CN112319868A - 分离装置及运载火箭 - Google Patents

Abstract

本申请实施例中提供了一种分离装置及运载火箭，分离装置设置在运载火箭的舱壁和发动机喷管之间用于运载火箭的级间径向分离；分离装置包括插头、插座、锁紧件和连接绳，插头固定设置在发动机喷管的外表面；插座插接固定在插头内；锁紧件用于将插座与插头锁紧固定，锁紧件的插拔方向与发动机喷管的轴向平行；连接绳的第一端连接插座，连接绳的第二端连接舱壁的内表面，连接绳的延伸方向与发动机喷管的轴向倾斜。本申请实施例降低了插座与插头不能正常分离的风险，有利于保证舱壁的正常分离，且分离装置能够适用于更加狭小的空间。

Description

分离装置及运载火箭

技术领域

本申请涉及航空航天技术领域，尤其涉及一种分离装置及运载火箭。

背景技术

目前，运载火箭多采用多级结构，由多个舱段连接组成，各级发动机之间通过级间结构连接。飞行过程中，通过分离系统将火箭已完成预定工作的并且在后续飞行中无用的舱段分离掉。级间分离的方式一般分为两种：冷分离和热分离；其中，冷分离一般不需要进行级间防热，但是失控时间长，分离干扰较大，两级分离时产生碰撞的可能性较大，一般需要通过增加反推火箭辅助分离。热分离可减少失控时间和两级产生碰撞的可能性，确保两级迅速分离；目前运载火箭主要采用热分离方案进行级间分离。

级间分离首先需要将舱段的舱壁分离成多瓣，然后再将其从运载火箭上分离掉。在相关技术的方案中，运载火箭上设有对应的级间分离结构，包括多个分离装置、舱壁和发动机喷管。其中，分离装置的数量与舱段分离出的瓣数相等。分离装置包括插座、插头、锁紧件和连接绳，其中，插头固定在发动机喷管的外表面上，插座与插头插接配合并通过锁紧件连接固定，连接绳的一端连接插座，另一端连接舱壁的内表面。在舱壁分离前，连接绳的延伸方向与发动机喷管的轴向垂直；舱壁分离时带动连接绳朝向背离发动机喷管的方向移动，从而使得连接绳拉紧插座，当拉紧力大于锁紧件的预紧力时，插座与插头分离，以实现舱壁的分离。

但是，采用相关技术中的方案，由于连接绳的延伸方向与发动机喷管的轴向垂直，此时舱壁分离时将带动连接绳朝向垂直于发动机喷管的轴向的方向运动，使得连接绳在平行于发动机喷管的轴向方向上的分力较小，存在插座与插头不能正常分离的风险，进而影响舱壁的正常分离。

发明内容

本申请实施例中提供了一种分离装置及运载火箭，主要用于降低相关技术中分离装置的插座与插头不能正常分离的风险，保证舱壁的正常分离。

根据本申请实施例的第一个方面，提供了一种分离装置，设置在运载火箭的舱壁和发动机喷管之间用于运载火箭的级间径向分离，包括：

插头，所述插头固定设置在所述发动机喷管的外表面；

插座，所述插座插接固定在所述插头内；

锁紧件，所述锁紧件用于将所述插座与所述插头锁紧固定，所述锁紧件的插拔方向与所述发动机喷管的轴向平行；

连接绳，所述连接绳的第一端连接所述插座，所述连接绳的第二端用于连接所述舱壁的内表面，所述连接绳的延伸方向与所述发动机喷管的轴向倾斜。

如上所述的分离装置，可选地，所述连接绳的第一端和所述连接绳的第二端之间连线方向与所述发动机喷管的轴向之间的夹角大于等于82°小于等于90°。

如上所述的分离装置，可选地，所述连接绳的第一端连接所述插座背离所述插头的一侧，所述连接绳的第二端背离所述分离装置设置。

如上所述的分离装置，可选地，还包括分离挡板，所述分离挡板固定在所述插头之下，所述分离挡板沿所述发动机喷管的轴向延伸，且平行于所述发动机喷管的外表面，且所述分离挡板与所述插座位于所述插头的同一侧；

