CN109115055B - 一种固体助推器连接解锁装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种固体助推器连接解锁装置，包括有：助推支座，包括有锥形凸台、上连接壁板和下连接壁板，所述锥形凸台斜仰设置，且所述锥形凸台的一端通过扩散筋结构连接所述上连接壁板和下连接壁板，所述上连接壁板、所述下连接壁板上下相对设置；所述锥形凸台的另一端上同轴套设置有一球头；法兰盘，中心设置有一与所述球头相匹配的球窝，所述球头安装在所述球窝内实现球铰接；切割装置，将所述球头限位在所述球窝内；所述切割装置切断，所述球头脱离所述球窝实现解锁。本发明提供的固体助推器连接解锁装置，实现了固体助推器的连接承载、角度补偿、解锁等功能，具有连接解锁可靠性高、角度补偿量大、径向空间小、偏置集中力扩散均匀、装配简易等效果。

Description

一种固体助推器连接解锁装置

技术领域

本发明涉及航天技术领域，具体涉及一种固体助推器连接解锁装置。

背景技术

助推器连接解锁装置用于连接火箭的助推器和芯级，一般包括主传力点连接解锁装置和辅传力点连接解锁装置，其中主传力点连接解锁装置主要用于传递助推器的推力载荷，其在助推器安装、火箭飞行阶段，配合辅传力点装置通过角度转动功能补偿箭体结构的不匹配和受载变形。并在分离时刻高同步性可靠解锁，使燃料耗尽的助推器与芯级火箭分离。因此，助推器连接解锁装置需具备连接承载、角度补偿、可靠解锁等基本功能。

由于芯级和主助推器间距较小，国内外火箭主传力点连接解锁装置一般位于芯级和助推器均为铆接舱段处，可充分利用两侧舱段的内部空间进行装置的设计和助推器组装操作。

国内新一代的固体助推器捆绑运载火箭的主传力点，助推侧连接固体发动机的密封钢制壳体，无法利用其内部空间进行装置设计，且为保证固体发动机内部装药的状态稳定和安全，需要求装置具备良好的偏置集中力扩散能力；芯级侧，连接芯级铆接尾段，其内部含发动机等仪器设备，空间狭窄，不具备装置嵌入舱段内部和人员进舱操作的可利用空间。因此，芯级该装置需在芯级、助推器外壁间的狭小空间内，实现固体助推器与芯级的连接、载荷承载、角度补偿、可靠解锁等基本功能，同时需具备装置舱外组装简易操作、载荷均匀扩散等新增功能。

目前，尚未发现同本发明创造类似的说明或报道，也尚未收集到国内外类似结构产品的资料。

发明内容

针对背景技术中提出的问题，本发明提供了一种固体助推器连接解锁装置，包括有：

助推支座，包括有锥形凸台、上连接壁板和下连接壁板，所述锥形凸台斜仰设置，且所述锥形凸台的一端通过扩散筋结构连接所述上连接壁板和下连接壁板，所述上连接壁板、所述下连接壁板上下相对设置；所述锥形凸台的另一端上同轴套设置有一球头；

法兰盘，中心设置有一与所述球头相匹配的球窝，所述球头安装在所述球窝内实现球铰接；

切割装置，所述球头的一端伸进所述球窝内，另一端位于所述球窝外侧，且所述球头的另一端上套设有一球窝挡圈，所述球窝挡圈的内圈面与所述球头的外圈面之间采用球面配合；所述切割装置套设在所述球窝挡圈上，且所述切割装置与所述法兰盘螺纹连接，所述切割装置和所述球窝挡圈共同实现所述球头与所述球窝之间的安装，所述切割装置切断，所述球头与所述球窝实现分离解锁。

较佳地，所述锥形凸台的中心轴朝向法兰盘一侧向上斜仰，且所述锥形凸台的中心轴垂直于法兰盘的待安装面。

较佳地，所述锥形凸台的斜仰角为10°。

较佳地，所述扩散筋结构采用桥式爪型轴向扩散筋结构。

较佳地，所述扩散筋结构包括有:

上扩散筋结构，包括有两组上扩散筋，两组所述上扩散筋的一端连接到所述锥形凸台的一端上，两组所述上扩散筋的另一端呈“V”型连接到所述上连接壁板上；

下扩散经结构，包括有两组下扩散筋，两组所述下扩散筋的一端连接到所述锥形凸台的一端上，两组所述下扩散筋的另一端呈“V”型连接到所述下连接壁板上。

较佳地，所述助推支座安装在助推器外壳上，所述助推器外壳上与所述上连接壁板、下连接壁板连接处分别设置有安装槽，所述上连接壁板、下连接壁板嵌入所述安装槽内并通过连接件实现固定。

较佳地，所述安装槽的截面呈矩形；所述上连接壁板的截面呈矩形，所述上连接壁板嵌入所述安装槽内并通过连接件实现助推器与上连接壁板之间的径向连接；所述下连接壁板的截面呈“L”型，所述下连接壁板嵌入所述安装槽内，并通过连接件实现助推器与下连接壁板之间的径向连接和轴向连接。

较佳地，所述上连接壁板、下连接壁板朝向所述安装槽的一面上均还设置有至少一个承剪块，所述承剪块一半嵌在所述上连接壁板/所述下连接壁板内，另一半嵌在所述安装槽的槽底内。

较佳地，所述球头中心设置有一与所述锥形凸台相匹配的锥形凹孔，所述锥形凹孔套设在所述锥形凸台上，并通过紧固件实现轴向连接。较佳地，所述切割装置采用线性火工切割装置。

本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

1、本发明提供的固体助推器连接解锁装置，适用于助推器为固体发动机的捆绑型火箭，同时满足连接承载、角度补偿、可靠解锁三项基本功能和设计操作空间小、集中力均匀扩散、舱外组装操作三项新增功能或限制的需求，具备重载下承载裕度大，角度补偿高，解锁可靠性高，集中力扩散效果好，舱外组装便捷等特点。

2、本发明提供的固体助推器连接解锁装置的助推支座采用桥式爪型轴向扩散筋结构，具备优良的拓扑结构，径向空间需求小，偏置集中力载荷的均匀扩散性能好。

3、本发明提供的固体助推器连接解锁装置中最大的发动机推力集中载荷主要通过结构件挤压承载，标准件仅辅助承载，且均仅承载轴向拉伸载荷，有效避开承载能力较弱的剪力载荷，所有结构承载裕度大，可靠性高。

4、本发明提供的固体助推器连接解锁装置通过球窝法兰的中心轴线水平的外锥面和芯级舱体对接，可实现水平吊装对接功能和低精度吊装精度需求，装配便捷，自定位能力强。

附图说明

结合附图，通过下文的述详细说明，可更清楚地理解本发明的上述及其他特征和优点，其中：

图1为本发明提供的固体助推器连接解锁装置的整体结构示意图；

图2为本发明提供的固体助推器连接解锁装置的剖视图；

图3为本发明中助推支座的正视图；

图4为本发明中助推支座的侧视图；

图5为本发明安装在助推器外壳上的示意图；

图6为本发明连接助推器外壳和运载火箭芯级的结构示意图；

图7为本发明中上连接壁板、下连接壁板上扩散力分布的正视图；

图8为本发明中上连接壁板、下连接壁板上扩散力分布的俯视图；

图9为本发明上偏置集中力的示意图。

具体实施方式

参见示出本发明实施例的附图，下文将更详细地描述本发明。然而，本发明可以以许多不同形式实现，并且不应解释为受在此提出之实施例的限制。相反，提出这些实施例是为了达成充分及完整公开，并且使本技术领域的技术人员完全了解本发明的范围。这些附图中，为清楚起见，可能放大了层及区域的尺寸及相对尺寸。

