸，圆锥形结构连接至助推器的圆柱形本体，圆柱形本体界定第一内部体积，并且前端面的圆锥形结构界定第二内部体积，所述辅助助推器包括固体推进剂装料，其特征在于，该方法包括组件的生产，该组件包括圆柱形本体和形成助推器的前端面的圆锥形结构，圆柱形本体的第一内部体积与圆锥形结构的第二内部体积连通，其中固体推进剂装料存在于第一内部体积和第二内部体积两者中，并且其中固体推进剂装料的点火装置被放置在所述辅助助推器的后部区域处。
根据本发明的一个实施方式，包括圆柱形本体和前端面的圆锥形结构的组件由金属材料制成，圆锥形结构通过焊接或钎焊或其他机械连接附接至圆柱形本体的上游端。
根据本发明的方法的一个特定特征，圆柱形本体和前端面的圆锥形结构各自在其组装之前或之后填充有固体推进剂。
根据本发明的方法的一个特定特征，圆柱形本体是通过组装多个圆柱形护罩区段来制成的，每个区段在其与另一个区段组装之前或之后填充有固体推进剂。
根据本发明的另一个实施方式，包括圆柱形本体和前端面的圆锥形结构的组件由有机基质复合材料制成。圆柱形本体和圆锥形结构可以一起生产，即制成单件。圆柱形本体和圆锥形结构也可以分开生产，然后组装在一起，圆柱形本体和圆锥形结构能够在其组装之前或之后填充有固体推进剂。圆柱形本体还可以由彼此独立地制造并且然后组装的多个护罩区段来生产，这些区段能够在其组装之前或之后填充有固体推进剂。
附图说明
本发明的其他特征和优点将通过参考附图以非限制性示例的方式给出的本发明的
具体实施方式
的以下描述来揭示，其中：
-图1是根据现有技术的辅助助推器的示意性截面图；
-图2是符合本发明的一个实施方式的辅助助推器的示意性截面图；
-图3A至图3D示出了图2的辅助助推器的制造步骤；
-图4示出了图2的助推器的制造替代方案；
-图5是符合本发明实施方式的辅助助推器的示意性截面图；
-图6A至6D示出了图4的辅助助推器的制造步骤；
-图7示出了图5的助推器的制造替代方案。
具体实施方式
图2示出了根据本发明的实施方式的辅助助推器100。辅助助推器100包括圆柱形本体110，圆柱形本体110在纵向方向X-X’上在与喷嘴130连通的后部区域或部分120(这里描述的示例中)和由圆锥形结构150形成的前端面140之间延伸，圆锥形结构150连接至助推器的圆柱形本体110。
在该实施方式中，圆柱形本体110和形成前端面140的圆锥形结构150由金属材料制成，例如钢或钛或铝。
圆柱形本体110界定第一内部体积111，而前端面140的圆锥形结构150界定第二内部体积151。根据本发明，圆柱形本体110的第一内部体积111与圆锥形结构150的第二内部体积151连通。仍然根据本发明，固体推进剂装料160存在于第一内部体积111和第二内部体积151两者中。换言之，在本发明中，辅助助推器的贮存器的壳体由圆柱形本体110和前端面140的圆锥形结构150构成，二者一起形成(第一内部体积111和第二内部体积151的组合)由固体推进剂装料160占据的公共体积，不同于如文献US 5131610中所描述的现有技术的辅助助推器，其中，形成固体推进剂贮存器的壳体在圆柱形本体的前端面处封闭，防止圆柱形本体的内部体积与应用到辅助助推器的前端面的圆锥形结构之间的连通。
一层热保护材料102存在于圆柱形本体110的内表面和圆锥形结构150的内表面上。
固体推进剂装料160包括在纵向方向X-X’上延伸并形成燃烧室的中心通道161以及用于使源自推进剂燃烧的热气体在喷嘴130的方向上循环的管道。
在此处描述的示例中，推进剂装料160特别地存在于圆锥形结构的整个内部体积151中，即从圆锥形结构150的后端152直到前端153。仍在此处描述的示例中，存在于固体推进剂装料160中的中心通道161在位于圆锥形结构150的后端152与前端153之间的中间位置处中断。该中心通道还可以延伸直至圆锥形结构150的前端153。
助推器100还包括点火装置170，该点火装置用于固体推进剂装料160，固体推进剂装料160存在于圆柱形本体内部靠近助推器的后部区域120。
