一种具有气密功能的柔性卷帘门式航天器贮运箱的制作方法

1.本发明属于航天器运输设备技术领域，尤其是涉及一种用于航天器地面贮存、快速转运以及推进检漏，并为航天器提供良好的气密环境的航天器贮运箱。


背景技术：

2.航天器快速发射需求的持续增强，航天器地面贮存、转运以及推进检漏是满足其快速发射的必要条件之一。航天器贮运、检漏过程中的气密环境维持、快速开箱操作可为快速发射提供有利的保障。由于航天器结构差异较大，现有的航天器贮运包装箱多数为钟罩式结构，需借助吊装设备开合箱，对厂房吊高有一定要求，且开合箱操作时间较长。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明旨在提出一种具有气密功能的柔性卷帘门式航天器贮运箱，以解决航天器贮存、快速转运时，厂房吊高受限、开合箱操作时间较长的问题。
4.为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
5.一种具有气密功能的柔性卷帘门式航天器贮运箱，包括贮运箱及其顶部安装的吊装部，贮运箱一侧通过充气密封圈与卷帘门密封连接，贮运箱内部安装检漏系统和传感器，外部安装电控箱，卷帘门的电机、检漏系统和传感器均连接至外部的总控机。
6.进一步的，所述贮运箱包括箱体及其外侧安装的标准接口、蓄电池、和手动配气箱，箱体为一侧开口的壳体结构，开口侧与卷帘门通过充气密封圈固定连接，且充气密封圈位于箱体的法兰凹槽内，箱体的上方对称安装吊装部。
7.进一步的，所述卷帘门包括门帘组件，门帘组件顶部安装顶部支撑组件，底部固接底部支撑组件，两侧分别安装一个侧部支撑组件。
8.进一步的，所述顶部支撑组件包括一体结构的卷轴、顶部横梁、机头框架，机头框架上方安装卷轴，机头框架两侧安装顶部横梁，下方固定连接至箱体的上方法兰；机头框架一侧安装电机，电机的转动轴与卷轴同轴固接。
9.进一步的，所述机头框架外部设有防雨罩。
10.进一步的，所述门帘组件包括门帘、拉链、内轨道，门帘顶部固定连接至卷轴，门帘两侧边均与拉链固定连接，拉链位于内轨道内部，并与内轨道滑动连接，拉链带动门帘在内轨道里滑动，实现卷帘门的开合。
11.进一步的，所述门帘两侧边均与拉链热熔焊接为一体。
12.进一步的，所述底部支撑组件包括配重、把手、底部压紧横梁和底部固定件，配重固定连接至门帘底部，门帘下方安装若干把手和底部压紧横梁，底部固定件固定安装在箱体底部，底部固定件与配重之间设有间隙，且间隙宽度可调。
13.进一步的，所述配重为钢丸配重袋。
14.进一步的，所述侧部支撑组件包括一号侧部立柱、垫片、二号侧部立柱、套筒、外导轨，一号侧部立柱下方固定安装二号侧部立柱，二号侧部立柱设有用于固定安装外导轨的
安装槽，且二号侧部立柱与箱体的下部法兰侧边固定，外导轨内部固定镶嵌内导轨，外部通过螺栓连接至二号侧部立柱，螺栓延伸出二号侧部立柱的部分外部套接套筒，套筒外部套接弹簧，且套筒与二号侧部立柱之间安装垫片。
15.相对于现有技术，本发明所述的具有气密功能的柔性卷帘门式航天器贮运箱具有以下优势：
16.(1)本发明所述的具有气密功能的柔性卷帘门式航天器贮运箱，有效解决了航天器贮存、快速转运面临的问题，保证航天器贮运气密环境的同时，有效解决了厂房吊高受限问题，实现了1分钟内快速开箱操作。
17.(2)本发明所述的具有气密功能的柔性卷帘门式航天器贮运箱，具有良好的气密性，充气密封圈充压至0.35mpa时，箱体漏率指标满足充压500pa，1小时内压降≤100pa，同时也可以配合其他设备完成航天器发射前的快速转运工作。
附图说明
18.构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，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：
