CN104709473A - 一种航天飞行器部段分离装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种航天飞行器部段分离装置，包括滑筒(1)、分离弹簧(2)、套筒(3)、套筒固定螺母(4)、堵盖(5)、滑杆(6)和堵头螺钉(7)；通过套筒(3)限制分离弹簧(2)在中心轴线法向面上的活动，在轴向上，通过堵盖(5)、滑杆(6)和滑筒(1)对分离弹簧(2)进行限位，将滑杆(6)安装在堵盖5上，滑筒(1)安装在分离部段上，分离弹簧(2)释放时，活动部件相对固定部件运动，跟随分离弹簧(2)的释放，在尾部靠螺纹卡死，使堵盖(5)系留，同时通过堵盖(5)限制分离弹簧2的轴向运动，并将分离弹簧(2)系留；本发明能够有效避免活动物体碰撞发动机喷管或上面级仪器设备的风险，提高分离可靠性。

Description

一种航天飞行器部段分离装置

技术领域

本发明涉及一种航天飞行器部段分离装置。

背景技术

很多航天飞行器部段分离时，采用分离弹簧提供分离冲量。一般情况下，分离弹簧安装在分离部段结构上，分离前分离弹簧处于压缩状态，分离过程中，安装在分离部段结构内的分离弹簧、堵盖等结构件会随着部段的分离迅速释放成为自由的活动物体，由于分离弹簧数量较多，且分离过程可能存在外部干扰，在高速分离状态下，存在释放的活动物体碰撞主发动机喷管及上面级部段仪器设备的风险，进而对飞行产生影响，严重的会造成飞行失利，所以必须对分离过程中产生的自由活动物体进行限位，避免碰伤喷管或碰撞仪器设备。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种航天飞行器部段分离装置，能够将部段分离过程中由分离弹簧释放产生的弹簧、堵盖等自由活动物体系留在分离部段上，有效避免活动物体碰撞发动机喷管或上面级仪器设备的风险，提高分离可靠性。

本发明包括如下技术方案：

一种航天飞行器部段分离装置，包括滑筒、分离弹簧、套筒、套筒固定螺母、堵盖、滑杆和堵头螺钉；在堵头螺钉的大端的中心形成内六角盲孔，堵头螺钉的小端的外表面形成外螺纹，在小端的中心上形成螺纹盲孔；

套筒的内表面为圆柱形，套筒外表面的一端的直径比另一端的直径大，在直径较大的一端的外表面形成螺纹，并该直径较大的一端的端部形成限位卡口；

堵盖为外形为六方的法兰盘，堵盖中心开有螺纹孔，堵盖的底面上开有用于容纳套筒的限位卡口的环形槽；堵盖与分离部段上六方台阶孔配合；

滑杆包括依次相连的具有外螺纹的第一端部、截面为六方形的第一中间部、截面为圆形的第二中间部和具有外螺纹的第二端部，第一端部的直径比第二端部的直径大，第二中间部的直径最小；第二端部与滑筒的螺纹孔配合，第一端部与堵盖上的螺纹孔配合；

滑筒由第一接头、第二接口和套管组成，第一接头、第二接口位于套管的两端，第一接头中心形成与滑杆的第二端部配合的螺纹孔，第二接头的一端为螺栓头，第二接头的另一端插入套管内部使得在套管内形成滑筒的空腔，所述螺栓头与堵头螺钉上的螺纹盲孔配合；

套筒的限位卡口卡在分离部段上的六方台阶孔上；套筒固定螺母安装在套筒直径较大的一端的外部，通过锁紧套筒固定螺母将套筒固定在分离部段上；将分离弹簧放在套筒内，利用堵盖及分离弹簧压缩工装将分离弹簧压缩到位，最终使得堵盖的上表面与分离部段端框表面齐平、套筒的限位卡口位于堵盖的环形槽内，分离弹簧中心轴与堵盖中心轴一致；然后将上面级部段与分离部段通过爆炸螺栓固定；

滑杆的第一端部穿过堵头螺钉安装孔，旋入堵盖的螺纹孔后固定在堵盖上；将滑筒第一接头的螺纹孔与滑杆的第二端部对齐，通过旋转滑筒将滑杆的第二端部完全旋入滑筒内，同时将滑筒的第二接头的螺栓头完全旋入堵头螺钉的螺纹盲孔中，然后采用内六角扳手通过内六角盲孔将堵头螺钉安装到分离部段上的堵头螺钉安装孔中；

