CN107270784B - 一种运载火箭载荷抛离装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种运载火箭载荷抛离装置，包括载荷固定圈与火箭上面级顶面连接，载荷固定圈上端外沿铰接有上铰链；载荷最低点与火箭上面级顶面之间设置有中心立柱，中心立柱下部竖直设置有一个主爆炸螺栓，主爆炸螺栓圆周套装有挡环，挡环通过主弹簧与火箭上面级顶面顶接；挡环沿圆周铰接有多个下铰链，每个下铰链通过弯连杆与中铰链连接，每个中铰链通过直连杆与上铰链连接，每个上铰链上端连接有一个向心弯爪，所有的向心弯爪共同围抱住载荷；环绕中心立柱的弹簧支撑立柱中部分别安装有副爆炸螺栓，每个副爆炸螺栓中套装有一个挡板；每个挡板向上连接有载荷保护垫块，每个挡板下部连接有副弹簧。本发明的结构紧凑，工作可靠，成本低。

Description

一种运载火箭载荷抛离装置

技术领域

本发明属于火箭载荷抛离技术领域，涉及一种运载火箭载荷抛离装置。

背景技术

常用的火箭载荷分离装置具有分离精度高、时滞小、抛离可靠性高的优点，但是其结构复杂、体积庞大、质量较重、工作时序复杂、对控制系统的要求高，进而导致火箭发射成本高、火箭的有效载荷比较低。所以对于抛离精度要求不太高的作业过程(如落球)，若采用传统的抛离装置，显然不经济，不合理。

近几年来，随着空间发射技术的不断成熟，空间探索科研任务的日渐增多，促使火箭发射和火箭运载技术正在朝着短周期、低成本、高效率的商业化模式发展。其中，低成本已经成为国内国际商业市场火箭发射的首要考虑因素。而要降低火箭发射成本，必须从火箭发射的各个环节着手去做，包括火箭的外观设计、结构布局以及各个装置的合理设计等。所以，设计一种专用于载荷抛离精度要求不高的运载火箭载荷抛离装置是非常有必要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种运载火箭载荷抛离装置，解决了现有运载火箭中的载荷分离装置结构复杂，分离成本高，导致有效载荷减小的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种运载火箭载荷抛离装置，包括载荷固定圈，载荷固定圈通过多个支撑杆与火箭上面级顶面固定连接，载荷固定圈的内圈用于坐放载荷；载荷固定圈上端外沿沿圆周均匀固定有多个铰接耳座，每个铰接耳座铰接有一个上铰链；

载荷外轮廓最低点与火箭上面级顶面之间设置有一个中心立柱，中心立柱下端直接与火箭上面级顶面固定，中心立柱下部竖直设置有一个主爆炸螺栓，主爆炸螺栓圆周套装有挡环，原始状态时主爆炸螺栓限定挡环向上移动，挡环下表面向下通过主弹簧与火箭上面级顶面顶接；挡环沿圆周铰接有多个下铰链，每个下铰链通过一个弯连杆与一个中铰链连接，每个中铰链通过一个直连杆与上铰链连接，每个上铰链上端连接有一个向心弯爪，所有的向心弯爪共同围抱住载荷；

环绕中心立柱设置有四个竖直的弹簧支撑立柱，每个弹簧支撑立柱中部分别安装有一个副爆炸螺栓，每个副爆炸螺栓中套装有一个挡板，原始状态时每个副爆炸螺栓限定所在的挡板向上移动；每个挡板向上连接有一个载荷保护垫块，每个载荷保护垫块上端面与载荷的外壁切合，每个挡板下部的弹簧支撑立柱外圆周套装有一个副弹簧。

本发明的运载火箭载荷抛离装置，其特征还在于：

所述的载荷固定圈上端内圈为凹面。

所述的中心立柱的高度低于载荷空间位置的最低点。

所述的弯连杆为一个弯杆，一端与挡环铰接，另一端与直连杆铰接，形成两个转动副。

所述的上铰链直接固定在载荷固定圈的外壁上，与载荷固定圈成45°的角度铰接。

所述的主爆炸螺栓与挡环上表面的螺帽成面接触，挡环下表面与主弹簧为线接触。

本发明的有益效果是，

1)主要针对运载火箭载荷分离作业中的对载荷抛离精度要求不高的工况，实现载荷的固定、锁紧、锁紧打开以及抛离等作业要求，结构设计合理，抛离装置体积小，质量轻，明显降低抛射成本。2)当接收到抛离指令时，爆炸螺栓炸开，处于压缩状态的弹簧开始释放，同时推动连杆向上移动带动向心弯爪旋转，从而松开载荷，载荷在弹簧弹力的作用下抛射出去。

