CN111022219B - 一种分离装置的地面试验模拟装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分离装置的地面试验模拟装置及方法，属于分离装置试验技术领域，包括：发动机A、发动机B、卡环、爆炸螺栓、支撑结构及配重；所述卡环由两个以上圆弧段组成，两个以上圆弧段依次对接形成一个圆环，相邻圆弧段之间通过爆炸螺栓连接；卡环同时套装在同轴对接后的发动机A和发动机B对接端外部，卡环和爆炸螺栓组成分离装置；所述发动机A和发动机B通过支撑结构水平固定在地面上或者竖直吊装起来，所述配重通过钢丝绳安装在发动机B的尾部，配重用于给发动机B提供轴向力，所述轴向力即用于模拟卡环在发动机A和发动机B分离时刻受到的轴向合力F。本发明能够在地面真实的模拟发动机分离的过程，并验证分离装置的可靠性。

Description

一种分离装置的地面试验模拟装置及方法

技术领域

本发明属于分离装置试验技术领域，具体涉及一种分离装置的地面试验模拟装置及方法。

背景技术

对于运载火箭、导弹等飞行器，经常存在逐级分离固体火箭发动机的情况，减少消极质量，使得飞行器航程更远、飞行高度更高，进而将有效载荷输运到预定位置。同时分离装置工作可靠性至关重要,如果出现异常,很有可能导致飞行器姿态异常,甚至飞行任务失败,造成严重的经济损失。因此，需要在地面进行分离装置的可靠性验证。目前还没有能够在地面模拟分离装置的试验装置和方法。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种分离装置的地面试验模拟装置及方法，能够在地面真实的模拟发动机分离的过程，并验证分离装置的可靠性。

本发明是通过下述技术方案实现的：

一种分离装置的地面试验模拟装置，包括：发动机A、发动机B、卡环、爆炸螺栓、支撑结构及配重；

所述卡环由两个以上圆弧段组成，两个以上圆弧段依次对接形成一个圆环，相邻圆弧段之间通过爆炸螺栓连接；卡环的内圆周面设有两个环形凸台；发动机A和发动机B均采用与实际发动机外壳形状一致的圆筒形空壳，发动机A与发动机B的对接端外圆周面均加工有环形卡槽；

卡环同时套装在同轴对接后的发动机A和发动机B对接端外部，且卡环的两个环形凸台分别与发动机A和发动机B的环形卡槽相配合，将发动机A和发动机B对接为一体；卡环和爆炸螺栓组成分离装置；

所述发动机A和发动机B通过支撑结构水平固定在地面上或者竖直吊装起来，所述配重通过钢丝绳安装在发动机B的尾部，配重用于给发动机B提供轴向力，所述轴向力即用于模拟卡环在发动机A和发动机B分离时刻受到的轴向合力F。

进一步的，当所述发动机A和发动机B通过支撑结构水平固定在地面上时，所述支撑结构为两个固定支架，提供轴向力的配重为配重B；

所述发动机A和发动机B水平布置，两个固定支架均安装在发动机A外部，用于将发动机A支撑在地面上；

所述配重B通过钢丝绳安装在发动机B尾部，钢丝绳绕过滑轮支架改变配重B的方向，用于给发动机B提供沿水平方向的轴向力；所述轴向力即用于模拟卡环在发动机A和发动机B分离时刻受到的轴向合力F。

进一步的，还包括配重A；所述配重A通过钢丝绳吊装在发动机B外部，所述钢丝绳的延长线经过发动机B的质心，用于给发动机B提供沿竖直方向的径向力；所述径向力即用于提供模拟卡环在发动机A和发动机B分离时刻受到的弯矩M。

进一步的，当所述发动机A和发动机B通过支撑结构竖直吊装起来时，所述支撑结构为吊具，提供轴向力的配重为配重C；

所述发动机A和发动机B通过吊具吊装为竖直布置，且待脱落的发动机B位于发动机A的下方，配重C通过钢丝绳安装在发动机B的尾部，用于给发动机B提供沿竖直方向的轴向力，所述轴向力即用于模拟卡环在发动机A和发动机B分离时刻受到的轴向合力F。