在部段分离过程中，分离弹簧驱动堵盖与分离部段相对运动，进而驱动与堵盖固定连接的滑杆和与分离部段固定连接的滑筒发生相对运动，当分离弹簧完全释放至自由长度时，由于惯性作用，分离弹簧继续与分离部段发生相对运动，并驱动堵盖继续运动，待滑杆第二端部移动至滑筒的螺纹孔时，通过螺纹卡死，使滑杆无法继续向前运动，进而将堵盖和分离弹簧系留在分离部段上。

滑杆的长度比分离弹簧底部支撑面到堵盖下端面的高度小30～50mm。

在分离弹簧达到自由高度时，滑杆第二端部的上端面与滑筒第一接头的下端面有5mm的间隙量。

滑筒的空腔底端面与滑杆第二端部的下端面保留2mm的间隙量。

在滑杆的第二端部的下端形成一字槽。

所述弹簧压缩工装包括丝杠、支撑座、传力套筒、推力球轴承、卡环和六方头，推力球轴承位于传力套筒和六方头之间，卡环卡在传力套筒和六方头外部，支撑座和传力套筒接触，丝杠依次穿过支撑座、传力套筒、推力球轴承和六方头；在分离弹簧压缩时，丝杠通过堵头螺钉安装孔穿过套筒后通过螺纹与堵盖固定连接，支撑座紧贴在分离部段的支撑面上，通过旋转六方头带动丝杠移动，从而拉动堵盖向分离部段运动，同时带动弹簧压缩。

采用滑杆安装套筒工装将滑杆旋入堵盖，滑杆安装套筒工装的外表面为圆柱形，滑杆安装套筒工装的一端形成花形孔，另一端形成方形孔；套筒工装的花形孔与滑杆的第一中间部配合，采用内六角扳手通过套筒工装的方形孔进行安装。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

本发明利用活塞杆原理，将活动部件安装在堵盖上，固定部件安装在分离部段结构上，弹簧释放时，活动部件相对固定部件运动，跟随弹簧的释放，在尾部靠螺纹卡死，使堵盖系留，同时通过堵盖限制弹簧轴向运动，并将弹簧系留。在不改变原有结构的基础上，该装置结构简单，操作简便、成本低、可靠性高，能够有效化解部段分离过程中由分离弹簧产生的活动物碰撞发动机喷管及上面级部段仪器设备的风险，提高部段分离可靠性，在多种航天飞行器试验中，分离弹簧采用该种限位系留装置后均被可靠系留。

附图说明

图1为航天飞行器部段分离装置组成示意；

图2为滑筒示意图；

图3为套筒示意图；

图4为套筒固定螺母示意图，图4a为螺母主视图，图4b为图4a的左视图；

图5为堵盖示意图，图5a为堵盖主视图，图5b为图5a的A-A剖面图；

图6为滑杆示意图，图6a为滑杆主视图，图6b为图6a的A向视图；

图7为堵头螺钉示意图，图7a为堵头螺钉主视图，图7b为图7a的左视图；

图8为弹簧压缩工装及安装弹簧示意图，图8a为弹簧压缩工装安装弹簧示意图，图8b为弹簧压缩工装示意图；

图9为滑杆安装套筒工装示意图，图9a为滑杆安装套筒工装主视图，图9b为图9a的左视图；

图10为航天飞行器部段分离装置工作示意图，其中图10a为部段分离前状态图，图10b为部段分离中状态图，图10c为部段分离后状态图。

具体实施方式

下面就结合附图对本发明做进一步介绍。

为了对航天飞行器部段分离过程中分离弹簧释放产生的自由活动物体加以限制，同时不影响分离弹簧提供分离冲量的功能，本发明设计了一套航天飞行器部段分离装置。如图1所示，该航天飞行器部段分离装置由滑筒1、分离弹簧2、套筒3、套筒固定螺母4、堵盖5、滑杆6和堵头螺钉7组成。

如图2所示，滑筒1由第一接头21、第二接口22和套管23组成，第一接头21、第二接口22位于套管23的两端，第一接头21中心形成螺纹孔24，螺纹规格与滑杆6的小端螺纹62规格一致，第二接头22的一端为螺栓头25，第二接头22的另一端插入套管23内部，螺栓头25螺纹规格与堵头螺钉7上的螺纹孔螺纹规格一致。