其中，所述分离挡板用于在所述插座从所述插头拔出时，隔开所述插座和所述发动机喷管的外表面以避免损坏所述发动机喷管。

如上所述的分离装置，可选地，所述锁紧件包括与所述插头相适配的第一夹板，所述第一夹板套设在所述插头的外周，所述第一夹板上设有第一通孔；

所述锁紧件还包括与所述插座和第二夹板，所述第二夹板套设在所述插座的外周，所述第二夹板上设有第二通孔；

所述锁紧件依次穿过所述第一通孔和第二通孔后将所述插头和插座连接固定。

如上所述的分离装置，可选地，所述第一通孔和第二通孔均为螺纹孔，所述锁紧件为螺杆。

如上所述的分离装置，可选地，所述插头通过安装座设置在所述发动机喷管上，所述安装座包括相互垂直的第一连接板和第二连接板，所述第二连接板设置在所述第一连接板的一端，所述第二连接板与所述第一夹板固定连接，所述第一夹板设置在所述第二连接板朝向所述第一连接板的一侧，所述第一连接板上设有多个第一固定孔。

如上所述的分离装置，可选地，所述第一连接板和第二连接板之间设有多个加强筋。

如上所述的分离装置，可选地，所述安装座还包括第三连接板、第四连接板和第五连接板，所述第三连接板和第五连接板均与所述第一连接板平行设置，所述第三连接板位于所述第一连接板背离所述第二连接板的一侧且与所述第一连接板固定连接，所述第三连接板上设有多个第二固定孔；所述第四连接板设置在所述第三连接板和第五连接板之间，且与所述第三连接板和第五连接板垂直；所述第五连接板上设有多个第三固定孔。

如上所述的分离装置，可选地，所述连接绳的松弛量L满足以下公式：L1+L2-L3+△≤L≤min(L4-L0，V0*t0-L3)；

其中，t0为所述舱壁的最小分离时间；

V0为所述舱壁的最小分离速度；

L0为所述插座与插头分离时所述连接绳的最小绷直长度；

L1为所述舱壁在振动环境下的变形振幅值；

L2为所述发动机喷管在振动环境下的变形及摆动振动幅值；

L3为所述连接绳设计分插的下限值；

L4为所述连接绳绷直后所述插座刚好与所述分离档板末端接触时的长度；

△为所述连接绳的设计余量。

根据本申请实施例的第二个方面，提供了一种运载火箭，包括多个首尾相连的舱段，至少一个所述舱段内设有如上任一所述的分离装置，所述舱段包括：

舱壁，所述舱壁围成筒状，所述舱壁在级间分离时能够分离成多瓣的子舱壁；

发动机喷管，所述发动机喷管设置在所述舱壁内；

多个所述分离装置，多个所述分离装置与多个所述子舱壁一一对应。

采用根据本申请实施例的分离装置及运载火箭，分离装置设置在运载火箭的舱壁和发动机喷管之间用于运载火箭的级间径向分离。分离装置包括插头、插座、锁紧件和连接绳，插头固定设置在发动机喷管的外表面；插座插接固定在插头内；锁紧件用于将插座与插头锁紧固定，锁紧件的插拔方向与发动机喷管的轴向平行；连接绳的第一端连接插座，连接绳的第二端连接舱壁的内表面，连接绳的延伸方向与发动机喷管的轴向倾斜。本申请实施例通过将连接绳的延伸方向设置成倾斜于发动机喷管的轴向方向，提高了舱壁分离时连接绳在平行于发动机喷管的轴向方向上的分力，降低了插座与插头不能正常分离的风险，有利于保证舱壁的正常分离；此外，在连接绳长度一定的前提下，将连接绳的延伸方向设置成倾斜于发动机喷管的轴向方向还有利于减小舱壁与发动机喷管之间的间隙，也即分离装置能够适用于更加狭小的空间。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1中示出的是本申请一实施例提供的分离装置的应用场景图；

图2中示出的是本申请一实施例提供的发动机喷管和分离装置的连接结构简图；

图3中示出的是本申请一实施例提供的分离装置的结构简图；

图4中示出的是本申请一实施例提供的分离装置在分离前的示意图；

图5中示出的是本申请一实施例提供的分离装置在分离后的示意图。

附图标记：

100-舱壁；

200-发动机喷管；

300-分离装置；310-插头；320-插座；330-锁紧件；331-第一夹板；332-第二夹板；340-连接绳；350-安装座；351-第一连接板；352-第二连接板；353-加强筋；354-第三连接板；355-第四连接板；356-第五连接板；360-分离挡板。