19.图1为本发明实施例所述的柔性卷帘门式航天器贮运箱的结构示意图；
20.图2为本发明实施例所述的柔性卷帘门式航天器贮运箱的俯视图；
21.图3为图2的a
‑
a向剖视图；
22.图4为本发明实施例所述的充气密封圈的界面图；
23.图5为本发明实施例所述的卷帘门的结构示意图；
24.图6为图5中a处的放大图；
25.图7为本发明实施例所述的底部压紧横梁部分应力图；
26.图8为本发明实施例所述的底部压紧横梁部分应变图；
27.图9为本发明实施例所述的侧部支撑组件和门帘组件的结构示意图；
28.图10为本发明实施例所述的一号侧部立柱的应力图；
29.图11为本发明实施例所述的一号侧部立柱的应变图；
30.图12为本发明实施例所述门帘应力和变形图解；
31.图13为本发明实施例所述门帘受力分析示意图；
32.图14为本发明实施例所述的箱体11的结构示意图；
33.图15为图14中b处的放大图；
34.图16为本发明实施例所述的机头框架的应力图；
35.图17为本发明实施例所述的机头框架的应变图。
36.附图标记说明：
[0037]1‑
贮运箱；11
‑
箱体；111
‑
上方法兰：112
‑
下部法兰；12
‑
标准接口；13
‑
蓄电池；14
‑
箱盖；15
‑
手动配气箱；2
‑
卷帘门；21
‑
顶部支撑组件；211
‑
防雨罩；212
‑
卷轴；213
‑
顶部横梁；214
‑
机头框架；215
‑
l角板；216
‑
长螺栓；217
‑‑
电机；218
‑
手动链条；22
‑
底部支撑组件；221
‑
配重；222
‑
把手；223
‑
底部压紧板；224
‑
底部固定件；23
‑
侧部支撑组件；231
‑
一号侧部立柱；232
‑
垫片；233
‑
二号侧部立柱；234
‑
套筒；235
‑
外导轨；24
‑
门帘组件；241
‑
门帘；242
‑
拉链；243
‑
内轨道；3
‑
吊装部；4
‑
检漏系统；5
‑
充气密封圈；6
‑
角板；7
‑
电控箱。
具体实施方式
[0038]
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0039]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“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。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，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”等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，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0040]
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。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0041]
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
[0042]
一种具有气密功能的柔性卷帘门式航天器贮运箱，如图1至图17所示，包括贮运箱1、卷帘门2、吊装部3、检漏系统4、充气密封圈5、角板6和电控系统，贮运箱1顶部安装吊装部3，贮运箱1一侧密封安装卷帘门2，内部安装检漏系统4和传感器，外部安装电控系统，卷帘门2的电机、检漏系统4和传感器均连接至外部的总控机。
[0043]
吊装部3用于贮运箱1整体起吊。总控机为外部控制中心中的控制器。检漏系统4为真空检漏系统。贮运箱1整体呈长方体结构。