基于上述一种分离装置的地面试验模拟方法，具体步骤如下：

第一步，用电雷管测试仪测量爆炸螺栓的电阻，电阻在设定范围内为合格，否则更换爆炸螺栓，直到合格；

第二步，通过电连接器及导线分别将两个以上爆炸螺栓或者全部爆炸螺栓与同一个电源电性连接，形成导电通路，并在导电通路上设置电源开关，将电源开关置于开启状态；

第三步，启动高速摄像设备，以对发动机A和发动机B的分离过程进行记录；

第四步，闭合电源开关，与电源连接的爆炸螺栓起爆，然后观察卡环是否脱离，即发动机A和发动机B是否分离；若卡环脱离，则表示分离装置的工作可靠性满足要求，若卡环未分离，则表示分离装置的工作可靠性不能满足要求。

有益效果：本发明能够真实的模拟发动机A和发动机B的分离过程；且通过改变卡环和爆炸螺栓的个数，可以模拟两个以上爆炸螺栓或全部爆炸螺栓正常起爆时，发动机A和发动机B的分离过程，进而验证分离装置的可靠性，降低飞行过程分离风险，降低经济损失。

附图说明

图1-2为分离装置的结构组成图；

图3为实施例1的结构组成示意图；

图4为实施例2的结构组成示意图；

其中，1-发动机A、2-卡环、3-发动机B、4-爆炸螺栓、5-固定支架A、6-固定支架B、7-配重A、8-滑轮支架、9-配重B、10-吊具、11-配重C。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

固体火箭发动机的分离装置包括：卡环2和爆炸螺栓4，参见附图1-2，所述卡环2由两个半圆环组成，两个半圆环通过两个爆炸螺栓4连接为一个圆环，或者卡环2由四个1/4圆环组成，四个1/4圆环通过四个爆炸螺栓4连接为一个圆环；卡环2同时套装在发动机A1和发动机B3对接端的外部，将发动机A1和发动机B3对接为一体；

在飞行器工作过程中，按照控制时序给爆炸螺栓4供电，爆炸螺栓4供电后从卡环2脱出，在气动力的作用下卡环2飞出，发动机B3和发动机A1分离，发动机B3脱落并停止工作，发动机A1开始工作；其中，控制时序按照加速度a设置，一般a不大于0。

在发动机A1与发动机B3分离的过程中，卡环2受到轴向合力及飞行器壳体变形产生的弯距，所述轴向合力包括卡环2的升力、气动阻力、重力、发动机A1与发动机B3之间的作用力。

即将分离之前，设发动机B3的质量为m，发动机B3的质心距离卡环2的圆心的距离为L，则卡环2受到轴向合力F＝m·a，卡环2受到的弯距M＝m·L。

在地面试验中，通过模拟卡环2在分离时刻受到的轴向合力和弯距来模拟卡环2的分离，及发动机A1和发动机B3的真实分离过程。

实施例1：

本实施例提供了一种分离装置的地面试验模拟装置，参见附图3，包括：发动机A1、发动机B3、卡环2、爆炸螺栓4、固定支架A5、固定支架B6、配重A7、滑轮支架8及配重B9；

所述卡环2由两个半圆环组成，两个半圆环通过两个爆炸螺栓4连接为一个圆环，或者卡环2由四个1/4圆环组成，四个1/4圆环通过四个爆炸螺栓4连接为一个圆环；卡环2的内圆周面设有两个环形凸台；发动机A1和发动机B3均采用与实际发动机外壳形状一致的圆筒形空壳，发动机A1与发动机B3的对接端外圆周面均加工有环形卡槽；

