CN109625338A - 可自抛离的整流罩以及火箭 - Google Patents

Abstract

可自抛离的整流罩，和火箭主体的头部通过对接支架连接，包括：整流罩壳体，包括至少两瓣分流罩片体，分流罩片体至少通过径向连接机构拼合连接；以及抛罩分离系统，接收火箭主体的控制指令进行动作，包括设置在整流罩壳体内的分离输出机构和轴向连接机构，轴向连接机构用于连接对接支架和整流罩壳体，其中，分离输出机构用于在径向连接机构和轴向连接机构的连接解除后，推动整流罩壳体按照预定的分离速度和姿态分离。因为在整流罩壳体内设置有抛罩分离系统，通过抛罩分离系统具有的分离输出机构的主动动作来做功，克服高超声速状态下的阻力和高温环境的影响，分离速度快，输出性能稳定可靠，可用于严酷环境条件下的整流罩分离。

Description

可自抛离的整流罩以及火箭

技术领域

本发明涉及一种整流罩以及火箭，具体涉及一种可自抛离的整流罩以及火箭，属于火箭结构领域。

背景技术

火箭的整流罩起着减少火箭空气阻力和保护其内部航天器的作用，随着科学技术的发展及国内高超声速气动特性基础科学问题研究的日益兴起，对运载火箭也提出了新的需求，需要火箭在不飞出大气层的条件下，在高超声速状态下将整流罩抛离，释放出其内部航天器。

由于火箭在大气层高速飞行过程中，抛罩分离环境非常严酷，传统的当火箭冲出大气层后再进行整流罩抛离，释放其内部航天器的抛罩方式以及对应的结构，因为该种设计的使用对象是在冲出大气层后较小阻力下使用的，其分离结构提供的分离驱动力在高温、大的风阻的抛罩分离环境非常严酷的环境中已无法满足需求。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，为满足火箭低空高超声速飞行条件下整流罩抛罩分离需求，有必要设计一种新的抛罩分离方案，实现严酷环境条件下的整流罩抛罩分离，为此本发明提供一种可自抛离的整流罩以及火箭。

