CN110763091A - 一种用于级间线式分离装置的非对称v型槽、双点解锁式刚性包带 - Google Patents
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Abstract
一种用于级间线式分离装置的非对称V型槽、双点解锁式刚性包带，其特征包括刚性包带、包带端头、非对称V型槽、螺栓孔；刚性包带的内表面加工成非对称V型槽；包带端头均设置有螺栓孔；上分离体的下端面楔形凸缘与下分离体的上端面楔形凸缘对接构成非对称V型凸缘嵌入至刚性包带内表面非对称V型槽内，进而实现连接功能。与国内外现有技术相比，本发明的刚性包带具有可靠性高、安装简单便捷、对接面连接刚度好、端框界面接触应力和预紧力分布均匀、极限承载能力强等优点。刚性包带在自由状态下两侧开口很大，施加预紧力后，刚性包带四个自由端被拉紧，沿径向发生较大的弹性变形，利用刚性包带自身的弹性变形进而实现解锁后的快速脱离功能，满足未来大载荷大直径大规模的发射任务需求。
Description
技术领域
本发明涉及运载火箭有效载荷分离结构技术领域，具体涉及一种用于有效载荷分离装置的非对称V型槽、双点解锁式刚性包带。
背景技术
有效载荷分离是整个运载火箭发射任务的最后一个环节，是最关键的环节之一，直接影响发射任务的成败。按有效载荷分离装置连接形式分，包括点式分离装置和线式分离装置。点式分离装置主要包括爆炸螺栓和分离螺母装置，线式分离装置主要指包带分离装置。相比于点式分离装置，包带分离装置具有可靠性高、连接刚度好、承载能力强等优点，是目前国内外应用最广泛的有效载荷分离装置。国外从20世纪60年代开始将包带分离装置应用于航天分离系统中，包带分离装置一般由包带、包带接头、V型块、解锁火工元件、捕获装置等零件组成。包带分离装置的包带采用薄钢带制造，包带柔性很大，利用包带受拉后产生的长度方向变形来施加预紧力，称之为柔性包带分离装置。柔性包带分离装置的包带安装需要的轴向安装空间较大，难以在空间有限的条件下使用；此外，包带本身柔性较大，导致拉簧及限位簧对包带的约束性较差，解锁运动的径向动态包络较大；同时，包带本身刚性偏弱，在较大拉载荷条件下，V型块脱离端框的风险较大；而且柔性包带解锁装置多采用爆炸螺栓，解锁时间过快(小于1ms)，导致预紧力释放过快，造成的分离冲击很大；刚性包带可以有效的解决上述问题。目前，已有整体式刚性包带的相关报道，虽然整体式刚性包带解决了柔性包带存在的承载效率不高、分离冲击大、预紧力均匀性不高、操作便捷性差等不足。但是，整体式刚性包带也存在一些不足，如整体式刚性包带应力分布不均匀、完全预紧后端框界面接触应力分布不均匀、极限承载能力较低等。
发明内容
本发明要为了解决上述技术问题，提供一种用于有效载荷分离装置的非对称V型槽、双点解锁式刚性包带。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
一种用于级间线式分离装置的非对称V型槽、双点解锁式刚性包带，其特征包括刚性包带1、包带端头2、非对称V型槽3和螺栓孔4；刚性包带1的内表面加工形成非对称V型槽3；包带端头2上均设置有螺栓孔4；上分离体5的下端面楔形凸缘7与下分离体6的上端面楔形凸缘70对接构成非对称V型凸缘8嵌入至刚性包带1内表面的非对称V型槽3内，进而实现连接功能。
作为本发明的一种优选技术方案，所述刚性包带1采用双开口分体式结构，两侧刚性包带对称布置，结构尺寸完全相同。
作为本发明的一种优选技术方案，所述包带端头2安装于刚性包带1的自由端部；包带端头2的加强筋角度为30°；包带端头2设置有螺栓孔4，用于连接解锁装置。
作为本发明的一种优选技术方案，所述非对称V型槽3的上斜面角度范围为5°～45°，下斜面角度范围为3°～30°；非对称V型槽3的内表面附着一层复合材料。
本发明所达到的有益效果是：与国内外现有技术相比，本发明具有可靠性高、对接面连接刚度好、接触应力和预紧力分布均匀、极限承载能力强等优点。相比于传统柔性包带，本发明刚性包带在承载效率、轴向安装空间、动态包络控制、操作便捷性和安全性等方面具有明显优势。本发明采用分体式刚性包带结构，与整体式刚性包带相比，包带在预紧过程中，传力路径减小1倍，使得包带应力及端框接触面的接触应力分布更加均匀，使得端框轴向预紧载荷和极限承载能力明显升高。同时，采用双点解锁，与整体包带的单点解锁相比，可靠性更高。此外，采用双点解锁，与整体包带的单点解锁相比，解锁后包带回弹路径缩小1倍，脱开时间明显减小。综上所述，本发明的分体式刚性包带安装简单便捷、预紧后包带应力分布均匀、端框接触界面接触应力分布均匀、极限承载能力实现倍数增加等优点，满足未来大载荷大直径大规模的发射任务需求。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的刚性包带安装前整体结构示意图；
