飞行器中的储箱保持器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于将储箱保持在飞行器中的设备，并且更具体地涉及一种适于将低温推进剂储箱保持在诸如飞机且特别是航天飞机之类的飞行器的机身中的设备。这种设备在相关领域中被称为“支撑设备”，这种设备特别适于支撑给航天飞机的火箭发动机供应推进剂的圆筒形或圆锥形储箱。
[0002]本发明针对下述应用提供了解决方案，所述应用要求低温液体在飞行器中在非常严格的空间和质量约束下被传输，并且使用和测试周期需要储箱被卸下并在短时间内进行重新配装。
[0003]本发明特别适用于下述的航天飞行器，所述航天飞行器承载大量的用于这些飞行器的火箭推进的低温推进剂，并且就此而言，使干重最优化为主要问题。
【背景技术】
[0004]在太空领域中，火箭级的非结构性低温储箱通常经由位于储箱的上方和下方的两个裙状安装设备与该火箭级的容置所述非结构性低温储箱的支承结构连接。
[0005]这些设备设计成允许储箱固定点因低温储箱的热变形而径向地移动。上连接体在本文中允许储箱固定点纵向运动，而另一方面，后连接体或下连接体在纵向上被固定。
[0006]就如在为立体的一半视图的图1中所描绘的Ariane 5 (阿丽亚娜5号)低温上面^ ESCA (Etage Superieur Cryogenique—Α，英 i吾:Cryogenic Upper Stage)白勺ii者 If 1、司连接体而言，这些连接体设备可以是锥体或连杆组件，在图1中，储箱A由结构体C上的连杆B约束，或者这些界面设备也可以是连接片材的组件。
[0007]需要许多连接元件的这些解决方案能够实现在连接处的良好载荷分散，但是这些解决方案具有下述主要缺点:这对航天器的质量有相当不利的影响，并且需要过长的操作时间来组装及拆除连接体。
[0008]此外，常规的发射器固定件被设计成用于基本上沿着储箱的轴线定向的力，然而对于航天飞机而言，所述力根据作用不仅沿着该轴线而且还垂直于该轴线。因此，发射器解决方案不能未经修改地应用至航天飞机类型的飞行器。
[0009]然而，这些连接体设备不太适于补偿由非零的热膨胀差引起的应力。此外，热膨胀差导致了相当大的热损失。
[0010]最后，这些设备对于其中可用于支撑设备的容积非常小的安装而言适用性非常小。
[0011]在海上运输领域中，文献US 3 659 817 A描述了一种用于支撑低温储箱的解决方案，该解决方案由一组固定件一一至少2X4个固定元件一一构成，所述一组固定件与低温储箱的表层相切并与低温储箱的主轴线垂直地定向，以避免由于在海上由船的连续运动引起的载荷的取向变化的影响而在同一表层中产生弯曲应力。
[0012]该文献没有对适于对沿着储箱主轴线的纵向载荷进行反作用的装置进行描述。此夕卜，所考虑的周期性运动与航天飞机例如可能在航空阶段与航天阶段之间交会时、特别是在考虑到航空认证要求时的运动相比具有较小的幅度。最后，用于均衡应力而被提出的一些支撑设备在被应用至火箭推进剂储箱时可以得出在质量方面特别不利。这是因为与海运的基本上用于液化天然气的低温储箱的支撑件通常所采取的大多数解决方案一样，该解决方案不能使整个储箱+支承结构+支撑元件的整体质量最优化到航天或航空领域所需的水平。这特别地通过下述事实来解释:海上运输中使用的储箱的容量为几百立方米，因此与本发明所涉及的容量仅为几立方米的储箱相比，尺寸的数量级更大。同样地，与海上运输中所运输的体积相比可忽略的热损失在航空航天器和宇宙飞船的范围内不再是可忽略的。
[0013]在飞行器中的储箱的安装领域中，涉及环形储箱的文献US 3 951 362 A和文献US 3 979 005 A描述了支撑装置，所述支撑装置包括用于反作用于分布在低温储箱的周部上的剪切力的支撑件。
[0014]这些支撑件由弯曲形状的片材构成以使这些支撑件产生允许相对径向变形所需的挠性并保证这些支撑件仅以剪切的方式起作用。
[0015]适于具有环形底部的储箱的这些支撑件仅构成了支撑设备的一部分，该支撑设备是更复杂的并且需要在飞行器中增添庞大的并且在质量方面不利的锥型的支撑结构，或者需要使储箱的前方处的力被反作用在加压端壁上，该加压端壁被设计并建造成执行该功能并且因此这又是重而庞大的。
【发明内容】