助推器100还可包括后联接装置(图2中未示出)和前联接装置(图2中未示出)，根据辅助助推器的特定设计，该后联接装置位于后部区域的裙部或圆柱形本体110的下部，根据辅助助推器的特定设计，该前联接装置位于圆锥形结构150或圆柱形本体110的上部。联接装置旨在允许辅助助推器附连到发射器的本体(图2中未示出)。
如图3A至3D所示，分别相应于圆柱形本体110和圆锥形结构150(图3A)的两个部件独立于用于制造辅助助推器100的金属材料而制造。然后通过焊接或钎焊或其他机械组装将圆锥形结构150的后端152附接至圆柱形本体110的前端113来组装圆柱形本体110和圆锥形结构150(图3B)。在已经在圆柱形本体110和圆锥形结构150的内表面上形成热保护材料层102之后，通过使用允许在装料中提供中心通道161(图3C)的工具将固体推进剂装料160倒入由圆柱形本体110的内部体积111和圆锥形结构150的内部体积151的组合组成的内部公共体积103中(图3B)。然后通过焊接或钎焊或另一种机械连接(图3D)将在此配备有喷嘴130和点火装置170的后部区域120附接至圆柱形本体110的后端112上。然后获得如图2所示的辅助助推器100。
根据图4中所示的变体实施方式，在用固体推进剂填充助推器之前组装圆柱形本体110’、圆锥形结构150’以及后部区域120’。在这种情况下，将固体推进剂160’倒入由圆柱形本体110’的内部体积111’、圆锥形结构150’的内部体积151’以及可能地后部区域120’的内部体积121’的全部或部分的组合构成的公共内部体积中。固体推进剂通过存在于后部区域120’中的开口122’并且通过使用工具20’被倒入，该工具20’允许在固体推进剂装料160’中提供中心通道。
根据辅助助推器100的另一变化实施方式，圆柱形本体110和圆锥形结构150中的每一个在它们组装之前可填充有固体推进剂。
根据辅助助推器100的另一变化实施方式，圆柱形本体110通过多个圆柱形护罩区段的组装而产生，每个区段在其与另一区段组装之前填充有固体推进剂。
图5示出根据本发明的另一实施方式的辅助助推器200，该辅助助推器200与上述辅助助推器100的不同之处在于至少圆柱形本体和形成助推器前端的圆锥形结构由复合材料制成，即由基质致密化的纤维增强物制成。
对于前述的辅助助推器100，辅助助推器200包括圆柱形本体210，所述圆柱形本体210在纵向方向X-X’上在与喷嘴230连通的后部或区域220(在这里描述的示例中)和由圆锥形结构250形成的前端面240之间延伸，圆锥形结构250在轴向方向X-X’上在圆柱形本体210的延续部中延伸。
圆柱形本体210界定第一内部体积211，而前端面240的圆锥形结构250界定第二内部体积251。根据本发明，圆柱形本体210的第一内部体积211与圆锥形结构250的第二内部体积251连通。仍然根据本发明，固体推进剂装料260存在于第一内部体积211和第二内部体积251两者中。
换言之，辅助助推器贮存器壳体由圆柱形本体210和前端面240的圆锥形结构250构成，二者一起形成(第一内部体积211和第二内部体积251的组合)由固体推进剂装料260占据的公共体积，不同于像在文献US 5131610中所描述的现有技术的辅助助推器，其中形成用于固体推进剂的贮存器的壳体在圆柱形本体的前端面处被封闭，防止圆柱形本体的内部体积与应用到辅助助推器的前端面上的圆锥形结构之间的连通。
热保护材料层202存在于圆柱形本体210的内表面和圆锥形结构250的内表面中。固体推进剂装料260包括在纵向方向X-X’上延伸并形成燃烧室的中心通道261以及用于使源自推进剂燃烧的热气体在喷嘴230的方向上循环的管道。
在此处描述的示例中，推进剂装料260特别地存在于圆锥形结构的整个内部体积251中，即从前端252直到圆锥形结构250的前端253。仍在此处描述的示例中，存在于固体推进剂装料260中的中心通道261在位于圆锥形结构250的后端252与前端253之间的中间位置处被中断。中心通道还可以延伸到圆锥形结构250的前端253。