具体实施方式

为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例一

图1中示出的是本申请一实施例提供的分离装置的应用场景图；图2中示出的是本申请一实施例提供的发动机喷管和分离装置的连接结构简图；图3中示出的是本申请一实施例提供的分离装置的结构简图；图4中示出的是本申请一实施例提供的分离装置在分离前的示意图；图5中示出的是本申请一实施例提供的分离装置在分离后的示意图；请参照图1-图5(其中，图1、图4和图5中，省略了分离装置300的部分结构)。

本实施例提供一种分离装置300，设置在运载火箭的舱壁100和发动机喷管200之间用于运载火箭的级间径向分离。其中，舱壁100包括多个子舱壁，多个子舱壁围绕呈筒状；发动机喷管200设置在舱壁100内；多个分离装置300与多个子舱壁一一对应，分离装置300包括插头310、插座320、锁紧件330和连接绳340，插头310固定设置在发动机喷管200的外表面；插座320插接固定在插头310内；锁紧件330用于将插座320与插头310锁紧固定，锁紧件330的插拔方向与发动机喷管200的轴向平行；连接绳340的第一端连接插座320，连接绳340的第二端连接舱壁100的内表面，连接绳340的延伸方向与发动机喷管200的轴向倾斜。

具体的，本实施例中的舱壁100是指运载火箭中某一待分离舱段的舱壁，发动机喷管200设置在舱壁100的内部，发动机喷管200与舱壁100之间形成有一定的间隙，分离装置300设置在该间隙内。在舱段分离时，舱壁100首先被分成多个子舱壁并由拼接状态转为展开状态，展开方向背离发动机喷管200的轴向，然后子舱壁再从运载火箭上脱离。分离装置300的数量与子舱壁的数量一一对应，并且多个分离装置300均设置在同一圆周上，以保证分离的正常进行。

本实施例在舱段分离时，舱壁100的展开将拉动连接绳340，从而使连接绳340拉动插座320，由于连接绳340的延伸方向倾斜于发动机喷管200的轴向，连接绳340在平行于发动机喷管200的轴向方向上的分力要远大于相关技术的方案中的分力，使得在对连接绳340施加同样大小的力时，更容易使锁紧件330失效，以将插座320从插头310内拉脱，降低了插座320与插头310不能正常分离的风险，有利于保证舱壁100的正常分离。

此外，在连接绳340长度一定的前提下，将连接绳340的延伸方向设置成倾斜于发动机喷管200的轴向方向还有利于减小舱壁100与发动机喷管200之间的间隙，也即本实施例的分离装置300能够适用于更加狭小的空间内使用，有利于减小舱段开口大小，提高舱段整体性能。

优选地，本实施例中连接绳340的延伸方向与发动机喷管200的轴向之间的夹角大于等于82°小于等于90°，在此范围内可以使得分离装置300能够有效的规避相关及技术中不解锁的风险，保证分离过程的顺利进行。

进一步地，本实施例的连接绳340的第一端连接插座320背离插头310的一侧，连接绳340的第二端背离分离装置300设置。这样设置使得连接绳340产生的平行于发动机喷管200的轴向方向的分力是朝向背离锁紧件330一侧的，从而便于将锁紧件330拉脱失效，以使插座320和插头310互相分离。

请参照图3，进一步地，本实施例的锁紧件330还包括与插头310相配合的第一夹板331，第一夹板331套设在插头310的外周，以对插头310进行保护；第一夹板331上设有第一通孔，以便于锁紧件330的穿过。

锁紧件330还包括与插座320和第二夹板332，第二夹板332套设在插座320的外周，以对插座320进行保护；第二夹板332上设有第二通孔，以便于锁紧件330的穿过。

锁紧件330依次穿过第一通孔和第二通孔后将插头310和插座320连接固定。在装配前，锁紧件330将插头310和插座320锁紧固定，在装配后去除锁紧件330，以保证后续正常使用。