如图3所示，套筒3为圆管状，其一端的直径比另一端直径大，在直径较大的一端的外表面形成螺纹，并该端的顶部形成限位卡口31，限位卡口31与分离部段10上的六方台阶孔配合，套筒固定螺母4位于套筒3外部，在套筒固定螺母4锁紧后将套筒3牢牢限制在分离部段10上。固定后的套筒为弹簧提供安装空间，并对弹簧在中心轴线的法向面上进行限位，使弹簧压缩后不会产生横向偏移。套筒固定螺母4的结构如图4所示。

如图5所示，堵盖5为外形为六方的法兰盘，堵盖5中心开有螺纹孔51，堵盖5底面上开有用于容纳套筒3的限位卡口31的环形槽52。螺纹孔51与弹簧压缩工装及滑杆的具有外螺纹的第一端部61配合，用于安装弹簧压缩工装和固定滑杆。堵盖5与分离部段10上的六方台阶孔101配合，便于弹簧压缩过程中及部段对接后对弹簧限位，使弹簧中心轴与堵盖中心轴一致，确保弹簧提供的分离冲量的矢量方向的一致性。

如图6所示，滑杆6包括依次相连的具有外螺纹的第一端部61、截面为六方形的中间部62和截面为圆形的中间部63和具有外螺纹的第二端部64，第一端部的直径比第二端部的直径大，截面为圆形的中间部63的直径最小。具有外螺纹的第二端部64与滑筒1的螺纹孔24配合，具有外螺纹的第一端部61与堵盖5上的螺纹孔51配合。滑杆的设计难点在于如何在弹簧安装后将滑杆6连接到堵盖5上。通过分析，堵头螺钉安装孔直径一般较小，只能利用工具装配滑杆，所以设计截面为六方形的中间部62，便于采用专用的套筒工装(工装示意见图9)将滑杆旋入堵盖。为确保滑杆安装到位，在第二端部64下部设计一字槽65，在滑杆6旋入堵盖后，利用螺刀再次旋紧滑杆。

如图7所示，在堵头螺钉7的大端的中心形成内六角盲孔73，堵头螺钉(7)的小端外表面形成外螺纹，在小端72的中心上形成螺纹盲孔71，堵头螺钉的小端72与分离部段10上的堵头螺钉安装孔102配合，螺纹盲孔71与滑筒1的螺栓头配合，用于固定滑筒和封堵弹簧安装口。

本发明的安装过程如下：

(1)通过套筒固定螺母将套筒3固定在分离部段10上。

(2)安装分离弹簧，如图8所示，利用堵盖及分离弹簧压缩工装将弹簧压缩到位。如图8b所示，分离弹簧压缩工装11包括丝杠111、支撑座112、传力套筒113、推力球轴承114、卡环115和六方头116。推力球轴承114位于传力套筒113和六方头116之间，卡环115卡在传力套筒113和六方头116外部，支撑座112和传力套筒113接触，丝杠111依次穿过支撑座112、传力套筒113、推力球轴承114和六方头116。如图8所示，弹簧安装时，弹簧压缩工装11的丝杠111通过堵头螺钉安装孔穿过套筒3后通过螺纹与堵盖5连接，支撑座112紧贴在分离部段的支撑面上，通过旋转六方头116带动带动丝杠111移动，从而拉动堵盖5向分离部段运动，同时带动弹簧2压缩，直至堵盖5安装在六方台阶孔101内，其端面与分离部段端框表面齐平，套筒3的限位卡口31位于堵盖5的环形槽52内，分离弹簧2中心轴与堵盖5中心轴一致；然后将上面级部段9与分离部段10通过爆炸螺栓固定。

(3)弹簧压缩到位后，分离部段10与上面级部段9通过爆炸螺栓固定，部段对接完成后，拆除弹簧压缩工装，此时弹簧已被压缩在套筒3的空间内，依次装入滑杆6、滑筒1和堵头螺钉7。滑杆6的第一端部61穿过堵头螺钉安装孔102，通过滑杆安装套筒工装和螺刀将滑杆6的第一端部61旋入堵盖5的螺纹孔51后固定在堵盖5上；如图9所示，滑杆安装套筒工装的外表面为圆柱形，滑杆安装套筒工装的一端形成花形孔81，另一端形成方形孔82；套筒工装的花形孔81与滑杆6的第一中间部62配合，采用内六角扳手通过套筒工装的方形孔82进行安装。