[0044]
贮运箱1包括箱体11、标准接口12、蓄电池13、箱盖14和手动配气箱15，箱体11为一侧开口的壳体结构，开口侧上方与卷帘门2通过充气密封圈5固定连接，充气密封圈5位于箱体11的法兰凹槽内，有效保证贮运箱1的气密性；箱体11的箱盖14上方对称安装吊装部3，箱体11的侧面安装电控箱7、标准接口12、蓄电池13和手动配气箱15，箱体11内部安装检漏系统4和传感器。卷帘门电控箱7采用市电和蓄电池13相结合方式供电，厂房内操作采用220v/50hz市电，厂房外操作采用蓄电池13，可满足断电后卷帘门自动开启。电控箱7为现有技术中能实现该功能的电气控制箱即可。
[0045]
箱体11的边缘处设有若干法兰。箱体11通过金属焊接而成，具有可靠的强度和刚度。箱体11提供与与环境控制设备连接的标准接口12，使得箱体11可通过环境控制设备(如空调、气源等)维持如恒温、恒湿、恒压、洁净等环境，并通过布置在箱内的传感器对其进行实时监测，完成对总控机的报警反馈，为航天器贮运过程中营造一个舒适安全的环境。
[0046]
优选的，传感器可根据实际情况，安装温度传感器、湿度传感器、压力传感器、粉尘传感器等其中的一种或多种，且每个传感器均信号连接至总控机，给总控机反馈信号。箱体11内部设置检漏系统4，实现航天器推进检漏功能。箱体11侧面安装手动配气箱15，手动配气箱15与充气密封圈管路连接，为充气密封圈5充气。充气密封圈5截面外形见图4，材质为丁腈橡胶，充气密封圈5工作压力为0.02mpa～0.5mpa，本方案中将充气密封圈5工作压力调
整在0.35mpa，在充气压力下可实现8～10mm的伸缩量，用于实现卷帘门2与箱体11的密封。
[0047]
贮运箱1气密原理：卷帘门2与贮运箱1箱体法兰、充气密封圈5形成气密结构。当充气密封圈5充压至0.35mpa时，贮运箱1可以承受500pa正压，漏率可达≤100pa/h。卷帘门启闭速度为0.2～0.3m/s，可在1分钟内实现卷帘门一次升降操作。这种具有气密功能的柔性卷帘门式贮运箱，不仅为航天器贮运营造一个良好的气密环境，也可降低开箱高度，减少吊装等设备使用，便于快速开合箱。
[0048]
卷帘门2包括顶部支撑组件21、底部支撑组件22、侧部支撑组件23和门帘组件24，门帘组件24顶部安装顶部支撑组件21，底部固接底部支撑组件22，两侧分别安装一个侧部支撑组件24。门帘组件24包括门帘241、拉链242、内轨道243，门帘241顶部固定连接至卷轴212，并采用压条 铆钉压接，门帘241两侧边均与拉链242固定连接，拉链242位于内轨道243内部，并与内轨道243滑动连接，拉链242带动门帘241在内轨道243里滑动，实现卷帘门的开合；门帘241底部与配重221热熔焊接，使卷帘门升降过程中表面舒展，实现重力关闭。
[0049]
柔性卷帘门式贮运箱的设计，降低了开箱高度，减少吊装等设备使用，有效解决厂房吊高受限问题。在本方案中，卷帘门2的支撑组件(顶部支撑组件21、底部支撑组件22、侧部支撑组件23)与箱体11的法兰之间的间隙为为4.4mm，其中门帘241厚度2.4mm，即门帘241在2mm间隙内升降滑动。
[0050]
配重221为钢丸配重袋。配重221内含5mm钢丸，形成30kg左右的配重，且钢丸直径为42mm，门帘241底部与钢丸配重袋热熔焊接，使卷帘门升降过程中表面舒展，实现重力关闭。门帘241为pvc门帘；拉链242为pom拉链。优选的，门帘241两侧边均与拉链242热熔焊接为一体，且采用高频焊接方式。
[0051]
顶部支撑组件21包括防雨罩211、卷轴212、顶部横梁213、机头框架214、l角板215、长螺栓216、电机217和手动链条218，机头框架214上方安装卷轴212，机头框架214两侧安装顶部横梁213，下方固定连接至箱体11的上方法兰111；电机217安装在机头框架214一侧，电机217的转动轴与卷轴212固定且两者同轴转动，使得电机217给卷轴212驱动力，并带动门帘241开合。