参照图1-9，本发明提供了一种固体助推器连接解锁装置，包括有助推支座1、法兰盘5和切割装置7；助推支座1包括有锥形凸台103、上连接壁板2和下连接壁板8，锥形凸台103斜仰设置，且锥形凸台103的一端通过扩散筋结构连接上连接壁板2和下连接壁板8，上连接壁板2、下连接壁板8上下相对设置；锥形凸台103的另一端上同轴套设置有一球头3；法兰盘5中心设置有一与球头3相匹配的球窝，球头3安装在球窝内实现球铰接；切割装置7，将球头3的一端伸进球窝内，另一端位于球窝外侧，且球头3的另一端上套设有一球窝挡圈5，球窝挡圈5的内圈面与球头3的外圈面之间采用球面配合；切割装置7套设在球窝挡圈5上，且切割装置7与法兰盘5螺纹连接，切割装置7和球窝挡圈5共同实现球头3与球窝之间的安装，切割装置7切断，球头3与球窝实现分离解锁。本发明提供的固体助推器连接解锁装置，助推支座1通过上连接壁板2和下连接壁板8安装到助推器外壳9上，法兰盘5安装在运载火箭芯级的外壁上，助推支座1与法兰盘5之间球铰接实现锁定，并通过切割装置的设置来实现助推支座1与法兰盘5之间的解锁。本发明提供的固体助推器连接解锁装置均安装在仓外敞开空间，装配简易，适用于助推器为固体发动机的捆绑型火箭；同时，法兰盘与助推支座之间的球铰接连接方式，实现了角度补偿功能，上连接壁板2和下连接壁板8的设置，实现了集中应力分散。本发明同时满足连接承载、角度补偿、可靠解锁三项基本功能，同时实现了设计操作空间小、集中力均匀扩散、舱外组装操作三项新增功能或限制的需求，具备重载下承载裕度大，角度补偿高，解锁可靠性高，集中力扩散效果好，舱外组装便捷等特点。

在本实施例中，锥形凸台103的中心轴朝向法兰盘5一侧向上斜仰，且锥形凸台103的中心轴垂直于法兰盘5的待安装面(载火箭芯级的外壁面)，从而保证锥形凸台的中心轴与所承载的主要载荷方向垂直。其中，锥形凸台103的斜仰角的具体角度根据所要承载的载荷方向决定，此处不做限制，例如在本实施例中述锥形凸台的斜仰角为10°。

在本实施例中，扩散筋结构采用桥式爪型轴向扩散筋结构。本发明提供的的固体助推器连接解锁装置的助推支座采用桥式爪型轴向扩散筋结构，具备优良的拓扑结构，径向空间需求小，偏置集中力载荷的均匀扩散性能好。

具体的，结合图1、图3和图4，扩散筋结构包括有上扩散筋结构101和下扩散筋结构102。上扩散筋结构101包括有两组上扩散筋，两组上扩散筋的一端连接到锥形凸台103的一端上侧，两组上扩散筋的另一端呈“V”型连接到上连接壁板2上，如图3中所示；其中，每组上扩散筋分别包括有两个上扩散筋，当然，在其他实施例中每组上扩散筋的数目可根据具体情况进行调整，此处不不做限制。

下扩散筋结构102包括有两组下扩散筋，两组下扩散筋的一端连接到锥形凸台103的一端下侧上，两组下扩散筋的另一端呈“V”型连接到下连接壁板8上，如图3中所示；其中，每组下扩散筋分别包括有两个下扩散筋；当然，在其他实施例中每组下扩散筋的数目可根据具体情况进行调整，此处不不做限制。

进一步的，上扩散筋结构101、下扩散筋结构102、锥形凸台10、上连接壁板2和下连接壁板8一体制成；上述结构特征，有利于保证整体强度。

本发明中通过上下两侧共8根不同厚度、不同角度的扩散筋实现集中力载荷承载和均匀扩散，从而保证了上连接壁板2、下连接壁板8与助推器外壳9之间连接件的受力均匀，如图7和图8中所示。当然，在其他实施例中扩散筋结构也可不采用桥式爪型轴向扩散筋结构，也可根据具体需要进行调整，此处不做限制。