助推器200还包括固体推进剂装料260的点火装置270，该固体推进剂装料260存在于圆柱形本体的内部中靠近助推器的后端面220。
助推器200还可以包括后部联接装置(图5中未示出)和前部联接装置(图5中未示出)，该后部联接装置根据辅助助推器的特定设计而位于后部区域220、后部区域的裙部或圆柱形本体210的下部处，该前部联接装置根据辅助助推器的特定设计而位于圆锥形结构250、圆柱形本体210的尖端311或上部处。联接装置旨在允许辅助助推器附接到发射器的本体(图5中未示出)。
如图6A所示，圆柱形本体210和圆锥形结构250通过细丝缠绕一起生产。为此，使用芯轴300，该芯轴在其前部包括旨在允许形成圆锥形结构250的基座310、连接至基座310以用于形成圆柱形本体210的圆柱体320、以及允许芯轴在其后部支撑在旋转轴上的后部360。基座310包括圆锥形尖端311，该圆锥形尖端旨在形成圆锥形结构250的前端，该前端被固定到在与圆锥形尖端311相反的一侧加宽的圆锥形支撑件312上。圆锥形尖端311和圆锥形支撑件312可以由复合材料或金属材料制成。
圆锥形尖端311保持在芯轴300的轴330的第一元件或相对尖端331中。旋转轴300的第二元件332连接至基座310的内表面(即与包括尖端311的一侧相反的一侧)和圆柱体320的后部360。轴330由两个销340和350支撑，销340和350中的至少一个包括电动机(未示出)以驱动芯轴300沿由图5A中的箭头SR指示的方向旋转。销340可以例如包括电动机并且固定到后部360以便驱动圆柱体320旋转。
在这里描述的示例中，圆柱形本体210和圆锥形结构250通过借助于卷绕铺设头33连续卷绕股线31来生产，所述卷绕铺设头33能够平行于芯轴300的轴线在轨道34上移动，以便在芯轴300上形成绕线32。股线31浸渍有基质的前体或浸渍有基质本身。取决于期望获得的纤维增强物的股线的取向，调节芯轴上的卷绕方向。圆柱形本体和圆锥形结构还可通过在芯轴300上覆盖纤维层片而制造。
圆柱形本体210、后端220和圆锥形结构250尤其能够通过有机基质复合材料(热固性或热塑性)的卷绕或覆盖来生产。
可以在股线31的细丝缠绕之前在芯轴300上生产弹性体带绕线，以便形成助推器的热保护材料202的内层。
一旦完成绕线，取决于基质的性质，进行树脂的聚合或硬化，以便形成包括圆柱形本体210和圆锥形结构250的结构壳体，如图6B中所示。然后通过使用工具40将固体推进剂装料260倒入由圆柱形本体210的内部体积211与圆锥形结构250的内部体积251(图6B)的组合组成的公共内部体积203中，该工具40允许在装料中提供中心通道261(图6C)。然后通过例如粘附将在此配备有喷嘴230和点火装置270的后部区域220附接至圆柱形本体210的后端212上(图6D)。然后获得如图4中所示的辅助助推器200。
根据图7中所示的变体实施方式，圆柱形本体210’、圆锥形结构250’和后部区域220’是在用固体推进剂填充助推器之前一起生产或组装的。在这种情况下，将固体推进剂260’倒入由圆柱形本体210’的内部体积211’、圆锥形结构250’的内部体积251’以及可能全部或一部分的后部区域220’的内部体积221’的组合组成的公共内部体积中。固体推进剂通过存在于后部区域220’上的开口222’并且通过使用工具40’被倒入，该工具40’允许在固体推进剂装料260’中提供中心通道。
复合材料的圆柱形本体和圆锥形结构可以一起生产，即生产成单件。圆柱形本体和圆锥形结构也可以分开生产，然后组装在一起，圆柱形本体和圆锥形结构能够在其组装之前或之后装入固体推进剂。该圆柱形本体还可以由彼此独立地制造并且然后组装的多个护罩区段来生产，这些区段能够在其组装之前或之后填充有固体推进剂。
此外，可以生产构成辅助助推器的这些元件，即圆柱形本体、形成前端面圆锥形结构和后部区域，一些由金属材料制成而其他由复合材料制成。例如，本发明的辅助助推器可由具有金属材料的前端面和后部区域的复合材料的圆柱形本体组成。