CN104058107A - 一种星箭分离减冲击连接装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种星箭分离减冲击连接装置，使用本装置能够增加星箭分离时冲击载荷在过星箭连接界面的衰减量，降低卫星上的冲击响应量级。本装置是针对传统的星箭连接面进行改进，具体为一种圆盘结构，圆盘上开有1个火工品安装孔、6个螺栓连接孔和1个分离弹簧顶杆顶压孔以及1个缓冲孔；其中缓冲孔为沉孔，其余均为通孔。开有缓冲孔的一侧连接卫星，缓冲孔从而改变了星箭连接盘的阻抗，减小了卫星与运载火箭的接触面积，因此，星箭分离时刻，冲击载荷从运载一侧通过星箭连接面传递到卫星上的过程，附加缓冲孔方案的星箭连接界面增加了冲击波传递过程中的反射和折射，增加了冲击载荷的衰减量。

Description

一种星箭分离减冲击连接装置

技术领域

本发明涉及一种星箭分离减冲击连接装置，尤其适用于采用点式连接接口形式的卫星。

背景技术

星箭分离冲击是卫星在发射过程中需要经历的最为苛刻的力学环境之一。星箭分离时刻，火工品爆炸瞬间会产生大量级的高频冲击载荷，其作用在卫星结构上会产生高频、大量级的瞬态加速度响应，一般情况下它可达到数万g,作用时间为几个毫秒，频段宽度达到上万甚至百万赫兹，它能对航天器上具有晶振、脆性材料等的精密电子设备造成致命损伤，从而造成航天任务的失败，甚至发生灾难性的事故。

目前，航天工程实践中，一般是通过在总体布局中把对冲击敏感的单机设备安装在距离火工冲击源(星箭分离面)较远的位置，通过增加冲击载荷在结构中传递的距离实现冲击载荷的衰减，或者是在单机设备安装位置增加橡胶垫等柔性缓冲垫实现缓冲。但是，增加传递距离和附加柔性缓冲垫的方式无法满足卫星系统级缓冲设计和连接刚度的要求。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种星箭分离减冲击连接装置，能够增加星箭分离时冲击载荷在过星箭连接界面的衰减量，降低卫星上的冲击响应量级。

为达到上述目的，本发明的技术方案为：该星箭分离减冲击的星箭连接装置具体为一个20mm厚、直径为180mm的圆盘，圆盘上开有1个火工品安装孔、6个螺栓连接孔和1个分离弹簧顶杆顶压孔以及1个缓冲孔；其中缓冲孔为沉孔，其余均为通孔。

以圆盘中心为原点，作相互垂直的两条直线分别为x轴和y轴，设定x轴 和y轴正向之后，则下连接盘被划分为四个象限，顺次为第一象限、第二象限、第三象限以及第四象限。

6个螺栓连接孔分布在直径为150mm的上连接盘同心圆的圆周上，其中6个螺栓连接孔中心与圆盘圆心的连线与x轴正向的夹角分别为27.5°、72.5°、117.5°、162.5°、207.5°和252.5°。

火工品安装孔位于第二象限内，火工品安装孔的中心距离圆盘中心48mm；分离弹簧顶杆顶压孔位于第四象限内，距离圆盘中心62mm；其中分离弹簧顶杆顶压孔与火工品安装孔的中心点连线过圆盘中心、且与x轴负向成45°角。

缓冲孔为一8mm深的沉孔，其正投影形状为一个以圆盘中心为圆心、直径为120mm的圆周A，圆周A在第二象限和第四象限内分别进行局部调整，即在第二象限内避开火工品安装孔，同时在第四象限内避开分离弹簧顶杆顶压孔。

优选地，圆周A在第一象限和第三象限内所成圆弧分别为第一圆弧和第三圆弧，圆周A在第二象限内调整为第二圆弧、在第四象限内调整为第一线段；则缓冲孔的正投影形状由第一圆弧、第二圆弧、第三圆弧以及第一线段合围而成。

第二圆弧为在第二象限对圆周A进行的局部调整：第二圆弧的圆心A位于分离弹簧顶杆顶压孔与火工品安装孔的中心点连线上，以A为圆心、半径为70.7mm的圆周在第二象限内所成的劣弧即为第二圆弧；其中第二圆弧与第一圆弧之间以及第二圆弧与第三圆弧之间均具有一个半径为10mm的倒角。