附图说明

图1是本发明装置的结构示意图；

图2是图1中的A-A截面示意图。

图中，1.火箭上面级顶面，2.支撑杆，3.弹簧支撑立柱，4.主弹簧，5.副弹簧，6.弯连杆，7.挡板，8.直连杆，9.上铰链，10.向心弯爪，11.载荷，12.载荷固定圈，13.中心立柱，14.载荷保护垫块，15.副爆炸螺栓，16.中铰链，17.主爆炸螺栓，18.下铰链，19.挡环。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

参照图1、图2，本发明的结构是，包括载荷固定圈12，载荷固定圈12通过多个支撑杆2与火箭上面级顶面1固定连接，载荷固定圈12上端内圈为凹面，载荷固定圈12的内圈坐放有载荷11，以便载荷11的外壁与载荷固定圈12凹面最大可能切合，有效减少和吸收载荷11的振动；载荷固定圈12上端外沿沿圆周均匀固定有多个铰接耳座，每个铰接耳座铰接有一个上铰链9；

载荷11外轮廓最低点与火箭上面级顶面1之间设置有一个中心立柱13，中心立柱13的高度低于载荷11空间位置的最低点；中心立柱13下端直接与火箭上面级顶面1固定，中心立柱13下部竖直设置有一个主爆炸螺栓17，主爆炸螺栓17圆周套装有挡环19，原始状态时主爆炸螺栓17限定挡环19向上移动，挡环19下表面向下通过主弹簧4与火箭上面级顶面1顶接；挡环19沿圆周铰接有多个下铰链18，每个下铰链18通过一个弯连杆6与一个中铰链16连接，每个中铰链16通过一个直连杆8与上铰链9连接，每个上铰链9上端连接有一个向心弯爪10，所有的向心弯爪10共同围抱住载荷11；

参照图2，环绕中心立柱13设置有四个竖直的弹簧支撑立柱3，每个弹簧支撑立柱3中部分别安装有一个副爆炸螺栓15，每个副爆炸螺栓15中套装有一个挡板7，原始状态时每个副爆炸螺栓15限定所在的挡板7向上移动；每个挡板7向上连接有一个载荷保护垫块14，每个载荷保护垫块14上端面与载荷11的外壁切合，每个挡板7下部的弹簧支撑立柱3外圆周套装有一个副弹簧5。

弯连杆6为一个弯杆，一端与挡环19铰接，另一端与直连杆8铰接，形成两个转动副。上铰链9直接固定在载荷固定圈12的外壁上，与载荷固定圈12成45°的角度铰接。

主爆炸螺栓17与挡环19上表面的螺帽成面接触，挡环19下表面与主弹簧4为线接触。主爆炸螺栓17作用有二，一是固定挡环19，二是爆炸后作为锁紧机构打开的启动。挡环19既起向下限定一4弹簧的作用，又作为传动部件。

载荷保护垫块14的上下面和其他部件之间均没有任何连接，只是面与面之间的切合。

上述的结构按照功能分为四部分：即由载荷固定圈12和支撑杆2组成的载荷固定机构；由弯连杆6、直连杆8、上铰链9、向心弯爪10、中心立柱13、主爆炸螺栓17、中铰链16、下铰链18、挡环19组成的载荷锁紧机构；由载荷锁紧部分外加主弹簧4组成的锁紧机构打开机构；由弹簧支撑立柱3、副弹簧5、挡板7、载荷保护垫块14、副爆炸螺栓15组成的载荷抛射机构。

本发明各个功能机构的工作原理分别是，

1)载荷固定机构，将载荷11固定在载荷固定圈12上，在火箭点火前，载荷11处于相对静止状态，载荷固定圈12对载荷11的水平和竖直方向的运动起到约束作用。

2)载荷锁紧机构，载荷11安装后，给带铰链的挡环19施加竖直向下的力使挡环19向下运动，此时中铰链16发生旋转且向外运动，直连杆8带动向心弯爪10发生逆时针的转动，直至紧贴在载荷11的表面；然后在中心立柱13上安置主爆炸螺栓17，限定挡环19沿着中心立柱13向上运动，从而对载荷11起到锁紧作用。

3)锁紧机构打开机构的工作原理是，火箭在抛射之前的某一个很短的时间，接收到锁紧装置打开指令，此时，载荷11主爆炸螺栓17爆炸，处于中心立柱13下部的主弹簧4释放，推动挡环19快速向上运动，弯连杆6向上移动带动直连杆8顺时针旋转，所有的向心弯爪10外翻松开载荷11，从而使锁紧装置快速打开。