可选地，本实施例中第一通孔和第二通孔均为螺纹孔，锁紧件330为螺杆；当然，本领域人员清楚的是本实施例中的锁紧件330还可以采用其他任意适宜的结构。

进一步地，本实施例的插头310通过安装座350设置在发动机喷管200上，安装座350包括相互垂直的第一连接板351和第二连接板352，第二连接板352设置在第一连接板351的一端，第二连接板352与第一夹板331固定连接，具体的可采用焊接连接等方式进行连接固定。第一夹板331设置在第二连接板352朝向第一连接板351的一侧，具体的连接固定方式可采用焊接或利用紧固件连接等形式；第一连接板351上设有多个第一固定孔，以连接其他部件。

本实施例在第一连接板351和第二连接板352之间设有多个加强筋353，以提高连接的强度；加强筋353例如可以同时连接第二连接板352和第一连接板351的两端。

此外，本实施例的安装座350还包括第三连接板354、第四连接板355和第五连接板356，第三连接板354和第五连接板356均与第一连接板351平行设置，第三连接板354位于第一连接板351背离第二连接板352的一侧且与第一连接板351固定连接，具体的连接固定方式可采用焊接或利用紧固件连接等形式；例如，可以在第三连接板354上设有多个第二固定孔，利用紧固件穿过第一固定孔和第二固定孔后将第一连接板351和第三连接板354连接固定；第四连接板355设置在第三连接板354和第五连接板356之间，且与第三连接板354和第五连接板356垂直，第四连接板355与第三连接板354和第五连接板356之间均可采用焊接连接的方式进行连接固定，第四连接板355与第三连接板354和第五连接板共同组成一个截面呈“工”字型的结构，以提高支撑和连接的稳定性；第五连接板356上设有多个第三固定孔，以便于连接外部设备。

本实施例的还包括分离挡板360，分离挡板360连接第五连接板356，分离挡板360与插座320位于插头310的同一侧，分离挡板360用于在插座320从插头310拔出时，隔开插座320和发动机喷管200的外表面以避免损坏发动机喷管200。分离挡板360沿发动机喷管200的轴向延伸，且平行于发动机喷管200的外表面，以适应分离振动环境，避免舱壁100分离过程中插座320与发动机喷管200产生磕碰。分离挡板360的具体尺寸可根据需要进行设置，优选地，分离挡板360的厚度为4mm，长度为110mm，宽度为240mm。

进一步地，本实施例的连接绳340在设计时应保证一定的松弛量，以保证正常拉脱并且使插座320不会与发动机喷管200产生磕碰。如图4和图5所示，其中图4中示出了连接绳340在分离前的初始状态，此时连接绳340不是绷直的，而是具有一定变形范围；图5中示出了分离时插座320不与发动机喷管200产生磕碰的极限位置图，此时对应连接绳340需具有的最小绷直长度。

具体的，本实施例的连接绳340的松弛量L满足以下公式：L1+L2-L3+△≤L≤min(L4-L0，V0*t0-L3)；

其中，t0为舱壁100的最小分离时间；

V0为舱壁100的最小分离速度；

L0为插座320与插头310分离时连接绳340的最小绷直长度；

L1为舱壁100在振动环境下的变形振幅值；

L2为发动机喷管200在振动环境下的变形及摆动振动幅值；

L3为连接绳340设计分插的下限值；

L4为连接绳340绷直后插座320刚好与分离档板末端接触时的长度；

△为连接绳340的设计余量。

实施例二

本实施例提供一种运载火箭，包括多个首尾相连的舱段，至少一个舱段内设有如上实施例一所述的分离装置，其中，舱段包括舱壁、设置在舱壁内的发动机喷管和多个分离装置；舱壁围成筒状，发动机喷管设置在筒状的舱壁内，舱壁在级间分离时能够分离成多瓣的子舱壁；多个分离装置与多个子舱壁一一对应，以辅助子舱壁的分离。

本实施例提供的运载火箭由于设置有上述实施例一所述的分离装置，因此降低了插座与插头不能正常分离的风险，有利于保证舱壁的正常分离；此外还有利于减小舱段开口大小，提高舱段整体性能。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (11)

