CN104071356A - 一种星箭分离过渡缓冲装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种星箭分离过渡缓冲装置，属于卫星系统级缓冲技术领域。该装置将传统的卫星与运载火箭的连接界面分为下连接盘和上连接盘以及十字支撑架，该装置的下连接盘与运载火箭相连接，其上开有火工品安装孔和分离弹簧顶杆顶压孔；上连接盘与卫星接头相连接，其上开有火工品避让孔以及6个螺栓连接孔；下连接盘和上连接盘之间增加一个刚性过渡结构即十字支撑架，由于增加了一个连接盘，从而增加了星箭分离时冲击载荷的衰减量，同时又在上下连接盘之间增加刚性过渡结构增加了冲击波传递的距离，降低了卫星上的冲击。该装置能实现卫星系统级缓冲，同时能够保证卫星整星刚度基本不变，满足卫星基频的设计要求。

Description

一种星箭分离过渡缓冲装置
技术领域
本发明涉及卫星系统级缓冲技术领域，具体涉及一种星箭分离过渡缓冲装置。
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、高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，频段宽度达到十万甚至百万赫兹。高频冲击载荷通常不会造成结果的破换，但却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过渡缓冲装置，该装置即能实现卫星系统级缓冲，同时能够保证卫星整星刚度基本不变，满足卫星基频的设计要求。
为达到上述目的，本发明的技术方案为：该星箭分离过渡缓冲装置包括上连接盘、下连接盘以及十字支撑架。
上、下连接盘均为厚度为20mm、直径为180mm的圆盘。
下连接盘中，以下连接盘圆心为原点，作相互垂直的两条直线分别为x1轴和y1轴，则下连接盘被划分为四个象限，顺次为第一象限A1、第二象限A2、第三象限A3以及第四象限A4；下连接盘上开有火工品安装孔和分离弹簧顶杆顶压孔，火工品安装孔位于象限A2内，火工品安装孔的中心距离下连接盘圆心48mm；分离弹簧顶杆顶压孔位于象限A4内，距离下连接盘圆心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下连接盘圆心。
上连接盘中，以上连接盘圆心为原点，作相互垂直的两条直线分别为x2轴和y2轴，将上连接盘划分为四个象限，顺次为第一象限B1、第二象限B2、第三象限B3以及第四象限B4；上连接盘上开有火工品避让孔以及6个螺栓连接孔，其中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上连接盘圆心的连线与x2轴正向的夹角分别为27.5°、72.5°、117.5°、162.5°、207.5°和252.5°；火工品避让孔在上连接盘中的相对位置与火工品安装孔在下连接盘上相对位置一致。
十字支撑架为横截面为十字结构。
连接关系为：上、下连接盘平行位于十字支撑架的两端，三者为一体化结构，其中十字支撑架的中心与上、下连接盘的圆盘中心对齐，且沿圆盘上的象限分割线呈十字；上连接盘中四个象限与下连接盘中的四个象限按次序对应。
进一步地，上连接盘上对应下连接盘中6个螺栓连接孔的位置处开有6个工装连接孔。
进一步地，十字支撑架的高度不小于40mm。
进一步地，火工品安装孔、火工品避让孔、分离弹簧顶杆顶压孔、螺栓连接孔和工装连接孔的尺寸依据实际的连接作用确定。
有益效果：
本发明密切结合航天工程实际的特点，针对星箭分离时刻火工冲击载荷造成卫星上冲击响应过大的问题，在卫星与运载火箭连接界面之间增加一个刚性过渡结构即十字支撑架，从而增加了冲击波传递的距离，在这种结构的基础上，又增加了一个连接盘，从而增加冲击载荷的衰减量，降低了卫星上的冲击环境。该缓冲结构即能实现卫星系统级缓冲，同时能够保证卫星整星刚度基本不变，满足卫星基频的设计要求。
附图说明
图1为本装置与卫星接头以及运载火箭一侧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-运载火箭一侧接头、4-分离螺栓；
图2为本过渡缓冲装置结构图；其中5-上连接盘、6-十字支撑架、7-下连接盘、8-螺栓连接孔、9火工品连接孔；
图3为不使用本过渡缓冲装置与使用该过渡缓冲装置时，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过渡缓冲装置，该装置主要用于实现星箭分离过程中对强烈冲击力的缓冲，具体结构如图1所示，该装置包括上连接盘、下连接盘以及十字支撑架。
上、下连接盘均为厚度为20mm、直径为180mm的圆盘。其中上连接盘用于连接卫星，下连接盘用于连接运载火箭；如图1所示，其中1为卫星接头，2为本发明提供的过渡缓冲装置、3为运载火箭接头，其中卫星接头可通过螺栓与本装置相连接，而运载火箭则需要通过火工品与本装置相连。
由于上连接盘与下连接盘的作用不同，其结构也不相同：
下连接盘
下连接盘时用于连接运载火箭的，因此其上开有火工品安装孔和分离弹簧顶杆顶压孔；其中火工品安装孔用于安装火工品，本实施例中的火工品即为图1的4爆炸螺栓；分离弹簧顶杆顶压孔用于连接分离弹簧。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。
针对下连接盘来说，其上各孔的位置如下：首先以下连接盘圆心为原点，作相互垂直的两条直线分别为x1轴和y1轴，则下连接盘被划分为四个象限，顺次为第一象限A1、第二象限A2、第三象限A3以及第四象限A4；下连接盘上开有火工品安装孔和分离弹簧顶杆顶压孔，火工品安装孔位于象限A2内，火工品安装孔的中心距离下连接盘圆心48mm；分离弹簧顶杆顶压孔位于象限A4内，距离下连接盘圆心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下连接盘圆心。
上连接盘
上连接盘用于连接卫星接头，因此其上开有火工品避让孔和6个螺栓连接孔。其中火工品避让孔用于避让火工品；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，火工品避让孔的尺寸依据火工品的尺寸设计，螺栓连接孔则依据连接螺栓的尺寸进行设计。
针对上连接盘来说，其上各孔的位置如下：以上连接盘圆心为原点，作相互垂直的两条直线分别为x2轴和y2轴，将上连接盘划分为四个象限，顺次为第一象限B1、第二象限B2、第三象限B3以及第四象限B4；上连接盘上开有火工品避让孔以及6个螺栓连接孔，其中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上连接盘圆心的连线与x2轴正向的夹角分别为27.5°、72.5°、117.5°、162.5°、207.5°和252.5°；火工品避让孔在上连接盘中的相对位置与火工品安装孔在下连接盘上相对位置一致；具体结构如图2所示。
本装置中所采用的十字支撑架为横截面为十字结构，为了能够实现较好的缓冲效果，十字支撑架的柱体高度不小于40mm。
连接关系为：上、下连接盘平行位于十字支撑架的两端，三者为一体化结构，其中十字支撑架的中心与上、下连接盘的圆盘中心对齐，且沿圆盘上的象限分割线呈十字；上连接盘中四个象限与下连接盘中的四个象限按次序对应。本装置整体的结构如图3所示。
对于下连接盘来说，其上可能还具有6个工装连接孔，该6个工装连接孔开在上连接盘上对应下连接盘中6个螺栓连接孔的位置处。当本装置仅与卫星连接，不需进行运载发射时，通过工装连接孔与卫星保存支撑架固定连接以实现对卫星的保存。
采用本连接装置，在进行在发射前，卫星首先通过6个螺栓与过渡缓冲装置上连接盘固连，然后将卫星和过渡缓冲装置的组合体通过火工品与运载火箭连接，从而实现星箭连接。星箭分离时刻，爆炸螺栓4起爆，卫星与过渡结构组合体与运载实现分离。此时，火工品产生的冲击波首先通过过渡结构与运载火箭的界面传递到下连接盘，然后通过十字支撑架传递到上连接盘，最后经过上连接盘与卫星的连接界面传递到卫星上。冲击波传递到卫星接头上时，经过上下连接盘和一个十字支撑架的衰减，从而增加了冲击载荷的衰减量。
为了对本装置的缓冲效果进行验证，可以采用真实的火工品和星、箭接头和卫星配重设计的星箭分离缓冲方案缩比模型验证试验(简称缩比试验)。星箭分离缩比试验采用相同的火工品首先进行了采用真实火工品和现有的星箭接头重复进行了3次，然后采用相同的火工品，又进行了一次在星箭接头之间附加过渡段的试验。图3为三次无缓冲试验和附加过渡缓冲结构试验卫星接头一侧实测响应的比较。由图3可以看到三次无缓冲试验中卫星接头上实测数据一致性较好(误差小于3dB)，说明火工品性能一致，因此，在星箭接头之间附加过渡缓冲结构的方案仅进行了一次能够代表冲击响应衰减的规律。由图3可以看到，星箭接头之间附加本过渡缓冲装置后，卫星接头上冲击响应较无缓冲的状态在整个频段上明显减小，其中响应峰值衰减了46％。
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 (4)