本发明提供了一种可自抛离的整流罩，和火箭主体的头部通过对接支架连接，其特征在于，包括：

整流罩壳体，包括至少两瓣整流罩片体，

整流罩片体至少通过径向连接机构拼合连接；以及

抛罩分离系统，接收火箭主体的控制指令进行动作，包括设置在整流罩壳体内的分离输出机构和轴向连接机构，轴向连接机构用于连接对接支架和整流罩壳体，

其中，分离输出机构用于在径向连接机构和轴向连接机构的连接解除后，推动整流罩壳体按照预定的分离速度和姿态分离。

本发明提供的可自抛离的整流罩，还可以具有这样的特征：

其中，径向连接机构为径向连接分离螺栓，设置在整流罩片体的中部，用于将拼合的至少两瓣整流罩片体连接，当该分离螺栓接收到分离信号后即进行动作来解除或是削弱连接。

本发明提供的可自抛离的整流罩，还可以具有这样的特征：

其中，轴向连接机构为轴向连接分离螺栓，设置在整流罩片体的尾部，用于将整流罩壳体与对接支架轴向连接固定，当该分离螺栓接收到分离信号后即进行动作来解除或是削弱连接。

本发明提供的可自抛离的整流罩，还可以具有这样的特征：

其中，分离输出机构包括设置在整流罩壳体内头部的前端分离输出作动器，

前端分离输出作动器的两端分别与相邻的整流罩片体上设置的对应接口连接，当该前端分离输出作动器接收到分离信号后即进行动作来撑开对应的整流罩片体进行分离。

本发明提供的可自抛离的整流罩，还可以具有这样的特征：

其中，当整流罩壳体包括两瓣整流罩片体，即整流罩左右半罩时，前端分离输出作动器设置一个。

本发明提供的可自抛离的整流罩，还可以具有这样的特征：

其中，分离输出机构包括设置在整流罩壳体内尾部的后端分离输出作动器，

后端分离输出作动器具有本体和推杆，本体与对接支架连接，推杆与整流罩片体连接，当该后端分离输出作动器接收到分离信号后即进行动作来撑开对应的整流罩片体进行分离。

本发明提供的可自抛离的整流罩，还可以具有这样的特征：

其中，后端分离输出作动器的数目与整流罩片体的瓣数相等，每一瓣整流罩片体的内壁均与后端分离输出作动器的推杆连接，而主体部分则设置在对接支架上。

本发明提供的可自抛离的整流罩，还可以具有这样的特征：

其中，对接支架为金属材质的锥台形的圆筒，材料为ZG40Cr，

多个后端分离输出作动器的主体部分圆周均布的设置在对接支架的大头的尾部。

本发明提供的可自抛离的整流罩，还可以具有这样的特征：

其中，整流罩为外层非金属的片体，而内层为金属的加强条的复合结构，非金属为高硅氧玻璃钢，金属为ZG40Cr或ZG25CrMo4，

加强条固定在片体上用于加强机械强度。

本发明还提供一种火箭，其特征在于，包括：

火箭主体，至少具有发出控制指令的指令发出装置；以及

上述的可自抛离的整流罩，其具有的抛罩分离系统接收来自指令发出装置的控制指令来进行动作。

发明的作用与效果

根据本发明所涉及的可自抛离的整流罩，因为在整流罩壳体内设置有抛罩分离系统，通过抛罩分离系统具有的分离输出机构的主动动作来做功，克服高超声速状态下的阻力和高温环境的影响，分离速度快，输出性能稳定可靠，可用于严酷环境条件下的整流罩分离。

附图说明

图1为本发明实施例的可自抛离的整流罩的纵截面示意图；

图2为本发明实施例的可自抛离的整流罩的立体分解示意图；

图3为本发明实施例的可自抛离的整流罩中的连接支架的结构示意图；

图4为本发明实施例的可自抛离的整流罩与控制舱连接后的效果示意图；

图5为本发明实施例的对接支架与控制舱通过双头螺柱连接的结构示意图；

图6为本发明的实施例的整流罩与对接支架连接结以及后端分离作动器的安装结构示意图；

图7为本发明的实施例的整流罩与对接支架通过轴向连接分离螺栓连接的结构示意图；

图8为分离螺栓结构示意图；

图9为后端分离输出作动器的结构示意图；

图10为本发明的实施例中的前端分离输出作动器的俯视图；

图11为图10的A-A向剖视图；

图12为图11的B-B向剖视图；以及

图13为本发明的实施例中分离螺栓、分离输出作动器的起爆连线示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明可自抛离的整流罩作具体阐述。

实施例1

如图1所示，可自抛离的整流罩100，和火箭主体的头部通过对接支架5连接，包括：

整流罩壳体，包括至少两瓣整流罩片体，整流罩片体至少通过径向连接机构拼合连接。

抛罩分离系统，接收火箭主体的控制指令进行动作，包括设置在整流罩壳体内的分离输出机构和轴向连接机构，轴向连接机构用于连接对接支架5和整流罩壳体。

其中，分离输出机构用于在径向连接机构和轴向连接机构的连接解除后，推动整流罩壳体按照预定的分离速度和姿态分离。

实施例2

在实施例1的基础上，作为一种具体的优选，径向连接机构为径向连接分离螺栓4，设置在整流罩片体的中部，用于将拼合的至少两瓣整流罩片体连接，当该分离螺栓接收到分离信号后即进行动作来解除或是削弱连接；和/或

轴向连接机构为轴向连接分离螺栓7，设置在整流罩片体的尾部，用于将整流罩壳体与对接支架轴向连接固定，如图3、5、7所示，轴向连接分离螺栓7用来连接对接支架和控制舱，同时如图5所示，可知对接支架和控制舱是通过双头螺栓S来进行辅助连接的，当该分离螺栓接收到控制舱的分离信号后即通过起爆器通电进行动作来解除或是削弱该双头螺栓的连接。

分离螺栓包括爆炸分离螺栓，通过起爆来分离，具有开槽式、剪切销式、钢球式爆炸螺栓和无污染爆炸螺栓。也可以根据需要，使用无爆炸的自解除螺栓，其通过指令控制下的起爆电流脉冲或电指令来起爆动作使得螺栓连接断开或连接强度减弱。

