CN110203423A - 一种星箭分离用火工品缓冲装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种星箭分离用火工品缓冲装置，该装置包括壳体、锁紧件和缓冲组件，所述壳体的顶部设有顶板，所述顶板上设有分离口，所述壳体内部还设有缓冲腔，所述缓冲腔与分离口连通，所述锁紧件位于所述缓冲腔内且上端与所述分离口相贴，所述锁紧件内部设有固定腔，所述锁紧件底部还设有翼缘，所述翼缘的两侧与所述缓冲腔相贴；所述缓冲组件包括第一缓冲件和至少一第二缓冲件，所述第一缓冲件和第二缓冲件从上至下分别套设于锁紧件上，且所述第一缓冲件与所述顶板底部相贴。本发明提供的一种星箭分离用火工品缓冲装置，通过缓冲件的塑性及弹性变形和摩擦做功等手段综合作用，大幅度减小了火工品对其他器件的冲击力，起到了保护作用。

Description

一种星箭分离用火工品缓冲装置

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用火工品缓冲装置。

背景技术

火工品连接解锁分离是航天器系统飞行过程中重要的动作，如星箭分离、弹(箭)的级间分离、整流罩抛罩分离、尾罩分离、口盖分离、头体分离等等，卫星的太阳翼展开、天线展开等。爆炸螺栓由于其连接解锁快速可靠、结构简单、占用空间少等众多优点，被航天器广泛用作连接分离装置，但爆炸螺栓也存在冲击较大的弊端，尤其在星箭分离时，卫星上的精密光学设备或电子元器件对于冲击较为敏感，这种有较高冲击及振动要求的场合就限制了爆炸螺栓的应用。

近年来，航天技术蓬勃发展，商业航天领域逐步细化，定位于不同发射需求的多种类型、多种尺寸的运载火箭对于星箭分离、级间分离提出了不同要求。要求归结起来主要为四个方面：承载范围大、解锁快速可靠、冲击可承受以及结构尺寸合理。其中，承载能力、解锁能力与冲击响应均与火工系统的药量呈正相关，而大药量下的冲击控制一直以来是个难题。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种星箭分离用火工品缓冲装置，通过缓冲件的塑性及弹性变形和摩擦做功等手段综合作用，大幅度减小了火工品对其他器件的冲击力，起到了保护作用。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

壳体，其顶部设有顶板，所述顶板上设有分离口，所述壳体内部还设有缓冲腔，所述缓冲腔与分离口连通；

锁紧件，其位于所述缓冲腔内且上端与所述分离口相贴，所述锁紧件底部还设有翼缘，所述翼缘的两侧与所述缓冲腔相贴；

缓冲组件，其包括第一缓冲件和至少一第二缓冲件，所述第一缓冲件和第二缓冲件从上至下分别套设于锁紧件上，且所述第一缓冲件与所述顶板底部相贴。

在上述技术方案的基础上，所述锁紧件的横截面为腰线形结构。

在上述技术方案的基础上，所述第二缓冲件的数量为3个，所述第二缓冲件包括两块缓冲板和一鼓形缓冲块，所述鼓形缓冲块设于两块所述缓冲板之间，所述缓冲板和鼓形缓冲块上均设有多个通孔，且所述缓冲板为腰线形结构。

在上述技术方案的基础上，所述第二缓冲件的数量为3个，所述第二缓冲件为横截面呈腰线形的多孔柱状结构。

在上述技术方案的基础上，所述第二缓冲件的数量为1个，所述第二缓冲件为同心圆塔状结构。

在上述技术方案的基础上，所述第二缓冲件的数量为1个，所述第二缓冲件包括两块缓冲板和多个依次相连的鼓形缓冲块，多个所述鼓形缓冲块设于两块所述缓冲板之间，所述缓冲板和鼓形缓冲块上均设有多个通孔，且所述缓冲板为腰线形结构。