4)载荷抛射机构的工作原理是，控制系统发出载荷抛离指令后，如图2所示，四个副爆炸螺栓15同时爆炸，四个挡板7同时解固，四个副弹簧5同时释放向上展开，四个副弹簧5释放出的能量将载荷11抛离出去。

本发明的工作过程是，按照以下动作实施：

步骤1、火箭控制系统发出向心弯爪10打开指令，主爆炸螺栓17起爆，主爆炸螺栓17对挡环19的限定消失；

步骤2、主弹簧4释放能量向上展开，推动挡环19沿着中心立柱13向上运动，带动弯连杆6向上运动，直连杆8转动使向心弯爪10打开；

步骤3、控制系统发出载荷抛射指令，四个副爆炸螺栓15同时起爆，每个副爆炸螺栓15对各自的挡板7的限定消失；

步骤4、四个副弹簧5同时释放能量向上展开，推动四个挡板7及载荷保护垫块14沿着弹簧支撑立柱3向上运动，四个副弹簧5作为载荷抛离的动力源将载荷11抛离脱开。

本发明涉及运载火箭搭载的载荷抛离，利用特定刚度的压缩弹簧作为动力源来实现载荷的抛射，通过简单的向心弯爪将载荷紧紧固定在固定圈上；通过爆炸螺栓起到固定挡板和启动抛射的双重作用；抛离时的启动时滞小，抛离可靠性高；结构简单，重量较轻，能够提高运载火箭的有效载荷，大大降低火箭发射和载荷抛离成本。

Claims (6)

1.一种运载火箭载荷抛离装置，其特征在于：包括载荷固定圈(12)，载荷固定圈(12)通过多个支撑杆(2)与火箭上面级顶面(1)固定连接，载荷固定圈(12)的内圈用于坐放载荷(11)；载荷固定圈(12)上端外沿沿圆周均匀固定有多个铰接耳座，每个铰接耳座铰接有一个上铰链(9)；

载荷(11)外轮廓最低点与火箭上面级顶面(1)之间设置有一个中心立柱(13)，中心立柱(13)下端直接与火箭上面级顶面(1)固定，中心立柱(13)下部竖直设置有一个主爆炸螺栓(17)，主爆炸螺栓(17)圆周套装有挡环(19)，原始状态时主爆炸螺栓(17)限定挡环(19)向上移动，挡环(19)下表面向下通过主弹簧(4)与火箭上面级顶面(1)顶接；挡环(19)沿圆周铰接有多个下铰链(18)，每个下铰链(18)通过一个弯连杆(6)与一个中铰链(16)连接，每个中铰链(16)通过一个直连杆(8)与上铰链(9)连接，每个上铰链(9)上端连接有一个向心弯爪(10)，所有的向心弯爪(10)共同围抱住载荷(11)；

环绕中心立柱(13)设置有四个竖直的弹簧支撑立柱(3)，每个弹簧支撑立柱(3)中部分别安装有一个副爆炸螺栓(15)，每个副爆炸螺栓(15)中套装有一个挡板(7)，原始状态时每个副爆炸螺栓(15)限定所在的挡板(7)向上移动；每个挡板(7)向上连接有一个载荷保护垫块(14)，每个载荷保护垫块(14)上端面与载荷(11)的外壁切合，每个挡板(7)下部的弹簧支撑立柱(3)外圆周套装有一个副弹簧(5)。

2.根据权利要求1所述的运载火箭载荷抛离装置，其特征在于：所述的载荷固定圈(12)上端内圈为凹面。

3.根据权利要求1所述的运载火箭载荷抛离装置，其特征在于：所述的中心立柱(13)的高度低于载荷(11)空间位置的最低点。

4.根据权利要求1所述的运载火箭载荷抛离装置，其特征在于：所述的弯连杆(6)为一个弯杆，一端与挡环(19)铰接，另一端与直连杆(8)铰接，形成两个转动副。

5.根据权利要求1所述的运载火箭载荷抛离装置，其特征在于：所述的上铰链(9)直接固定在载荷固定圈(12)的外壁上，与载荷固定圈(12)成45°的角度铰接。

6.根据权利要求1所述的运载火箭载荷抛离装置，其特征在于：所述的主爆炸螺栓(17)与挡环(19)上表面的螺帽成面接触，挡环(19)下表面与主弹簧(4)为线接触。