卡环2同时套装在同轴对接后的发动机A1和发动机B3外部，且卡环2的两个环形凸台分别与发动机A1和发动机B3的环形卡槽相配合，将发动机A1和发动机B3对接为一体；

所述发动机A1和发动机B3水平布置，所述固定支架A5和固定支架B6均安装在发动机A1外部，用于将发动机A1支撑在地面上；

所述配重A7通过钢丝绳吊装在发动机B3外部，所述钢丝绳的延长线经过发动机B3的质心，用于给发动机B3提供沿其径向的径向力；所述配重B9通过钢丝绳安装在发动机B3尾部，钢丝绳绕过滑轮支架8改变配重B9的方向，用于给发动机B3提供沿水平方向的轴向力；所述径向力即用于提供模拟卡环2在发动机A1和发动机B3分离时刻受到的弯矩M，所述轴向力即用于模拟卡环2在发动机A1和发动机B3分离时刻受到的轴向合力F。

实施例2：

由于很多飞行器的转级分离过程中，卡环2受到的弯距很小，因此，卡环2受到的弯矩可以忽略不计。

本实施例一种分离装置的地面试验模拟装置，参见附图4，包括：发动机A1、发动机B3、卡环2、爆炸螺栓4、吊具10及配重C11；

所述卡环2由两个半圆环组成，两个半圆环通过两个爆炸螺栓4连接为一个圆环，或者卡环2由四个1/4圆环组成，四个1/4圆环通过四个爆炸螺栓4连接为一个圆环；卡环2的内圆周面设有两个环形凸台；发动机A1和发动机B3均采用发动机的圆筒形空壳，发动机A1与发动机B3的对接端外圆周面均加工有环形卡槽；

卡环2同时套装在同轴对接后的发动机A1和发动机B3外部，且卡环2的两个环形凸台分别与发动机A1和发动机B3的环形卡槽相配合，将发动机A1和发动机B3对接为一体；

所述发动机A1和发动机B3通过吊具10吊装为竖直布置，且待脱落的发动机B3位于发动机A1的下方，配重C11通过钢丝绳安装在发动机B3的尾部，用于给发动机B3提供沿竖直方向的轴向力，所述轴向力即用于模拟卡环2在发动机A1和发动机B3分离时刻受到的轴向合力F。

实施例3：

在实施例1或实施例2的基础上，对于部分产品质量和尺度较大的发动机，采用与卡环接口配对的圆筒形试验件A替代发动机A1，与卡环接口配对的圆筒形试验件B替代发动机B3。

实施例4：

在实施例1、实施例2或实施例3的基础上，

本实施例提供了一种分离装置的地面试验模拟方法，具体步骤如下：

当采用两个卡环2和两个爆炸螺栓4进行试验时：

第一步，用电雷管测试仪测量爆炸螺栓4的电阻，电阻在1.0Ω±0.2Ω范围内合格，否则更换爆炸螺栓4，直到合格；

第二步，通过电连接器及导线分别将两个爆炸螺栓4与同一个电源电性连接，形成导电通路，并在导电通路上设置电源开关，将电源开关置于开启状态；

第三步，启动高速摄像设备，以对发动机A1和发动机B3的分离过程进行记录；

第四步，闭合电源开关，两个爆炸螺栓4起爆，然后观察卡环2是否脱离，即发动机A1和发动机B3是否分离；若卡环2脱离，则表示分离装置的工作可靠性满足要求，若卡环2未分离，则表示分离装置的工作可靠性不能满足要求，需要改进。

当采用四个卡环2和四个爆炸螺栓4进行试验时：

第一步，用电雷管测试仪测量爆炸螺栓4的电阻，电阻在1.0Ω±0.2Ω范围内合格，否则更换爆炸螺栓4，直到合格；

第二步，通过电连接器及导线分别将四个爆炸螺栓4或三个爆炸螺栓4或间隔的两个爆炸螺栓4与同一个电源电性连接，形成导电通路，并在导电通路上设置电源开关，将电源开关置于开启状态；

第三步，启动高速摄像设备，以对发动机A1和发动机B3的分离过程进行记录；

第四步，闭合电源开关，与电源连接的爆炸螺栓4起爆，然后观察卡环2是否脱离，即发动机A1和发动机B3是否分离；若卡环2脱离，则表示分离装置的工作可靠性满足要求，若卡环2未分离，则表示分离装置的工作可靠性不能满足要求，需要改进。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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 (5)

