复杂三维走向三铰链管路补偿工况下的补偿器角位移研究

吴立夫，吴云峰，张 萌，刘 艳，丁建春

（1. 北京宇航系统工程研究所，北京，100076；2. 深低温技术研究北京市重点实验室，北京，100076）

0 引 言

作为贮箱增压和推进剂运送的通道，液体运载火箭管路系统除满足基本的输送功能外，还需要适应箱体、壳段以及发动机系统的制造误差和工作变形，对不同的边界位移进行补偿。目前管路系统的补偿可通过自补偿和补偿器补偿两种方法实现[1]。自补偿方法利用管路自身的弹性变形实现补偿，而补偿器补偿方法则需要借助膨胀节或补偿管等结构进行补偿[2]。新一代运载火箭采用液氢、液氧或者液氧、煤油作为工质。随着火箭贮箱直径的增加、工质温度的降低，加注、增压等工况下贮箱变形量显著增加，因而对管路系统提出了更高的补偿需求。为满足大补偿量的管路设计要求，新一代运载火箭管路系统通常采用三铰链管路作为补偿导管。研究表明，采用三铰链式管路补偿方案时，管路结构能够很好地适应较大轴向和横向位移工况，且产生的支反力较小[3,4]。

运载火箭三铰链管路中包含3个方向铰链补偿器，各铰链补偿器的变形能力决定了管路的整体补偿能力。因此在三铰链管路方案设计时，一项重要的工作即为评估补偿工况下管路中各铰链补偿器角位移，确保其不超过补偿器最大变形量要求。

对于结构相对简单的平面三铰链管路，将其简化为包含3个铰链的杆件系统后，可通过几何方法对管路变形时各铰链补偿器的角位移进行理论计算[5,6]。……