在上述技术方案的基础上，所述锁紧件内部设有固定腔。

在上述技术方案的基础上，所述顶板靠近所述分离口的两侧及翼缘的两侧上均设有密封槽，所述密封槽内设有密封圈。

在上述技术方案的基础上，所述第一缓冲件和第二缓冲件之间设有垫片，所述垫片呈环形，且为铝合金材料。

在上述技术方案的基础上，所述星箭分离用火工品缓冲装置还包括底板，所述底板设于所述壳体的底部，所述底板上设有连接通孔。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明提供的一种星箭分离用火工品缓冲装置，其缓冲组件包括第一缓冲件和至少一第二缓冲件，第一缓冲件为采用硅橡胶等弹性材料制成的具有一定厚度的环状，第二缓冲件根据冲击大小、安装空间等可以为多孔柱状结构、同心圆塔状结构等等，一般采用泡沫铝、纯铝或铝合金制成，在实际应用中，可以根据实际情况选择具有不同结构、材料和数量的第二缓冲件，配置灵活；另外装置内还设有密封圈，其能密封气体压强不超过0.2Mpa的压缩空气，因此在缓冲时，本装置集合了弹性变形、摩擦做功、压缩空气及空气对外做功等多种手段，减振效果好，且结构简单、成本低廉，实用性强。

附图说明

图1为本发明实施例中的星箭分离用火工品缓冲装置的剖面图；

图2为本发明实施例中的星箭分离用火工品缓冲装置的俯视图；

图3为本发明实施例中的星箭分离用火工品缓冲装置的锁紧件的剖面图；

图4为实施例1中的第二缓冲件的结构示意图；

图5为实施例1中的第二缓冲件的剖面图；

图6为实施例2中的第二缓冲件的结构示意图；

图7为实施例3中的第二缓冲件的结构示意图；

图8为实施例4中的第二缓冲件的结构示意图。

图中：1-壳体，10-缓冲腔，11-顶板，2-锁紧件，20-固定腔，21-翼缘，3-缓冲组件，30-第一缓冲件，31-第二缓冲件，310-缓冲板，311-鼓形缓冲块，4-密封槽，40-密封圈，5-垫片，6-底板。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细说明。

实施例1

参见图1所示，本发明实施例提供一种星箭分离用火工品缓冲装置，包括壳体1、锁紧件2和缓冲组件3，其中，壳体1的顶部设有顶板11，顶板11与壳体1一体成型，顶板11上设有分离口，壳体1内部还设有缓冲腔10，缓冲腔10与分离口连通，分离口的直径小于缓冲腔10的直径。锁紧件2主要用于固定装有火工品的装置的螺栓头，锁紧件2位于缓冲腔10内且其上端与分离口相贴，锁紧件2底部还设有翼缘21，翼缘21的两侧与缓冲腔10相贴设置；锁紧件2内设有固定腔20，固定腔20与分离口连通，且固定腔20的内壁的下半部上设有螺纹，此螺纹与装有火工品的装置的螺栓头上的螺纹匹配，两者通过螺纹固定，固定腔20可以根据火工品螺栓头的尺寸作适应性设计，在分离时，火工品被点燃，设有螺纹的螺栓头被切断，实现分离。

参见图1所示，缓冲组件3主要包括第一缓冲件30和至少一第二缓冲件31，第一缓冲件30和第二缓冲件31从上至下分别套设于锁紧件2上，且第一缓冲件30与顶板11底部相贴，星箭分离用火工品缓冲装置还包括底板6，底板6设于壳体1的底部，且底板6上设有连接通孔，底板6用于将缓冲装置等元器件封存于缓冲腔10内，连接通孔用于使装有火工品的装置的螺栓头穿过以连接其他部件，连接通孔的直径比装有火工品的装置的螺栓头的直径稍大，因此，第二缓冲件31的底部与底板6的顶部相贴。在分离时，火工品爆炸会产生很大的冲击力，此时第一缓冲件30和第二缓冲件31会起到缓冲减振的作用，通过弹性变形和塑形变形来吸收或消耗能量，延长火工品螺栓头撞击的时间，以达到更好的缓冲效果，大幅度减小冲击和振动，保护周围元器件尽量少受冲击力。