(4)将滑筒1第一接头的螺纹孔24与滑杆6的第二端部64对齐，通过旋转滑筒1将滑杆6的第二端部64完全旋入滑筒1内，同时将滑筒1的第二接头22的螺栓头完全旋入堵头螺钉7的螺纹盲孔71中，然后将堵头螺钉7安装到分离部段10上的堵头螺钉安装孔102中，实现滑筒1、堵头螺钉7、分离部段10三者的连锁固定。

本发明在不改变原有结构的基础上，选择封堵弹簧压缩工装安装孔的堵头螺钉，不会额外增加新的安装孔，且滑杆可通过弹簧压缩工装安装孔实现安装。按照分离弹簧的自由高度、压缩高度以及安装空间，初步选取滑杆的长度，一般选取的滑杆长度比弹簧底部支撑面到堵盖5下端面高度小30～50mm，再通过限位行程大小，精确确定滑筒1长度为135mm。为避免弹簧释放时，滑筒1受冲击太大，在弹簧2达到自由高度时，滑杆6第二端部64的上端面与滑筒1第一接头21的下端面留有5mm的间隙量。同时考虑产品运输环境，结构上采取防撞措施，装配后滑筒1的内孔底端面与滑杆6底部保留2mm的间隙量，避免运输时滑杆与滑筒碰撞。

如图10a所示，在部段分离前，上面级部段9和分离部段10通过爆炸螺栓连接，堵盖5与上面级部段9接触。在爆炸螺栓爆炸后，进入部段分离过程，如图10b所示，分离弹簧2逐步释放，驱动堵盖5与分离部段10相对运动，进而驱动与堵盖5相连的滑杆6和与分离部段结构相连的滑筒1发生相对运动，同时分离弹簧2的质心也发生变化，当分离弹簧完全释放至自由长度时，由于惯性作用，分离弹簧2会继续与分离部段10发生相对运动，并驱动堵盖5继续运动，待滑杆6第二端部64移动至滑筒1的螺纹孔时，通过螺纹卡死，使滑杆6无法继续向前运动，进而将堵盖和分离弹簧系留在分离部段10上，如图10c所示。分离部段10可以是飞行器的尾罩。

本发明通过套筒3限制分离弹簧2在中心轴线法向面上的活动，在轴向上，通过堵盖5、滑杆6和滑筒1对分离弹簧2进行限位，利用活塞杆原理，将活动部件(滑杆6)安装在堵盖5上，固定部件(滑筒1)安装在分离部段10上，分离弹簧2释放时，活动部件相对固定部件运动，跟随分离弹簧2的释放，在尾部靠螺纹卡死，使堵盖5系留，同时通过堵盖5限制分离弹簧2的轴向运动，并将分离弹簧2系留；由此可见，本发明装置结构简单，操作简便、成本低、可靠性高，能够有效化解部段分离过程中由分离弹簧产生的活动物碰撞发动机喷管及上面级部段仪器设备的风险，提高部段分离可靠性。

本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (7)

1.一种航天飞行器部段分离装置，其特征在于，包括滑筒(1)、分离弹簧(2)、套筒(3)、套筒固定螺母(4)、堵盖(5)、滑杆(6)和堵头螺钉(7)；在堵头螺钉(7)的大端的中心形成内六角盲孔(73)，堵头螺钉(7)的小端的外表面形成外螺纹，在小端(72)的中心上形成螺纹盲孔(71)；

套筒(3)的内表面为圆柱形，套筒(3)外表面的一端的直径比另一端的直径大，在直径较大的一端的外表面形成螺纹，并该直径较大的一端的端部形成限位卡口(31)；

堵盖(5)为外形为六方的法兰盘，堵盖(5)中心开有螺纹孔(51)，堵盖(5)的底面上开有用于容纳套筒(3)的限位卡口(31)的环形槽(52)；堵盖(5)与分离部段(10)上六方台阶孔(101)配合；

滑杆(6)包括依次相连的具有外螺纹的第一端部(61)、截面为六方形的第一中间部(62)、截面为圆形的第二中间部(63)和具有外螺纹的第二端部(64)，第一端部(61)的直径比第二端部(64)的直径大，第二中间部(63)的直径最小；第二端部(64)与滑筒(1)的螺纹孔(24)配合，第一端部(61)与堵盖(5)上的螺纹孔(51)配合；