[0016]使用低温推进剂来给飞行器提供所有或一些推进力，如例如下述情况:具有火箭发动机以用于执行亚轨道任务或轨道任务的航天飞机使专用的储箱能够优选地安装在该飞行器的机身中。
[0017]鉴于现有技术，本发明提出了一种用于将储箱支撑并保持在飞行器中、并且特别地支撑并保持在航天飞机中的设备，该设备几乎不增加储箱的体积，该设备适于支撑并保持限定于小容积的储箱并且该设备允许储箱在飞行器的使用寿命期间被多次配装/移除。
[0018]操作质量与干质量的比率对于通过这种飞行器能够获得的性能而言具有首要的决定性作用，并且因此必要的是设计一种用于将低温储箱安装在机身中的设备，该设备在质量方面尽可能地最优。
[0019]本着同样的精神，任何未使用的体积均被禁止，并且低温储箱的直径被限定为尽可能地接近机身的直径，从而对怎样设置连接体部件进行较大限制。
[0020]尽管如此，仍需要保持使储箱在每次飞行时均能够被检查，并且能够被容易地检查，并且同样能够被移除或重新配装，这些在飞行器的使用寿命中可以发生至少很多次。
[0021]然而，在考虑保证所需性能的情况下，该设备特别地需要通过储箱与支承结构之间的热损失来使低温推进剂的蒸发量最小化。
[0022]最后，低温储箱的连接体固定件需要能够满足在上文所提到的条件而不产生由储箱与其环境之间的热膨胀差引起的热机械应力，并且这不受沿变化的方向施加大的加速度载荷的影响。这些固定件确实需要满足下述认证要求:特别地指定在紧急着陆的情况下结构体需要能够经受的加速度，以及特别地指定包括名义上出现在每次飞行中的火箭推进阶段的轨道任务或亚轨道任务的特定姿态。
[0023]本发明的一个主题是一种下述设备:该设备用于将用于低温液体的储存或运输的储箱支撑在飞机和/或包括亚轨道飞行器的航天器的机身中，该设备给上文中所说明的问题提供了解决方案。
[0024]该设备允许所有下面的情况:
[0025]-相对快速且相对容易地配装及移除限制于非常紧凑空间中的储箱，以及快速的检查操作；
[0026]-尽管存在较大的热膨胀差，尤其是因经受低温温度而引起的储箱的较大的收缩/缩短，并且尽管载荷分布的变化很大:例如在空间推进期间，沿着储箱的轴线施加很大的加速度，或者例如在具有高竖向载荷系数的常规航空阶段或在陡降阶段期间，沿着与储箱的成直角的方向施加很大的加速度，仍对施加至飞机结构、特别是施加至推进剂储箱的载荷进行了限制；
[0027]-使与主轴线相符合的附接点以及飞行器的支承结构最优化；
[0028]-使在附接点处的总质量影响最小化，同样，还使飞机结构方面所需的加强件以及储箱的结构性零件最少；以及
[0029]-对民用航空认证要求作出响应，特别是那些与故障容差有关的民用航空认证要求以及那些与在急剧减速或紧急着陆的情况下的安全性有关的民用航空认证要求。
[0030]正在讨论的储箱具体地为具有球形或椭圆端部的圆筒形或圆锥形的非结构性储箱。
[0031]储箱配备有能够反作用于接合力并位于储箱的前方和后方处的诸如裙状部或环之类的结构性固定元件和加强元件。
[0032]出于该目的，本发明的设备为下述设备:该设备设计成约束用于容置低温推进剂的具有几公吨容量的储箱，而不使储箱经受阻止储箱的纵向或径向收缩/膨胀的应力。
[0033]更具体地，本发明提出了一种用于将储箱保持在飞行器的机身中的保持设备，该保持设备在储箱与紧固至飞行器的机身的结构体之间包括铰接保持装置和固定杆，所述铰接保持装置安装在固定杆上。
[0034]该较接保持装置意在有利地连接至储箱的后端部，储箱的后端部意味着储箱的最接近飞行器的后方的端部，并且其中，固定杆设计成安装在紧固至飞行器的机身的结构体上。
[0035]根据一个特定实施方式，铰接保持装置包括球接合部。
[0036]球接合部优选地包括容置固定杆的管状壳体。
[0037]根据一个特定实施方式，管状壳体包括滑动地连接在固定杆上的装置，并且管状壳体形成有滑动接合部。
[0038]本发明应用于一种飞行器，该飞行器包括设置在飞行器的机身中并通过根据本发明的保持设备而附接至机身的储箱，其中，固定杆紧固至飞行器的结构体，铰接保持装置紧固至分散载荷的裙状部，该裙状部固定至储箱的周缘。
[0039]根据一个特定实施方式，铰接保持装置包括球接合部，该球接合部将储箱以平移的方式连接至竖直杆，球接合部