参见图2所示，缓冲腔10为腰线形腔室，对应的，锁紧件2的横截面也为腰线形结构，可以防止在将装有火工品的装置的螺栓头拧入固定腔20时锁紧件2的周向转动，结构合理，实用性强。

参见图3所示，顶板11靠近分离口的两侧，以及翼缘21靠近缓冲腔10的两侧上均设有密封槽4，密封槽4内设有密封圈40，这里密封圈40采用硅橡胶等弹性材料制成。密封圈40主要用于缓冲腔10的动密封，密封圈40的动密封压力在0.1MPa～0.2MPa之间，当锁紧件2向上运动压缩缓冲腔10内的空气时，缓冲腔10内的压强增大，此时，压缩空气相当于一个弹性元件，当锁紧件2向上运动超过缓冲腔10的一半高度时，缓冲腔10的体积减小亦超过一半，气体压强变为0.2MPa以上，超过密封圈40的动密封压力值，于是压缩空气从密封圈40缝隙处流出，对外做功。另外，密封圈40与壳体1和锁紧件2之间的摩擦作用也可以消耗部分能量。不同缓冲做工的方式结合，可以增强缓冲效果，减小冲击力，保证缓冲效果。

参见图4-图5所示，第二缓冲件31的数量为3个，每一第二缓冲件31均包括两块缓冲板310和一鼓形缓冲块311，两块缓冲板310与鼓形缓冲块311一体成型，鼓形缓冲块311设于两块缓冲板310之间，缓冲板310和鼓形缓冲块311上均设有多个通孔，保证其具有较好的塑形变形能力，且缓冲板310为腰线形结构，与缓冲腔10的横截面形状对应，第二缓冲件31可以采用泡沫铝、纯铝、铝合金等制成，其尺寸和数量则可以根据实际需求和空间的大小进行定制，十分灵活。具体的，鼓形缓冲块311的弯曲夹角θ的值为15°～23°，这里弯曲夹角θ为第二缓冲件31的中心点与侧面弯曲面顶端的连接线，同第二缓冲件31的水平中心线之间的夹角，高度H和宽度L按照下式取值：

H＝D·tanθ

L＝H·π/2

其中直径D为第二缓冲件31的内径，高度H为竖直高度，宽度L为除去了中心圆之后的单侧的宽度。由于第二缓冲件31需要套设于锁紧件2上，因此其整体呈环形结构，直径D的取值一般比锁紧件2的直径大1mm，保证其可以套设于锁紧件2上即可。

参见图1所示，第一缓冲件30设于顶板与第二缓冲件31之间，第一缓冲件30呈环形且采用硅橡胶等弹性材料制成的能量积蓄元件，其具有一定的厚度，在当锁紧件2向上运动挤压第一缓冲件30时，第一缓冲件30则会发生弹性变形，积蓄能量，从而达到缓冲的效果，并能隔离一部分冲击。另外，在第一缓冲件30和第二缓冲件31之间设有垫片5，垫片5呈环形，且为铝合金材料，可以采用各种金属或非金属硬质材料制作，主要作用是使第一缓冲件30的受力均匀，使其具有更好积蓄能量的效果。

实施例2

本实施例相比于实施例1的主要区别在于，参见图6所示，第二缓冲件31的数量为3个，第二缓冲件31为横截面呈腰线形的多孔柱状结构。具体的，第二缓冲件31为对称结构，其横截面呈腰线形的形状主要是为了与缓冲腔10契合。

实施例3

本实施例相比于实施例1的主要区别在于，参见图7所示，第二缓冲件31的数量为1个，第二缓冲件31为同心圆塔状结构。具体的，第二缓冲件31包括多个直径不同的圆柱环，每一圆柱环的高度均较短，按照直径的大小，从大至少依次往上排列呈现塔状，且圆柱环之间均一体成型，保证整体结构的完整性和稳固性。