滑筒(1)由第一接头(21)、第二接口(22)和套管(23)组成，第一接头(21)、第二接口(22)位于套管(23)的两端，第一接头(21)中心形成与滑杆(6)的第二端部(64)配合的螺纹孔(24)，第二接头(22)的一端为螺栓头(25)，第二接头(22)的另一端插入套管(23)内部使得在套管(23)内形成滑筒(1)的空腔，所述螺栓头(25)与堵头螺钉(7)上的螺纹盲孔(71)配合；

套筒(3)的限位卡口(31)卡在分离部段(10)上的六方台阶孔(101)上；套筒固定螺母(4)安装在套筒(3)直径较大的一端的外部，通过锁紧套筒固定螺母(4)将套筒(3)固定在分离部段(10)上；将分离弹簧(2)放在套筒(3)内，利用堵盖及分离弹簧压缩工装(11)将分离弹簧压缩到位，最终使得堵盖(5)的上表面与分离部段(10)端框表面齐平、套筒(3)的限位卡口(31)位于堵盖(5)的环形槽(52)内，分离弹簧(2)中心轴与堵盖(5)中心轴一致；然后将上面级部段9与分离部段10通过爆炸螺栓固定；

滑杆(6)的第一端部(61)穿过堵头螺钉安装孔(102)，旋入堵盖(5)的螺纹孔(51)后固定在堵盖(5)上；将滑筒(1)第一接头的螺纹孔(24)与滑杆(6)的第二端部(64)对齐，通过旋转滑筒(1)将滑杆(6)的第二端部(64)完全旋入滑筒(1)内，同时将滑筒(1)的第二接头(22)的螺栓头完全旋入堵头螺钉(7)的螺纹盲孔(71)中，然后采用内六角扳手通过内六角盲孔(73)将堵头螺钉(7)安装到分离部段(10)上的堵头螺钉安装孔(102)中；

在部段分离过程中，分离弹簧(2)驱动堵盖(5)与分离部段(10)相对运动，进而驱动与堵盖(5)固定连接的滑杆(6)和与分离部段(10)固定连接的滑筒(1)发生相对运动，当分离弹簧(2)完全释放至自由长度时，由于惯性作用，分离弹簧(2)继续与分离部段(10)发生相对运动，并驱动堵盖(5)继续运动，待滑杆(6)第二端部(64)移动至滑筒(1)的螺纹孔(24)时，通过螺纹卡死，使滑杆(6)无法继续向前运动，进而将堵盖(5)和分离弹簧(2)系留在分离部段(10)上。

2.如权利要求1所述的航天飞行器部段分离装置，其特征在于：滑杆(6)的长度比分离弹簧底部支撑面到堵盖(5)下端面的高度小30～50mm。

3.如权利要求1所述的航天飞行器部段分离装置，其特征在于：在分离弹簧(2)达到自由高度时，滑杆(6)第二端部(64)的上端面与滑筒(1)第一接头(21)的下端面有5mm的间隙量。

4.如权利要求1所述的航天飞行器部段分离装置，其特征在于：滑筒(1)的空腔底端面与滑杆(6)第二端部(64)的下端面保留2mm的间隙量。

5.如权利要求1所述的航天飞行器部段分离装置，其特征在于：在滑杆(6)的第二端部(64)的下端形成一字槽(65)。

6.如权利要求1所述的航天飞行器部段分离装置，其特征在于：所述弹簧压缩工装(11)包括丝杠(111)、支撑座(112)、传力套筒(113)、推力球轴承(114)、卡环(115)和六方头(116)，推力球轴承(114)位于传力套筒(113)和六方头(116)之间，卡环(115)卡在传力套筒(113)和六方头(116)外部，支撑座(112)和传力套筒(113)接触，丝杠(111)依次穿过支撑座(112)、传力套筒(113)、推力球轴承(114)和六方头(116)；在分离弹簧压缩时，丝杠(111)通过堵头螺钉安装孔穿过套筒(3)后通过螺纹与堵盖(5)固定连接，支撑座(112)紧贴在分离部段的支撑面上，通过旋转六方头(116)带动带动丝杠(111)移动，从而拉动堵盖(5)向分离部段运动，同时带动弹簧(2)压缩。

7.如权利要求1所述的航天飞行器部段分离装置，其特征在于：采用滑杆安装套筒工装将滑杆(6)旋入堵盖(5)，滑杆安装套筒工装的外表面为圆柱形，滑杆安装套筒工装的一端形成花形孔(81)，另一端形成方形孔(82)；套筒工装的花形孔(81)与滑杆(6)的第一中间部(62)配合，采用内六角扳手通过套筒工装的方形孔(82)进行安装。