本实施例使用的是如图8所示，全部选用已有的无污染爆炸分离螺栓，通过内部预制火药起爆产生燃气膨胀做功使螺栓沿预断面分离，其必须有指令或起爆电流脉冲来起爆动作，分离螺栓通过导爆索等传爆组件与电起爆器连接，电起爆器接收火箭上控制系统发出的起爆指令后通过相应的起爆传爆回路引爆分离螺栓内部火药。

实施例3

在实施例1-2的基础行，作为一种具体的优选，分离输出机构包括设置在整流罩壳体内头部的前端分离输出作动器3，前端分离输出作动器的两端分别与相邻的整流罩片体上设置的对应接口连接，如图2、3所示，当该前端分离输出作动器接收到分离信号后即进行动作来撑开对应的整流罩片体进行分离；和/或

分离输出机构包括设置在整流罩壳体内尾部的后端分离输出作动器6，后端分离输出作动器具有本体61和推杆62，如图6、9、10、 11、12所示，本体为密闭的腔体，内部装配有预制火药块以及起爆件(电流起爆件，比如电雷管)，起爆器(发出起爆用的电流脉冲) 引发火药块起爆产生燃气，膨胀做功使得推杆62在本体61的腔体内向外运动，推杆与整流罩片体连接而推动整流罩片体分开，最终的结果当该后端分离输出作动器接收到控制舱发出的分离信号后即进行动作来撑开对应的整流罩片体进行分离。

显然，由于整流罩的前端的受力明显比后端大许多(在大气层中高速飞行时，前端会受力更大)，而且前端分离输出作动器3作用行程较后端分离输出作动器6行程更长，且其设计推力也后端分离输出作动器6推力大，所以如图1、2、6、9所示，前端分离输出作动器 3的主体31内的腔体的截面积更多，对应的火药块也更多，爆炸后燃气推动活塞使得推杆32动作也更快，所以在推杆的头部铰接了连接板33，这样在快速而很大的推力作用在整流罩的金属骨架上不至于破坏结构而出现分离故障。

实施例4

在实施例3的基础上，如图1所示，当整流罩壳体包括两瓣整流罩片体，即整流罩左半罩1、整流罩右半罩2时，前端分离输出作动器设置一个。

后端分离输出作动器的数目与整流罩片体的瓣数相等，每一瓣整流罩片体的内壁均与后端分离输出作动器的推杆连接，而主体部分则设置在对接支架上。

作动器，也有许多原理类型，本发明的方案中使用的可以是液压、电传，抑或是爆炸的作动器，根据设计要求中的做功能力大小和整流罩的结构、大小来进行选择。

实施例5

在实施例1-4的基础行，作为一种具体的优选，对接支架为金属材质的锥台形的圆筒，材料为ZG40Cr，多个后端分离输出作动器的主体部分圆周均布的设置在对接支架的大头的尾部。

实施例6

在实施例1-5的基础行，作为一种具体的优选，整流罩为外层非金属的片体，而内层为金属的加强条的复合结构，非金属为高硅氧玻璃钢，金属为ZG40Cr或ZG25CrMo4，

加强条固定在片体上用于加强机械强度。

这样的设计既能具有高温下的抗烧蚀能力，又能通过加强条的加强来保证机械上的强度。

实施例7

在上述实施例1-6的基础上，如图1所示，本实施例提供一种发明人提供的优化后的优化实施例以及组装过程和工艺注意事项：

可自抛离的整流罩包括整流罩右半罩1、整流罩左半罩2、前端分离输出作动器3、左右半罩径向连接分离螺栓4、对接支架5、后端分离输出作动器6、整流罩轴向连接分离螺栓7。

整流罩右半罩1与整流罩左半罩2通过左右半罩径向连接分离螺栓4组装在一起，构成完整整流罩。

前端分离作动器3待整流罩右半罩1与整流罩左半罩2组装为完整整流罩后安装固定在其前端合适位置。

对接支架5为后端分离输出作动器6、整流罩轴向连接分离螺栓7提供安装基础，后端分离作动器6、整流罩轴向连接分离螺栓7的安装需通过整流罩和对接支架5配合完成，当上述所有组成部分组装为整体后，即构成本实施例的可自抛离的整流罩。