实施例4

本实施例相比于实施例1的主要区别在于，参见图8所示，第二缓冲件31的数量为1个，第二缓冲件3包括两块缓冲板310和多个依次相连的鼓形缓冲块311，多个鼓形缓冲块311设于两块缓冲板310之间，缓冲板310和鼓形缓冲块311上均设有多个通孔，且缓冲板310为腰线形结构，具体的，多个鼓形缓冲块311之间以及鼓形缓冲块311与缓冲板310之间均一体成型。

星箭分离用火工品缓冲装置在实际应用中，可以根据实际情况选择具有不同结构、材料和数量的第二缓冲件31，配置灵活；另外，装置内还设有密封圈40，其能密封气体压强不超过0.2Mpa的压缩空气，因此在缓冲时，集合了弹性变形、塑形变形、摩擦做功、压缩空气及空气对外做功等多种手段，减冲击效果好，且结构简单、成本低廉，能最大限度的保护元器件不受冲击力的损害。

本发明不仅局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本发明相同或相近似的技术方案，均在其保护范围之内。

Claims (10)

1.一种星箭分离用火工品缓冲装置，其特征在于，其包括：

壳体(1)，其顶部设有顶板(11)，所述顶板(11)上设有分离口，所述壳体(1)内部还设有缓冲腔(10)，所述缓冲腔(10)与分离口连通；

锁紧件(2)，其位于所述缓冲腔(10)内且上端与所述分离口相贴，所述锁紧件(2)底部还设有翼缘(21)，所述翼缘(21)的两侧与所述缓冲腔(10)相贴；

缓冲组件(3)，其包括第一缓冲件(30)和至少一第二缓冲件(31)，所述第一缓冲件(30)和第二缓冲件(31)从上至下分别套设于锁紧件(2)上，且所述第一缓冲件(30)与所述顶板(11)底部相贴。

2.如权利要求1所述的一种星箭分离用火工品缓冲装置，其特征在于：所述锁紧件(2)的横截面为腰线形结构。

3.如权利要求2所述的一种星箭分离用火工品缓冲装置，其特征在于：所述第二缓冲件(31)的数量为3个，所述第二缓冲件(31)包括两块缓冲板(310)和一鼓形缓冲块(311)，所述鼓形缓冲块(311)设于两块所述缓冲板(310)之间，所述缓冲板(310)和鼓形缓冲块(311)上均设有多个通孔，且所述缓冲板(310)为腰线形结构。

4.如权利要求2所述的一种星箭分离用火工品缓冲装置，其特征在于：所述第二缓冲件(31)的数量为3个，所述第二缓冲件(31)为横截面呈腰线形的多孔柱状结构。

5.如权利要求2所述的一种星箭分离用火工品缓冲装置，其特征在于：所述第二缓冲件(31)的数量为1个，所述第二缓冲件(31)为同心圆塔状结构。

6.如权利要求2所述的一种星箭分离用火工品缓冲装置，其特征在于：所述第二缓冲件(31)的数量为1个，所述第二缓冲件(31)包括两块缓冲板(310)和多个依次相连的鼓形缓冲块(311)，多个所述鼓形缓冲块(311)设于两块所述缓冲板(310)之间，所述缓冲板(310)和鼓形缓冲块(311)上均设有多个通孔，且所述缓冲板(310)为腰线形结构。

7.如权利要求2所述的一种星箭分离用火工品缓冲装置，其特征在于：所述锁紧件(2)内部设有固定腔(20)。

8.如权利要求1所述的一种星箭分离用火工品缓冲装置，其特征在于：所述顶板(11)靠近所述分离口的两侧及翼缘(21)的两侧上均设有密封槽(4)，所述密封槽(4)内设有密封圈(40)。

9.如权利要求1所述的一种星箭分离用火工品缓冲装置，其特征在于：所述第一缓冲件(30)和第二缓冲件(31)之间设有垫片(5)，所述垫片(5)呈环形，且为铝合金材料。

10.如权利要求1所述的一种星箭分离用火工品缓冲装置，其特征在于：所述星箭分离用火工品缓冲装置还包括底板(6)，所述底板(6)设于所述壳体(1)的底部，所述底板(6)上设有连接通孔。