第一线段为在第四象限内对圆周A进行的局部调整：在距离圆心47.3mm处、垂直于圆心与顶压孔之间连线的直线与圆周A相交所成线段。

有益效果：

本发明结针对某采用点式星箭接口的卫星在星箭分离冲击响应过大的问题，在卫星与运载火箭之间的连接盘上附加一个缓冲孔，该缓冲孔为沉孔，能够改变星箭连接盘的阻抗，减小卫星与运载火箭的接触面积，因此，星箭分离时刻，冲击载荷从运载一侧通过星箭界面传递到卫星上的过程，附加缓冲孔方案的星箭连接装置增加了冲击波传递过程中的反射和折射，增加了冲击载荷的 衰减量，从而降低了卫星上的冲击响应量级。

附图说明

图1为本装置与卫星接头连接之后的结构图；其中1-卫星接头、2-为本连接装置、3-爆炸螺栓、4-卫星接头上连接卫星主承力桁架的接口；

图2为本装置圆盘上所开各孔位置示意图；其中5-火工品安装孔、6-螺栓连接孔、7-缓冲孔、8-分离弹簧顶杆顶压孔；

图3为使用无缓冲孔的圆盘与有缓冲孔的圆盘时，卫星接头一侧冲击载荷的比较图。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种星箭分离减冲击连接装置，本装置是针对传统的星箭连接面进行改进，在连接卫星的一侧增加一个沉孔，从而改变了星箭界面的阻抗，减小了卫星与运载火箭(冲击源一侧)的接触面积，因此，星箭分离时刻，冲击载荷从运载一侧通过星箭连接面传递到卫星上的过程，附加缓冲孔方案的星箭连接界面增加了冲击波传递过程中的反射和折射，增加了冲击载荷的衰减量。

本装置的具体方案为：该装置具体为一个20mm厚、直径为180mm的圆盘，圆盘上开有1个火工品安装孔、6个工装连接孔和1个分离弹簧顶杆顶压孔以及1个缓冲孔。其中缓冲孔为沉孔，其余均为通孔。

圆盘上各孔的位置如图1所示，以圆盘中心为原点，作相互垂直的两条直线分别为x轴和y轴，设定x轴和y轴正向之后(可随意设定该x轴和y轴的正向)，则下连接盘被划分为四个象限，顺次为第一象限、第二象限、第三象限以及第四象限；

则对于本装置来说，为了保证其既能与卫星接头连接同时又能够通过火工品与运载火箭连接，其上各孔的位置具体为如下形式：6个螺栓连接孔分布在直径为150mm的上连接盘同心圆的圆周上，其中6个螺栓连接孔中心与圆盘中心 的连线与x轴正向的夹角分别为27.5°、72.5°、117.5°、162.5°、207.5°和252.5°；火工品安装孔位于第二象限内，火工品安装孔中心距离圆盘中心48mm；分离弹簧顶杆顶压孔位于第四象限内，距离圆盘中心62mm；其中分离弹簧顶杆顶压孔与火工品安装孔的中心点连线过圆盘中心、且与x轴负向成45°角。

其中火工品安装孔用于安装火工品，例如爆炸螺栓；分离弹簧顶杆顶压孔用于连接分离弹簧，6个螺栓连接孔为卫星接头和本装置之间的连接孔，即采用螺栓的方式连接。。在实际实施的过程中，火工品安装孔依据火工品的尺寸进行设计，分离弹簧顶杆顶压孔的尺寸则依据所使用的分离弹簧的尺寸进行设计，螺栓连接孔则依据连接螺栓的尺寸进行设计。

为了能够在发射过程中减小卫星与运载火箭的接触面积，该圆盘上具有一个沉孔，即缓冲孔。缓冲孔为一8mm深的沉孔，该缓冲孔的正投影形状为一个以圆盘中心为圆心、直径为120mm的圆周A，其中该圆周A在第二象限和第四象限内分别进行局部调整，即在第二象限内避开火工品安装孔，同时在第四象限内避开分离弹簧顶杆顶压孔。

该缓冲孔规避了火工品安装孔和分离弹簧顶杆顶压孔，因此在不影响该两种孔的作用的前提下，还能够达到较好的缓冲效果。

冲击波在结构中传播时，通过连接界面的衰减效果与界面的连接形式、界面阻抗以及界面构型等因素有关。本发明通过星箭连接界面进行改进设计，在卫星一侧星箭接头上附加一个沉孔，改变了星箭连接界面的阻抗，减小了卫星与运载火箭的接触面积，因此，星箭分离时刻，冲击载荷从运载一侧通过星箭界面传递到卫星上的过程，附加缓冲孔方案的星箭连接装置增加了冲击波传递过程中的反射和折射，增加了冲击载荷的衰减量。