需要注意的结构和工艺事项：

如图1所示，左右半罩径向连接分离螺栓4用于将整流罩左右两半罩1、2连接组装为一体，左右半罩径向对接面上相应位置预先加工分离螺栓连接孔。

前端分离输出作动器3两端分别与左右半罩上对应连接接口连接。后端分离输出作动器6本体与对接支架5上的对应连接接口连接，作动器推杆与整流罩左右半罩上相应的连接接口连接。

整流罩轴向连接分离螺栓7用于实现整流罩半罩1、2与对接支架5轴向固定，对接支架5和整流罩半罩1、2上加工有相对应的连接接口。

上述实施案例7，整流罩总长2673mm，整流罩半罩1、2质量约 180kg，实施例通过了地面抛罩分离试验和随火箭飞行试验验证，能够达到设计要求。

显然，本发明对整流罩的具体形状及其材料没有严格限制，以上实施例5、6只是一种优选的材料。

实施例8

如图2所示，本实施例提供一种火箭，包括：

火箭主体，具有依次连接的控制舱8、发动机9、舵机舱10；以及

实施例1-7中任意一项的可自抛离的整流罩10，其具有的抛罩分离系统接收来自指令发出装置的控制指令来进行动作。

指令发出装置通过发出指令来控制径向连接分离螺栓4、轴向连接分离螺栓7的动作时间、动作的先后顺序以及在这些动作完毕后的前端分离输出作动器3、后端分离输出作动器6的撑开动作的先后顺序以及动作行程来改变和调节，使得整理罩按照预定的分离速度和姿态分离，分离姿态主要是指每个整流半罩抛离火箭主体时的抛离角度。

本发明应用于运载火箭领域中，由运载火箭携带飞行至整流罩抛罩分离点，在运载火箭控制系统控制下由指令发出装置(起爆器)发出指令(起爆电流)，分离螺栓先作用解除对整流罩左右半罩的径向及轴向约束，然后分离作动器作用将两半罩推出使其与运载火箭分离。

具体的如图13所示，控制舱中的火箭控制系统(控制计算机) 与起爆器连接，用于控制起爆器的起爆电流的发出时间，而起爆器通过传爆组件(导线)与对应的分离螺栓、分离输出作动器连接来控制起爆的分离动作时间。具体的火箭控制系统执行以下的过程：

T0时刻左右半罩径向连接分离螺栓4和整流罩轴向连接分离螺栓7先接收到控制系统发送的起爆指令，分离螺栓动作解除对整流罩的径向和轴向约束，延时2ms或其他时间后(T0+2.0ms)前端分离输出作动器3和后端分离输出作动器6接收控制系统指令，开始工作推动左、右两瓣整流罩相向运动与火箭分离，由于前端分离输出作动器3作用行程较后端分离输出作动器6行程长，且其设计推力比后端分离输出作动器6推力大，因此整流罩前段运动速度快，使整流罩呈现倒八字姿态分离。显然，通过调节不同的延时时间可以调节得到不同的倒八字姿态所对应的抛离角度(左右半罩所呈的夹角)。

经过计算机仿真模拟和验证试验证实，本方案设计的自抛离整流罩分离过程中质心处最大运动速度(8～10)m/s，倒八字状态分离角速率≥200°/s，整个整流罩分离过程不大于150ms，150ms时刻左、右整流罩半罩质心与火箭轴线之间分离距离≥5m，这些指标完全满足航天器或飞行器、卫星发射和释放的要求。

实施例的作用与效果

根据实施例提供的可自抛离的整流罩，因为在整流罩壳体内设置有抛罩分离系统，通过抛罩分离系统具有的分离输出机构的主动动作来做功，克服高超声速状态下的阻力和高温环境的影响，分离速度快，输出性能稳定可靠，可用于严酷环境条件下的整流罩分离。