1.一种星箭分离过渡缓冲装置，其特征在于，该装置包括上连接盘、下连接盘以及十字支撑架；
所述上、下连接盘均为厚度为20mm、直径为180mm的圆盘；
所述下连接盘中，以下连接盘圆心为原点，作相互垂直的两条直线分别为x1轴和y1轴，则下连接盘被划分为四个象限，顺次为第一象限A1、第二象限A2、第三象限A3以及第四象限A4；下连接盘上开有火工品安装孔和分离弹簧顶杆顶压孔，所述火工品安装孔位于象限A2内，火工品安装孔的中心距离下连接盘圆心48mm；所述分离弹簧顶杆顶压孔位于象限A4内，距离下连接盘圆心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下连接盘圆心；
所述上连接盘中，以上连接盘圆心为原点，作相互垂直的两条直线分别为x2轴和y2轴，将上连接盘划分为四个象限，顺次为第一象限B1、第二象限B2、第三象限B3以及第四象限B4；上连接盘上开有火工品避让孔以及6个螺栓连接孔，其中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上连接盘圆心的连线与x2轴正向的夹角分别为27.5°、72.5°、117.5°、162.5°、207.5°和252.5°；所述火工品避让孔在上连接盘中的相对位置与所述火工品安装孔在下连接盘上相对位置一致；
所述十字支撑架为横截面为十字结构；
连接关系为：所述上、下连接盘平行位于所述十字支撑架的两端，三者为一体化结构，其中十字支撑架的中心与上、下连接盘的圆盘中心对齐，且沿圆盘上的象限分割线呈十字；上连接盘中四个象限与下连接盘中的四个象限按次序对应。
2.如权利要求1所述一种星箭分离过渡缓冲装置，其特征在于，所述上连接盘上对应下连接盘中6个螺栓连接孔的位置处开有6个工装连接孔。
3.如权利要求1或2所述的一种星箭分离过渡缓冲装置，其特征在于，所述十字支撑架的高度不小于40mm。
4.如权利要求1或2所述的一种星箭分离过渡缓冲装置，其特征在于，所述火工品安装孔、火工品避让孔、分离弹簧顶杆顶压孔、螺栓连接孔和工装连接孔的尺寸依据实际的连接作用确定。
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