在本实施例中，助推支座1通过上连接壁板2、下连接壁板8安装在助推器外壳9上。助推器外壳9上与上连接壁板2、下连接壁板8对应位置处分别设置有安装槽901和安装槽902,上连接壁板2、下连接壁板8分别嵌入到安装槽901和安装槽902内，并通过连接件进行固定。助推器上的推力载荷由内嵌在助推器外壳9上的上连接壁板2、下连接壁板8以及连接件承载。

进一步的，安装槽901、安装槽902的截面均呈矩形；上连接壁板2的截面呈矩形，上连接壁板2上设置有多个安装通孔201，安装通孔201垂直于上连接壁板2设置，且多个安装通孔201沿着上连接壁板2的长度方向排布，如图3中所示；上连接壁板2置于安装槽901内，连接件穿设在安装通孔201内连接到助推器外壳9上，从而实现助推器与上连接壁板2之间的径向连接。在本实施例中，下连接壁板8的截面呈“L”型，下连接壁板8的竖板上垂直设置有安装通孔801，横向板上垂直设置有安装通孔802，如图3、图5中所示；下连接壁板8嵌入安装槽902内后，连接件穿设在安装通孔801中与助推器外壳9连接以实现与助推器的径向紧固，连接件穿设在安装通孔808中与助推器外壳9连接以实现与助推器的轴向紧固。其中，连接件具体通过螺栓紧固件等方式实现，此处不做限制。

本实施例通过对上、下连接壁板截面形状的限定，以保证助推支座1与助推器外壳轴向、径向上的紧固连接，同时助推器上的推力载荷由内嵌在安装槽内的上下连接壁板以及连接件承载。

在本实施例中，如图1中所示，上连接壁板2与助推器外壳9连接的一面上还设置有至少一个承剪块9，下连接壁板8与助推器外壳9连接的一面上还设置有至少一个承剪块10；进一步的，剪切块9的一半嵌入上连接壁板2内，另一半嵌入安装槽901的槽底内，剪切块10一般嵌入下连接壁板8内、另一半嵌入安装槽902的槽底内。本实施例通过剪切块9和剪切块10的设置，来助推支座1与助推器之间的配合面相对错动二产生的剪切载荷，避免连接件(即螺栓紧固件)承载剪力载荷，连接承载裕度大。

其中，上连接壁板2上布置有两个左右分布的剪切块9，下连接壁板8上布置有两个左右布置的剪切块10；当然，在其他实施例中剪切块9和剪切块10的设置数目可根据具体情况来进行调整，此处不做限制。

在本实施例中，如图2和图4中所示，球头3中心处设置有一与锥形凸台103相匹配的锥形凹孔，锥形凹孔套设在锥形凸台103上；球头3并通过多个紧固件6与助推支座1实现轴向连接，具体的紧固件6后置，其一端自助推支座1背向球头的一侧伸入助推支座1内，穿过助推支座1后与球头3固定连接在一起。球头3与助推支座1间的主要载荷通过锥形凸台103和锥形凹孔的配合面的挤压承载。

在本实施例中，球头3的一端伸进法兰盘5中心处的球窝内，另一端位于球窝外侧，且球头3的另一端上套设有一球窝挡圈4，球窝挡圈4的内圈面与球头3的外圈面之间采用球面配合，以便于相互之间铰接；切割装置7套设在球窝挡圈4上，且切割装置7与法兰盘5螺纹连接，从而实现对球窝挡圈4的固定，球窝挡圈4又进一步的实现对球头的限位，从而实现了球头3与法兰盘5的球窝之间的铰接安装；当切割装置7切断的时候，切割装置7对球窝挡圈4施加的力消失，球窝挡圈4无法对球体3实现限位，从而即可使得球头3脱离球窝，实现与法兰盘5之间的分离解锁。

本实施例中，助推支座1与法兰盘5之间球铰接的连接方式，具备绕球心转动的能力，实现装置角度补偿的功能。

其中，切割装置7优选的采用线性火工切割装置，具有解锁裕度大，可靠性稿、等功能。

在本实施例中，该连接解锁装置还选用高力学性能材料，以实现集中力载荷承载扩散，产品表面进行防腐处理，球铰配合表面涂覆液体润滑膜，起到润滑的作用，降低角度转动补偿时的阻力。本发明可应用于多种捆绑火箭的飞行任务。

