CN112407341B - 一种偏心剪切式低冲击膨胀管双凹槽板分离装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种偏心剪切式低冲击膨胀管双凹槽板分离装置，包括：炸药索、填充物、扁平管、H型分离板、上端框、下端框、上紧固螺栓和下紧固螺栓；H型分离板包括：上U型槽、下U型槽和连接区；其中，上U型槽和下U型槽分别位于连接区上、下两侧；上端框与上U型槽对接安装，并通过上紧固螺栓紧固；下端框与下U型槽对接安装，并通过下紧固螺栓紧固；扁平管设置在下端框与下U型槽之间；扁平管中空，炸药索设置在扁平管的中空腔体内；填充物填充在扁平管和炸药索之间的空腔内。本发明在保证结构具有较高的分离可靠性的同时能够降低作用过程中产生的冲击。
Description
技术领域
本发明属于宇航技术领域，尤其涉及一种偏心剪切式低冲击膨胀管双凹槽板分离装置。
背景技术
运载火箭的级间以及运载火箭和有效载荷之间通过分离装置连接，并在指定的时间实现分离功能，是全箭分离系统中的重要环节。随着运载火箭、卫星、空间站等有效载荷外形尺寸及载荷质量的增加，点式分离装置的使用数量大大增加，相应带来可靠性降低的缺点，导致无法满足使用要求。
目前，线式分离装置得到了较为广泛的应用，膨胀管凹槽板分离装置作为线式分离装置的一种，不仅拥有承载力强、连接刚度大、分离可靠性高等优点，还具备无污染的突出特点，因此非常适用于对污染较敏感的有效载荷和火箭分离部位。
膨胀管双凹槽板分离装置作用过程中伴随着结构碰撞、材料断裂等物理过程，会产生较大的冲击载荷，并且由于精密仪器的发展和增多，对冲击环境要求越来越高，需对膨胀管双凹槽板分离装置展开降冲击设计。
发明内容
本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种偏心剪切式低冲击膨胀管双凹槽板分离装置，在保证结构具有较高的分离可靠性的同时能够降低作用过程中产生的冲击。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种偏心剪切式低冲击膨胀管双凹槽板分离装置，包括：炸药索、填充物、扁平管、H型分离板、上端框、下端框、上紧固螺栓和下紧固螺栓；
H型分离板包括：上U型槽、下U型槽和连接区；其中，上U型槽和下U型槽分别位于连接区上、下两侧；
上端框与上U型槽对接安装，并通过上紧固螺栓紧固；
下端框与下U型槽对接安装，并通过下紧固螺栓紧固；
扁平管设置在下端框与下U型槽之间；
扁平管中空，炸药索设置在扁平管的中空腔体内；
填充物填充在扁平管和炸药索之间的空腔内。
在上述偏心剪切式低冲击膨胀管双凹槽板分离装置中，上端框和下端框均为L型结构，L型结构包括两个垂直设置的侧板；
L型结构的上端框的一个侧板插入在上U型槽内，通过上紧固螺栓紧固；L型结构的上端框的另一个侧板上设置有螺栓孔Ⅰ，用于与火箭箭体对接安装；
L型结构的下端框的一个侧板插入在下U型槽内，通过下紧固螺栓紧固；L型结构的下端框的另一个侧板上设置有螺栓孔Ⅱ，用于与火箭箭体对接安装。
在上述偏心剪切式低冲击膨胀管双凹槽板分离装置中，H型分离板还包括：两个削弱槽；
两个削弱槽分别设置在H型分离板外表面左右两侧、位于H型分离板与扁平管的接触区域的端部。
在上述偏心剪切式低冲击膨胀管双凹槽板分离装置中，还包括：起爆接头；
起爆接头为一个或两个，设置在扁平管的一端或两端，实现对扁平管内的填充物和炸药索的封堵。
在上述偏心剪切式低冲击膨胀管双凹槽板分离装置中，还包括：起爆器；其中，起爆器安装在起爆接头上。
在上述偏心剪切式低冲击膨胀管双凹槽板分离装置中，解锁时，起爆器工作，点燃位于扁平管内的炸药索，产生爆轰；爆轰能量通过填充物传递到扁平管，扁平管在炸药索爆轰作用下向外膨胀，向外膨胀的力作用在H型分离板上，使得H型分离板在削弱槽处断裂，完成分离。