1.一种分离装置，设置在运载火箭的舱壁和发动机喷管之间，用于运载火箭的级间径向分离，其特征在于，包括：

插头，所述插头固定设置在所述发动机喷管的外表面；

插座，所述插座插接固定在所述插头内；

锁紧件，所述锁紧件用于将所述插座与所述插头锁紧固定，所述锁紧件的插拔方向与所述发动机喷管的轴向平行；

连接绳，所述连接绳的第一端连接所述插座，所述连接绳的第二端用于连接所述舱壁的内表面，所述连接绳的延伸方向与所述发动机喷管的轴向倾斜。

2.根据权利要求1所述的分离装置，其特征在于，所述连接绳的第一端和所述连接绳的第二端之间连线方向与所述发动机喷管的轴向之间的夹角大于等于82°小于等于90°。

3.根据权利要求2所述的分离装置，其特征在于，所述连接绳的第一端连接所述插座背离所述插头的一侧，所述连接绳的第二端背离所述分离装置设置。

4.根据权利要求1-3中任一所述的分离装置，其特征在于，还包括分离挡板，所述分离挡板固定在所述插头之下，所述分离挡板沿所述发动机喷管的轴向延伸，平行于所述发动机喷管的外表面，且所述分离挡板与所述插座位于所述插头的同一侧；

其中，所述分离挡板用于在所述插座从所述插头拔出时，隔开所述插座和所述发动机喷管的外表面以避免损坏所述发动机喷管。

5.根据权利要求4所述的分离装置，其特征在于，所述锁紧件包括与所述插头相适配的第一夹板，所述第一夹板套设在所述插头的外周，所述第一夹板上设有第一通孔；

所述锁紧件还包括与所述插座和第二夹板，所述第二夹板套设在所述插座的外周，所述第二夹板上设有第二通孔；

所述锁紧件依次穿过所述第一通孔和第二通孔后将所述插头和插座连接固定。

6.根据权利要求5所述的分离装置，其特征在于，所述第一通孔和第二通孔均为螺纹孔，所述锁紧件为螺杆。

7.根据权利要求5所述的分离装置，其特征在于，所述插头通过安装座设置在所述发动机喷管上，所述安装座包括相互垂直的第一连接板和第二连接板，所述第二连接板设置在所述第一连接板的一端，所述第二连接板与所述第一夹板固定连接，所述第一夹板设置在所述第二连接板朝向所述第一连接板的一侧，所述第一连接板上设有多个第一固定孔。

8.根据权利要求7所述的分离装置，其特征在于，所述第一连接板和第二连接板之间设有多个加强筋。

9.根据权利要求7所述的分离装置，其特征在于，所述安装座还包括第三连接板、第四连接板和第五连接板，所述第三连接板和第五连接板均与所述第一连接板平行设置，所述第三连接板位于所述第一连接板背离所述第二连接板的一侧且与所述第一连接板固定连接，所述第三连接板上设有多个第二固定孔；所述第四连接板设置在所述第三连接板和第五连接板之间，且与所述第三连接板和第五连接板垂直；所述第五连接板上设有多个第三固定孔。

10.根据权利要求9所述的分离装置，其特征在于，所述连接绳的松弛量L满足以下公式：L1+L2-L3+△≤L≤min(L4-L0，V0*t0-L3)；

其中，t0为所述舱壁的最小分离时间；

V0为所述舱壁的最小分离速度；

L0为所述插座与插头分离时所述连接绳的最小绷直长度；

L1为所述舱壁在振动环境下的变形振幅值；

L2为所述发动机喷管在振动环境下的变形及摆动振动幅值；

L3为所述连接绳设计分插的下限值；

L4为所述连接绳绷直后所述插座刚好与所述分离档板末端接触时的长度；

△为所述连接绳的设计余量。

11.一种运载火箭，其特征在于，包括多个首尾相连的舱段，至少一个所述舱段内设有如权利要求1-10中任一所述的分离装置，所述舱段包括：

舱壁，所述舱壁围成筒状，所述舱壁在级间分离时能够分离成多瓣的子舱壁；

发动机喷管，所述发动机喷管设置在所述舱壁内；

多个所述分离装置，多个所述分离装置与多个所述子舱壁一一对应。

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