长征五号系列运载火箭的箭体结构

长征五号系列运载火箭的箭体结构

长征五号的箭体结构分芯级和助推器两部分，由多个功能各异的部件和组件构成，包括有效载荷整流罩、有效载荷支架、仪器舱、级间段、液氧箱、液氢箱、煤油箱、箱间段、后过渡段、斜头锥、尾段和尾翼等。
贮箱结构材料选用2219铝合金，各级均采用独立贮箱。芯级4个贮箱除一子级液氧箱外均选用单一的硬壳式结构。
3.35米直径模块继承原长征火箭芯级已有的3.35米直径技术，使用液氧和煤油推进剂，安装两台120吨级YF-100液氧煤油发动机，再加上与发动机配套的增压运输系统和伺服机构等。
助推器结构形式与长征三号乙运载火箭的箭体结构相似，助推器贮箱选用等边三角形网格加筋壳结构。助推器液氧贮箱采用了全搅拌摩擦焊技术。
助推器的头锥为斜锥体，由半球形端头和截锥壳体两部分组成。3.35米直径助推器头锥倾斜角度为15°。端头在飞行过程中要承受气动加热。截锥壳体采用桁梁式半硬壳薄壁结构，外表面蒙皮采用耐高温玻璃钢材料。 　　　　 芯一级采用5米直径火箭芯级模块。使用液氢和液氧作为推进剂，结构主要由贮箱、箱间段、级间段和尾段组成。
贮箱箱筒段是箭体结构中的主要承力结构，所承受的外载荷较为复杂，包括内压、轴压、弯矩和剪力等，其结构形式需按照承受的载荷和最小结构质量等因素进行综合设计。短壳用于贮箱与相邻结构部段之间的连接，主要传递轴向均布或非均布载荷。短壳通常为4块壁板焊接成的圆筒段，一端铆有端框，与其他部段对接；另一端与箱底焊接。短壳承受的载荷多为轴压、弯矩联合载荷。根据载荷条件、边界条件选择结构形式，一般为硬壳式结构、半硬壳式结构或整体网格加筋结构。
芯一级箱间段连接氧化剂箱和燃料箱的短壳，采用半硬壳式结构，由金属蒙皮、桁条、中间框和上、下端框等组成。由于助推器的前捆绑点位于此段上，载荷主要由组合梁和副梁来承受。
一、二子级级间段采用半硬壳式结构，由金属蒙皮、桁条、中间框和上、下端框等组成，分为上、下两个柱段，并含有级间分离结构。
芯一级尾段为半硬壳式结构，由金属蒙皮、组合梁、副梁、桁条、中间框和上、下端框等组成。
5米直径贮箱部分使用了搅拌摩擦焊技术，一级氢箱生产中运用铣焊一体技术、内撑外压技术和辅助支撑技术等手段。 　 　 芯二级采用5米直径火箭上面级模块，使用液氢和液氧作为推进剂，采用YF-75D作为主动力，以及相应的新的增压输送系统和伺服机构等。另外芯二级采用辅助动力系统，配有气氧煤油姿控发动机。
芯二级结构包括贮箱、箱间段和仪器舱等。
为了简化操作、提高可靠性、降低成本，芯二级贮箱均采用独立箱体结构而不采用共底结构，液氢箱直径5米，液氧箱直径3.35米，液氧箱位于液氢箱下部。二子级液氢箱采用球形底的箱底结构形式，箱筒段为光筒壳；前、后短壳采用正置正交网格结构；芯二级液氧箱的前、后箱底采用椭球底，前、后短壳和箱筒段均为光筒壳。主体结构材料为2219铝合金。
芯二级箱间段为倒锥形，大端直径5米，小端直径3.35米，采用复合材料杆结构。
仪器舱为截锥型壳体，完成由5.2米直径整流罩到5米直径芯级结构的过渡。截锥型壳体采用蜂窝夹层结构，由内、外碳纤维面板、铝蜂窝夹芯和前、后端框等组成。
有效载荷支架为截锥形壳体，采用蜂窝夹层结构，由内、外碳纤维面板，铝蜂窝夹芯，前、后端框和分离弹簧支座等组成；前端面是火箭与有效载荷的分离面，包带锁紧装置将有效载荷牢固地连接在此面上；其后端框通过螺栓与仪器舱连接。为减少有效载荷支架的振动，采取了增加阻尼减振结构的措施。 主条目：远征二号上面级
远征二号的资料很少。2009 年，中国启动了基于常规推进剂四氧化二氮/偏二甲肼的远征系列上面级研制，其中就包括远征二号。远征二号是一种液体专用上面级，能和长征五号火箭组合承担一箭一星、 一箭双星和一箭四星直接入轨发射任务，在轨时间6.5小时，具备2次启动能力。
长征五号有效载荷整流罩外形是冯·卡门外形（原始卵形）+圆柱形，由两个半罩组成，直径为5200毫米，分为12.267米、20.5米两个长度系列，分别用于长征五号和长征五号乙。整流罩采取了降噪措施，以改善发射过程中有效载荷的环境。
整流罩依结构可划分为端头帽、前锥段、前柱段、基本圆柱段和横向分离段五个模块。
端头帽的主要功能是保证气动外形，适应气动加热要求，采用带加强框架的层压玻璃钢半球壳结构形式。
前锥段为冯卡门外形，主要目的是改善气动外形，采用由碳/环氧面板和聚甲基丙烯酰亚胺（PMI泡沫）芯子组成的夹层结构。PMI泡沫与铝蜂窝相比具有较高的弯曲刚度和侧压强度，且有较好的热变形能力，能很好地吻合冯·卡门不可展开曲面成型工艺，而成本可降低20%～25%。
前圆柱段主要功能是为有效载荷提供有效空间，由两瓣罩组成，采用由碳/环氧面板和铝蜂窝芯组成的蜂窝夹层结构，结构质量轻，结构简单。
基本圆柱段主要功能是为有效载荷提供有效空间，采用铝合金半便壳式结构形式，结构适应性强、承载能力大，组合方便。
由于气流的冲刷，在有效载荷整流罩的外表面，特别是端头帽和前锥段的外表面会产生比较大的热流，因此有效载荷整流罩需采取防热措施。有效载荷整流罩的防热结构，是在外表面粘贴特制的低导热系数复合材料。
整流罩在中国首次采用了横向线性分离装置。