1.一种分离装置的地面试验模拟装置，其特征在于，包括：发动机A(1)、发动机B(3)、卡环(2)、爆炸螺栓(4)、支撑结构及配重；

所述卡环(2)由两个以上圆弧段组成，两个以上圆弧段依次对接形成一个圆环，相邻圆弧段之间通过爆炸螺栓(4)连接；卡环(2)的内圆周面设有两个环形凸台；发动机A(1)和发动机B(3)均采用与实际发动机外壳形状一致的圆筒形空壳，发动机A(1)与发动机B(3)的对接端外圆周面均加工有环形卡槽；

卡环(2)同时套装在同轴对接后的发动机A(1)和发动机B(3)对接端外部，且卡环(2)的两个环形凸台分别与发动机A(1)和发动机B(3)的环形卡槽相配合，将发动机A(1)和发动机B(3)对接为一体；卡环(2)和爆炸螺栓(4)组成分离装置；

所述发动机A(1)和发动机B(3)通过支撑结构水平固定在地面上或者竖直吊装起来，所述配重通过钢丝绳安装在发动机B(3)的尾部，配重用于给发动机B(3)提供轴向力，所述轴向力即用于模拟卡环(2)在发动机A(1)和发动机B(3)分离时刻受到的轴向合力F。

2.如权利要求1所述的一种分离装置的地面试验模拟装置，其特征在于，当所述发动机A(1)和发动机B(3)通过支撑结构水平固定在地面上时，所述支撑结构为两个固定支架，提供轴向力的配重为配重B(9)；

所述发动机A(1)和发动机B(3)水平布置，两个固定支架均安装在发动机A(1)外部，用于将发动机A(1)支撑在地面上；

所述配重B(9)通过钢丝绳安装在发动机B(3)尾部，钢丝绳绕过滑轮支架(8)改变配重B(9)的方向，用于给发动机B(3)提供沿水平方向的轴向力；所述轴向力即用于模拟卡环(2)在发动机A(1)和发动机B(3)分离时刻受到的轴向合力F。

3.如权利要求2所述的一种分离装置的地面试验模拟装置，其特征在于，还包括配重A(7)；所述配重A(7)通过钢丝绳吊装在发动机B(3)外部，所述钢丝绳的延长线经过发动机B(3)的质心，用于给发动机B(3)提供沿竖直方向的径向力；所述径向力即用于提供模拟卡环(2)在发动机A(1)和发动机B(3)分离时刻受到的弯矩M。

4.如权利要求1所述的一种分离装置的地面试验模拟装置，其特征在于，当所述发动机A(1)和发动机B(3)通过支撑结构竖直吊装起来时，所述支撑结构为吊具(10)，提供轴向力的配重为配重C(11)；

所述发动机A(1)和发动机B(3)通过吊具(10)吊装为竖直布置，且待脱落的发动机B(3)位于发动机A(1)的下方，配重C(11)通过钢丝绳安装在发动机B(3)的尾部，用于给发动机B(3)提供沿竖直方向的轴向力，所述轴向力即用于模拟卡环(2)在发动机A(1)和发动机B(3)分离时刻受到的轴向合力F。

5.基于权利要求1所述的一种分离装置的地面试验模拟装置的地面试验模拟方法，其特征在于，具体步骤如下：

第一步，用电雷管测试仪测量爆炸螺栓(4)的电阻，电阻在设定范围内为合格，否则更换爆炸螺栓(4)，直到合格；

第二步，通过电连接器及导线分别将两个以上爆炸螺栓(4)或者全部爆炸螺栓(4)与同一个电源电性连接，形成导电通路，并在导电通路上设置电源开关，将电源开关置于断开状态；

第三步，启动高速摄像设备，以对发动机A(1)和发动机B(3)的分离过程进行记录；

第四步，闭合电源开关，与电源连接的爆炸螺栓(4)起爆，然后观察卡环(2)是否脱离，即发动机A(1)和发动机B(3)是否分离；若卡环(2)脱离，则表示分离装置的工作可靠性满足要求，若卡环(2)未分离，则表示分离装置的工作可靠性不能满足要求。

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