[0052]
电机217的还固定连接至手动链条218。电机217、卷轴212和电控箱7组成卷帘门2的电控系统，卷帘门电控系统采用市电220v和蓄电池相结合方式供电，厂房内操作采用220v/50hz市电，厂房外操作采用0.75千瓦时～1千瓦时的蓄电池，可满足断电后卷帘门3次开启。电控系统可控制卷帘门升、降、急停动作，安全可靠，并通过控制卷帘门开合的限位。柔性卷帘门可实现1分钟内快速开合箱，便于航天器快速转运。
[0053]
门帘241采用单轴驱动，底部通过钢丸配重实现重力关闭。门帘卷轴212直径140mm，门帘241运行速率0.2m/s，门帘241最大工作扭矩54.8nm。综合考虑卷帘门尺寸、升降速率、最大工作扭矩等因素，卷帘门驱动电机217选择德国gfa
‑
se 14.21工业门专用电机，扭矩120～160nm，电机转速24rpm。基于安全性考虑，卷帘门供电系统出现故障时，可利用电机217中的手动链条218启闭卷帘门。具体的，由于充气密封圈5充压后，顶部横梁213变形较大，故将顶部横梁213与机头框架214、卷轴212集成于一体。
[0054]
机头框架214两侧分别固定安装一个支撑件，每个支撑件中间设有一个通孔，卷轴212的两端均穿过支撑件的通孔，卷轴212外壁采用压条 铆钉压接与门帘241固定连接；机头框架214与顶部横梁213之间采用长螺栓216固定。机头框架214通过l角板215与箱体11的
上方法兰112固定，机头框架214整体采用金属材料焊接而成，优选的q235钢，采用外部安装防雨罩211。顶部横梁213内侧与上方法兰111外侧留有间隙，便于门帘241上下滑动开合。
[0055]
侧部支撑组件23包括一号侧部立柱231、垫片232、二号侧部立柱233、套筒234、外导轨235，一号侧部立柱23下方固定安装二号侧部立柱233，二号侧部立柱233设有用于固定安装外导轨235的安装槽，且二号侧部立柱233通过螺钉与箱体11的下部法兰112侧边固定，外导轨235内部固定镶嵌内导轨243，外部通过螺栓连接至二号侧部立柱233，螺栓延伸出二号侧部立柱233的部分外部套接套筒234，套筒234外部套接弹簧，且套筒234与二号侧部立柱233之间安装垫片232。
[0056]
底部支撑组件22包括配重221、把手222、底部压紧横梁223和底部固定件224，门帘241底部固定连接至配重221，下方安装若干把手222和底部压紧横梁223，底部固定件224固定安装在箱体11底部，且与配重221之间设有间隙。底部固定件224为l型结构，底部固定件224上设有调节螺钉，用于调节底部固定件224与底部压紧横梁223之间的间隙，压紧或松开底部压紧横梁223。
[0057]
门帘组件24在设计过程中，关键点在于：
[0058]
(1)内轨道243的磨损分析
[0059]
内轨道243的材质为超高分子量聚乙烯，该材质是一种耐冲击、耐磨损、自润滑性能好以及低温性能优异的工程材料。其抗滑动摩擦能力强，耐磨性高于一般钢管的4
‑
7倍，不锈钢的27.3倍，是酚醛树脂的17.9倍，年磨损量平均值0.58mm，综合考虑卷帘门使用工况、使用频次、洁净度因素，该材质使用过程中无需润滑介质即可满足需求。
[0060]
(2)pvc门帘241受力分析
[0061]
pvc门帘参数见表1。
[0062]
表1 pvc门帘
[0063]
项目参数门帘厚度2.4mm重量2600g/m2拉伸强度1000n/mm
[0064]
卷帘门使用过程中，卷帘门2最大承受500pa正压。用solidworks软件进行有限元分析，约束卷帘门2四周。对卷帘门2表面施加500pa压力，经软件分析计算，结果见图12中f处和d处。
[0065]