针对缓冲孔，本实施例给出了其一种能够较好的规避火工品安装孔和分离弹簧顶杆顶压孔的正投影形状。即该缓冲孔正投影形状具体为：保留圆周A在第一象限和第三象限内所成圆弧分别为第一圆弧和第三圆弧，在第二象限将圆周A调整为第二圆弧，在第四象限将圆周A调整为第一线段，则缓冲孔的正投 影形状由第一圆弧、第二圆弧、第三圆弧以及第一线段合围而成。

其中第二圆弧为在第二象限对圆周A进行的局部调整：第二圆弧的圆心A位于分离弹簧顶杆顶压孔与火工品安装孔的中心点连线上，以A为圆心、半径为70.7mm的圆周在第二象限内所成的劣弧即为第二圆弧；其中第二圆弧与第一圆弧之间以及第二圆弧与第三圆弧之间均具有一个半径为10mm的倒角。

第一线段为在第四象限内对圆周A进行的局部调整：第一线段为在距离圆心47.3mm处、垂直于圆心与顶压孔之间连线的直线与圆周A相交所成线段。

针对本装置所设计的缓冲孔进行星箭分离冲击缩比试验，其中中运载一侧星箭接头和爆炸螺栓采用真实状态，本连接装置分别采用了无缓冲孔和附加缓冲孔两种状态，其中无缓冲孔状态重复进行了三次，缓冲孔方案进行了一次。图3为星箭界面卫星一侧冲击载荷的实测响应，可以看到三次无缓冲方案中卫星一侧接头上冲击响应水平相当，说明火工品性能一致，因此，缓冲孔方案单次试验结构能够代表响应衰减量。由图3可以看到，相比无缓冲方案，采用了 缓冲孔方案后，在10～10000Hz频段上，冲击响应都有明显衰减，响应峰值衰减了26％。由此可见，本装置上附加缓冲孔的方案能够有效提高冲击载荷的衰减量。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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。

Claims (2)

1.一种星箭分离减冲击的星箭连接装置，其特征在于，该装置具体为一个20mm厚、直径为180mm的圆盘，圆盘上开有1个火工品安装孔、6个螺栓连接孔和1个分离弹簧顶杆顶压孔以及1个缓冲孔；

其中缓冲孔为沉孔，其余均为通孔；

以所述圆盘中心为原点，作相互垂直的两条直线分别为x轴和y轴，设定x轴和y轴正向之后，则下连接盘被划分为四个象限，顺次为第一象限、第二象限、第三象限以及第四象限；

所述6个螺栓连接孔分布在直径为150mm的上连接盘同心圆的圆周上，其中6个螺栓连接孔中心与圆盘圆心的连线与x轴正向的夹角分别为27.5°、72.5°、117.5°、162.5°、207.5°和252.5°；

所述火工品安装孔位于第二象限内，火工品安装孔的中心距离圆盘中心48mm；所述分离弹簧顶杆顶压孔位于第四象限内，距离圆盘中心62mm；其中分离弹簧顶杆顶压孔与火工品安装孔的中心点连线过圆盘中心、且与x轴负向成45°角；

所述缓冲孔为一8mm深的沉孔，其正投影形状为一个以圆盘中心为圆心、直径为120mm的圆周A，所述圆周A在第二象限和第四象限内分别进行局部调整，即在第二象限内避开火工品安装孔，同时在第四象限内避开分离弹簧顶杆顶压孔。

2.如权利要求1所述的一种星箭分离减冲击的星箭连接装置，其特征在于，所述圆周A在第一象限和第三象限内所成圆弧分别为第一圆弧和第三圆弧，圆周A在第二象限内调整为第二圆弧、在第四象限内调整为第一线段；则所述缓冲孔的正投影形状由第一圆弧、第二圆弧、第三圆弧以及第一线段合围而成；

所述第二圆弧为在第二象限对圆周A进行的局部调整：第二圆弧的圆心A位于分离弹簧顶杆顶压孔与火工品安装孔的中心点连线上，以A为圆心、半径为70.7mm的圆周在第二象限内所成的劣弧即为第二圆弧；其中第二圆弧与第一圆弧之间以及第二圆弧与第三圆弧之间均具有一个半径为10mm的倒角；

所述第一线段为在第四象限内对圆周A进行的局部调整：在距离圆心47.3mm处、垂直于圆心与顶压孔之间连线的直线与圆周A相交所成线段。