实施例采用左右两半罩形式进行整流罩抛罩分离，有效提高了整流罩抛罩分离速度，减少了整流罩抛罩分离过程所用时间。

上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种可自抛离的整流罩，和火箭主体的头部通过对接支架连接，其特征在于，包括：

整流罩壳体，包括至少两瓣整流罩片体，

所述整流罩片体至少通过径向连接机构拼合连接；以及

抛罩分离系统，接收所述火箭主体的控制指令进行动作，包括设置在整流罩壳体内的分离输出机构和轴向连接机构，所述轴向连接机构用于连接所述对接支架和所述整流罩壳体，

其中，所述分离输出机构用于在所述径向连接机构和所述轴向连接机构的连接解除后，推动所述整流罩壳体按照预定的分离速度和姿态分离。

2.根据权利要求1所述的可自抛离的整流罩，其特征在于：

其中，所述径向连接机构为径向连接分离螺栓，设置在所述整流罩片体的中部，用于将拼合的至少两瓣整流罩片体连接，当该分离螺栓接收到分离信号后即进行动作来解除或是削弱连接。

3.根据权利要求1所述的可自抛离的整流罩，其特征在于：

其中，所述轴向连接机构为轴向连接分离螺栓，设置在所述整流罩片体的尾部，用于将所述整流罩壳体与所述对接支架轴向连接固定，当该分离螺栓接收到分离信号后即进行动作来解除或是削弱连接。

4.根据权利要求1所述的可自抛离的整流罩，其特征在于：

其中，所述分离输出机构包括设置在所述整流罩壳体内头部的前端分离输出作动器，

所述前端分离输出作动器的两端分别与相邻的所述整流罩片体上设置的对应接口连接，当该前端分离输出作动器接收到分离信号后即进行动作来撑开对应的所述整流罩片体进行分离。

5.根据权利要求4所述的可自抛离的整流罩，其特征在于：

其中，当所述整流罩壳体包括两瓣整流罩片体，即整流罩左右半罩时，所述前端分离输出作动器设置一个。

6.根据权利要求1所述的可自抛离的整流罩，其特征在于：

其中，所述分离输出机构包括设置在所述整流罩壳体内尾部的后端分离输出作动器，

所述后端分离输出作动器具有本体和推杆，所述本体与所述对接支架连接，所述推杆与所述整流罩片体连接，当该后端分离输出作动器接收到分离信号后即进行动作来撑开对应的所述整流罩片体进行分离。

7.根据权利要求6所述的可自抛离的整流罩，其特征在于：

其中，所述后端分离输出作动器的数目与所述整流罩片体的瓣数相等，每一瓣所述整流罩片体的内壁均与所述后端分离输出作动器的推杆连接，而主体部分则设置在所述对接支架上。

8.根据权利要求7所述的可自抛离的整流罩，其特征在于：

其中，所述对接支架为金属材质的锥台形的圆筒，材料为ZG40Cr，

多个所述后端分离输出作动器的主体部分圆周均布的设置在所述对接支架的大头的尾部。

所述整流罩为外层非金属的片体，而内层为金属的加强条的复合结构，所述非金属为高硅氧玻璃钢，所述金属为ZG40Cr或ZG25CrMo4，

所述加强条固定在片体上用于加强机械强度。

9.一种火箭，其特征在于，包括：

火箭主体，至少具有发出控制指令的指令发出装置；以及

权利要求1-8所述的可自抛离的整流罩，其具有的所述抛罩分离系统接收来自所述指令发出装置的控制指令来进行动作。

10.一种火箭抛离整流罩的方法，其特征在于，包括以下过程：

T0时刻左、右半罩径向连接分离螺栓和整流罩轴向连接分离螺栓先接收到控制系统发送的起爆指令，分离螺栓动作解除对整流罩的径向和轴向约束；

延时一段时间后，前端分离输出作动器和后端分离输出作动器6接收控制系统指令，开始工作推动左、右两瓣整流罩相向运动与火箭主体分离；

整流罩前段运动速度快而后段运动慢，使整流罩呈现倒八字姿态运动来脱离火箭主体分离脱落。