其中，f代表门帘最大应力；d代表门帘最大变形。
[0066]
当卷帘门承受500pa压力时，卷帘门2与充气密封圈5间的受力见图13。
[0067]
2.1、卷帘门2单位长度受到最大拉力：
[0068]
f＝p
×
s＝0.77
×
106×
2.4
×
10
‑3×
1＝1848n
[0069]
其中，f代表卷帘门承压500pa时，单位长度受到的最大拉力；p代表卷帘门承压500pa时，最大应力0.77mpa；s代表卷帘门单位面积。
[0070]
2.2、充气密封圈5与卷帘门2之间摩擦力：
[0071]
n＝p
×
s
×
μ＝0.35
×
106×
2.2
×
10
‑3×1×
0.5＝3850n
[0072]
其中，n代表充气密封圈5充压0.35mpa时，充气密封圈与卷帘门之间的摩擦力；p代表充气密封圈的压强0.35mpa；μ代表橡胶之间的摩擦系数0.5，由于n>f，即充气密封圈与卷
帘门之间的摩擦力大于卷帘门单位长度受到的最大拉力，因此卷帘门实现气密功能，充压500pa，漏率≤100pa/h。
[0073]
(3)外部固定支撑组件
[0074]
外部固定支撑组件主要用于压紧充气密封圈，由两侧导轨立柱部分、顶部机头框架部分、底部支架横梁部分组成。
[0075]
3.1、两个侧部支撑组件23
[0076]
一号侧部立柱231、二号侧部立柱233整体分析，采用solidworks分析软件，约束二号侧部立柱233侧边(与箱体法兰贴合的面)，在一号侧部立柱231表面(与pvc门帘贴合的面)施加0.35mpa载荷，经软件分析计算，结果见图10中f处，图11中的d处。铝材料屈服应力σs＝140mpa，则安全系数n＝140/11.79≈11.87,侧部立柱刚度和强度可以满足使用要求
[0077]
其中，f代表侧部立柱最大应力；d代表侧部立柱最大变形。
[0078]
3.2、顶部支撑组件21
[0079]
机头框架214采用solidworks分析软件，约束机头框架214与箱体法兰贴合的面，在机头框架214与卷帘门2贴合的面处施加0.35mpa载荷，经软件分析计算，结果见图16中f处，图17中的d处。q235钢材料屈服应力σs＝235mpa，则安全系数n＝235/193.6≈1.21；，强度和强度可以满足使用要求。
[0080]
其中，f代表侧部立柱最大应力；d代表侧部立柱最大变形。
[0081]
3.3、底部支撑组件22
[0082]
底部压紧横梁223采用solidworks分析软件，约束底部压紧横梁223与箱体11贴合的面，底部压紧横梁223与卷帘门2贴合的面上施加0.35mpa载荷，经软件分析计算，结果见图7中f处，图8中的d处。铝材料屈服应力σs＝140mpa，则安全系数n＝140/24.15≈5.79，刚度和强度可以满足使用要求。其中，f代表侧部立柱最大应力；d代表侧部立柱最大变形。
[0083]
一种具有气密功能的柔性卷帘门式航天器贮运箱的使用过程为：
[0084]
当需要卷帘门2关闭时，总控机控制电机217工作，电机217驱动卷轴212旋转，卷轴212带动门帘241向下运动，直至配重221落于l底部固定件224上方，工作人员通过把手222将底部压紧横梁223(金属材质)放置到l型底部固定件224与门帘241之间，同时将底部固定件224的调节螺钉紧固，并通过手动配气箱15给充气密封圈5充气，充气密封圈5从而夹紧门帘241，实现箱体11和卷帘门2之间的密封；当需要打开卷帘门2时，工作人员通过给手动配气箱15排气，充气密封圈5泄压，手动将底部压紧横梁223的调节螺钉放松并抬走，然后通过总控机控制门帘241开启。
[0085]
卷帘门2四周拐角均采用角板6实现充气密封圈5四周拐角的固定压紧，进而实现气密功能。
[0086]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。