图2是本发明的刚性包带安装后整体结构示意图；
图3是本发明的刚性包带横截面示意图；
图4是本发明的刚性包带与分离体连接截面示意图；
图5是本发明的刚性包带端部的包带端头结构示意图；
附图标记说明：1、刚性包带；2、包带端头；3、非对称V型槽；4、螺栓孔；5、上分离体；6、下分离体；7、下端面楔形凸缘；70、上端面楔形凸缘；8、非对称V型凸缘；
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
如图1-5所示，本发明提供了一种用于级间线式分离装置的非对称V型槽、双点解锁式刚性包带，其特征包括刚性包带1、包带端头2、非对称V型槽3和螺栓孔4；刚性包带1的内表面加工形成非对称V型槽3；包带端头2上均设置有螺栓孔4；上分离体5的下端面楔形凸缘7与下分离体6的上端面楔形凸缘70对接构成非对称V型凸缘8嵌入至刚性包带1内表面的非对称V型槽3内，进而实现连接功能。
刚性包带1采用刚度较大的厚铝板滚弯加工工艺制造，为双开口分体式结构，两侧对称布置，结构尺寸相同，采用双开口分体式结构不仅可以使端框界面接触应力和包带预紧力均匀化，还可以大幅度提升整套装置的极限承载能力，同时也为航天分离系统提供了附加的冗余分离方案，进一步保证分离的可靠性。
包带在自由状态下开口很大，施加预紧力后，包带四个自由端被拉紧，包带沿径向发生较大的弹性变形，利用包带自身的弹性变形进而实现解锁后的快速脱离功能；刚性包带1的内表面加工成非对称V型槽3，非对称式结构即为V槽两边斜角度数不同，采用不同的两个斜角度数进行配合可以使得分离体对接面的接触应力分布更加均匀；非对称V型槽3内表面附着一层复合材料，既能起到安装润滑的作用，又能减少加热过程中包带向分离体传热。
刚性包带1的端部均安装有包带端头2，包带端头2通过其上螺栓孔4与切割解锁装置连接，便于包带的安装与解锁。上分离体5的顶部安装有有效载荷，下分离体6的底部安装有运载火箭，实现有效载荷与运载火箭连接功能；上分离体5和下分离体6均为圆环结构，上分离体5的下端面楔形凸缘7与下分离体6的上端面楔形凸缘70对接构成V型凸缘8嵌入至刚性包带1内表面V型槽3内。当在刚性包带1的自由端施加预紧力时，开口收紧，保证了上分离体5和下分离体6的连接可靠性。
本发明的刚性包带是一种用于有效载荷分离的非对称V型槽、双点解锁式刚性包带。刚性包带安装时，首先将上分离体5与下分离体6对接好，再把分体式的刚性包带1分别放置两侧的适当高度，使得刚性包带的非对称V型槽3与非对称V型凸缘8保持在同一高度，然后通过推力臂装置推动刚性包带至V型凸缘潜入V型槽内，随后对螺栓孔4施加预紧力使开口闭合收紧，使得刚性包带始终处于收紧状态，保证上分离体5与下分离体6可靠连接。当切割解锁装置收到解锁信号后，刚性包带的四个自由端沿径向张开，同时，储存于分离体之间的能量也得到了释放使上下分离体之间的连接约束消失，进而实现级间分离。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种用于级间线式分离装置的非对称V型槽、双点解锁式刚性包带，其特征包括刚性包带(1)、包带端头(2)、非对称V型槽(3)和螺栓孔(4)；刚性包带(1)的内表面加工形成非对称V型槽(3)；包带端头(2)上均设置有螺栓孔(4)；上分离体(5)的下端面楔形凸缘(7)与下分离体(6)的上端面楔形凸缘(70)对接构成非对称V型凸缘(8)嵌入至刚性包带(1)内表面的非对称V型槽(3)内，进而实现连接功能。
2.根据权利要求1所述的一种用于级间线式分离装置的非对称V型槽、双点解锁式刚性包带，其特征在于，所述刚性包带(1)采用双开口分体式结构，两侧刚性包带对称布置，结构尺寸完全相同。
3.根据权利要求1所述的一种用于级间线式分离装置的非对称V型槽、双点解锁式刚性包带，其特征在于，所述包带端头(2)安装于刚性包带(1)的自由端部；包带端头(2)的加强筋角度为30°；包带端头(2)设置有螺栓孔(4)，用于连接解锁装置。
4.根据权利要求1所述的一种用于级间线式分离装置的非对称V型槽、双点解锁式刚性包带，其特征在于，所述非对称V型槽(3)的上斜面角度范围为5°～45°，下斜面角度范围为3°～30°；非对称V型槽(3)的内表面附着一层复合材料。
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