本技术领域的技术人员应理解，本发明可以以许多其他具体形式实现而不脱离其本身的精神或范围。尽管已描述了本发明的实施案例，应理解本发明不应限制为这些实施例，本技术领域的技术人员可如所附权利要求书界定的本发明的精神和范围之内作出变化和修改。

Claims (10)

1.一种固体助推器连接解锁装置，其特征在于，包括有：

助推支座，包括有锥形凸台、上连接壁板和下连接壁板，所述锥形凸台斜仰设置，且所述锥形凸台的一端通过扩散筋结构连接所述上连接壁板和下连接壁板，所述上连接壁板、所述下连接壁板上下相对设置；所述锥形凸台的另一端上同轴套设置有一球头；

法兰盘，中心设置有一与所述球头相匹配的球窝，所述球头安装在所述球窝内实现球铰接；

切割装置，将所述球头的一端伸进所述球窝内，另一端位于所述球窝外侧，且所述球头的另一端上套设有一球窝挡圈，所述球窝挡圈的内圈面与所述球头的外圈面之间采用球面配合；所述切割装置套设在所述球窝挡圈上，且所述切割装置与所述法兰盘螺纹连接，所述切割装置和所述球窝挡圈共同实现所述球头与所述球窝之间的安装，所述切割装置切断，所述球头与所述球窝实现分离解锁。

2.根据权利要求1所述的固体助推器连接解锁装置，其特征在于，所述锥形凸台的中心轴朝向法兰盘一侧向上斜仰，且所述锥形凸台的中心轴垂直于法兰盘的待安装面。

3.根据权利要求2所述的固体助推器连接解锁装置，其特征在于，所述锥形凸台的斜仰角为10°。

4.根据权利要求1所述的固体助推器连接解锁装置，其特征在于，所述扩散筋结构采用桥式爪型轴向扩散筋结构。

5.根据权利要求2所述的固体助推器连接解锁装置，其特征在于，所述扩散筋结构包括有:

上扩散筋结构，包括有两组上扩散筋，两组所述上扩散筋的一端连接到所述锥形凸台的一端上，两组所述上扩散筋的另一端呈“V”型连接到所述上连接壁板上；

下扩散筋 结构，包括有两组下扩散筋，两组所述下扩散筋的一端连接到所述锥形凸台的一端上，两组所述下扩散筋的另一端呈“V”型连接到所述下连接壁板上。

6.根据权利要求1所述的固体助推器连接解锁装置，其特征在于，所述助推支座安装在助推器外壳上，所述助推器外壳上与所述上连接壁板、下连接壁板连接处分别设置有安装槽，所述上连接壁板、下连接壁板嵌入所述安装槽内并通过连接件实现固定。

7.根据权利要求6所述的固体助推器连接解锁装置，其特征在于，所述安装槽的截面呈矩形；所述上连接壁板的截面呈矩形，所述上连接壁板嵌入所述安装槽内并通过连接件实现助推器与上连接壁板之间的径向连接；所述下连接壁板的截面呈“L”型，所述下连接壁板嵌入所述安装槽内，并通过连接件实现助推器与下连接壁板之间的径向连接和轴向连接。

8.根据权利要求6所述的固体助推器连接解锁装置，其特征在于，所述上连接壁板、下连接壁板朝向所述安装槽的一面上均还设置有至少一个承剪块，所述承剪块一半嵌在所述上连接壁板/所述下连接壁板内，另一半嵌在所述安装槽的槽底内。

9.根据权利要求1所述的固体助推器连接解锁装置，其特征在于，所述球头中心设置有一与所述锥形凸台相匹配的锥形凹孔，所述锥形凹孔套设在所述锥形凸台上，并通过紧固件实现轴向连接。

10.根据权利要求1或9所述的固体助推器连接解锁装置，其特征在于，所述切割装置采用线性火工切割装置。

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