单选题
运载火箭般将储箱底作成外凸形状,是为了( )。
A
提高储箱承受内压的能力
B
提高储箱承受轴向载荷的能力
C
提高储箱承受弯矩的能力
D
提高储箱承受扭矩的能力
答案解析
正确答案:A
解析:
这道题考查的是航天器结构设计中关于**压力容器受力分析**的基本原理。
### 解析过程:
1. **受力背景分析**:
运载火箭的推进剂储箱在飞行过程中,内部充满了液体或高压气体推进剂。因此,储箱壁主要承受来自内部介质的**内压载荷**。
2. **薄膜理论应用**:
根据压力容器设计的薄膜理论(Membrane Theory),对于承受内压的薄壁容器,其壁面主要产生两种应力:
* **环向应力(Hoop Stress)**:沿圆周方向拉伸。
* **纵向应力(Longitudinal/Meridional Stress)**:沿轴线方向拉伸。
3. **形状与受力的关系**:
* **平板或凹面底**:如果储箱底部是平的或者向内凹陷,在内压作用下,平板会发生巨大的弯曲变形,产生很大的弯曲应力,这需要非常厚的材料才能承受,导致结构重量极大且效率低。
* **外凸形状(椭球面、半球面等)**:将底部设计成向外凸出的曲面(如常见的椭球底或半球底),可以将内部压力转化为膜应力(主要是拉应力)。在这种几何形状下,结构能够更均匀地分散内力,极大地提高了结构抵抗内压变形的能力,从而可以用较薄的壁厚承受较高的内压,实现轻量化设计。
4. **选项辨析**:
* **A. 提高储箱承受内压的能力**:正确。外凸曲面是承受内压最理想的几何形状之一,能有效利用材料的抗拉强度。
* **B. 提高储箱承受轴向载荷的能力**:轴向载荷主要由箭体蒙皮和桁条承担,虽然底盖形状对整体刚度有影响,但其设计初衷并非 primarily 为了承受轴向压缩或拉伸,而是为了封住内部高压介质。
* **C. 提高储箱承受弯矩的能力**:弯矩主要由箭体圆柱段的梁式结构承担,底盖形状对此贡献较小。
* **D. 提高储箱承受扭矩的能力**:扭矩同样主要由箭体蒙皮的剪切刚度承担,与底盖是否为外凸形状关系不大。
### 结论:
运载火箭储箱底部做成外凸形状(如椭球底、半球底),主要是为了利用曲面结构特性,将内部压力转化为膜拉力,从而**提高储箱承受内压的能力**,并减轻结构重量。
故正确答案为 **A**。
相关知识点:
火箭储箱外凸提高内压
题目纠错
2023电力行业多旋翼无人机竞赛