在上述偏心剪切式低冲击膨胀管双凹槽板分离装置中，上端框在与上U型槽对接时，上端框靠近上U型槽一侧的端部与上U型槽的槽底之间存在一定间隙。
在上述偏心剪切式低冲击膨胀管双凹槽板分离装置中，一定间隙为：0.5～5mm。
在上述偏心剪切式低冲击膨胀管双凹槽板分离装置中，炸药索在扁平管内偏心设置，即靠近削弱槽设置。
在上述偏心剪切式低冲击膨胀管双凹槽板分离装置中，炸药索在扁平管内的偏心位置为：距扁平管中心向上偏移1～3mm。
本发明具有以下优点：
(1)本发明公开了一种偏心剪切式低冲击膨胀管双凹槽板分离装置，在保证结构具有较高的分离可靠性的同时能够降低作用过程中产生的冲击。
(2)本发明公开了一种偏心剪切式低冲击膨胀管双凹槽板分离装置，在H型分离板与扁平管的接触区域的端部位置处设置有削弱槽，H型分离板在削弱槽处承受较大的剪切载荷，使削弱槽在最大剪切应力作用下发生剪切破坏，断裂时应变能的释放垂直于H型分离板，不会继续沿结构向上传递，降低了作用过程中产生的冲击值。
(3)本发明公开了一种偏心剪切式低冲击膨胀管双凹槽板分离装置，H型分离板断裂后，其下U型槽随下部分结构完全被抛掉，剩余分离板没有可摆动的部分，消除了因分离板摆动继续传递给结构的冲击。且断面整齐，不会对其它结构的运动产生影响。
(4)本发明公开了一种偏心剪切式低冲击膨胀管双凹槽板分离装置，上端框在与上U型槽对接时，上端框靠近上U型槽一侧的端部与上U型槽的槽底之间设置一定间隙，在路径上进一步降低了冲击的传递。
(5)本发明公开了一种偏心剪切式低冲击膨胀管双凹槽板分离装置，通过炸药索的偏心保证分离的可靠性。
附图说明
图1是本发明实施例中一种偏心剪切式低冲击膨胀管双凹槽板分离装置的立体结构示意图；
图2是本发明实施例中一种偏心剪切式低冲击膨胀管双凹槽板分离装置的剖视图；
图3是本发明实施例中一种H型分离板的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明公开的实施方式作进一步详细描述。
如图1和图2，在本实施例中，该偏心剪切式低冲击膨胀管双凹槽板分离装置，包括：炸药索1、填充物2、扁平管3、H型分离板4、上端框51、下端框52、上紧固螺栓61和下紧固螺栓62。进一步的，如图3所示，H型分离板4具体可以包括：上U型槽41、下U型槽42和连接区43；其中，上U型槽41和下U型槽42分别位于连接区43上、下两侧。
各结构的连接如下：上端框51与上U型槽41对接安装，并通过上紧固螺栓61紧固；下端框52与下U型槽42对接安装，并通过下紧固螺栓62紧固；扁平管3设置在下端框52与下U型槽42之间；扁平管3中空，炸药索1设置在扁平管3的中空腔体内；填充物2填充在扁平管3和炸药索1之间的空腔内。
在本发明的一优选实施例中，上端框51和下端框52均为L型结构，L型结构包括两个垂直设置的侧板。其中，L型结构的上端框51的一个侧板插入在上U型槽41内，通过上紧固螺栓61紧固；L型结构的上端框51的另一个侧板上设置有螺栓孔Ⅰ511，用于与火箭箭体对接安装。L型结构的下端框52的一个侧板插入在下U型槽42内，通过下紧固螺栓62紧固；L型结构的下端框52的另一个侧板上设置有螺栓孔Ⅱ521，用于与火箭箭体对接安装。该偏心剪切式低冲击膨胀管双凹槽板分离装置通过上端框51和下端框52实现连接运载火箭相邻部段或连接火箭与有效载荷，并在分离时刻解锁的功能。例如，火箭箭体通过螺栓孔Ⅰ和螺栓孔Ⅱ与上、下端框相连，上、下端框又与H型分离板4相连，以完成载荷的传递。
在本发明的一优选实施例中，上端框51在与上U型槽41对接时采用叉形连接，即上端框51靠近上U型槽41一侧的端部与上U型槽41的槽底之间存在一定间隙，在路径上进一步降低了冲击的传递；此外，H型分离板4与上端框51和下端框52之间的连接为通过螺栓实现的径向连接，二者之间通过接触摩擦面传递载荷，也会起到降低冲击传递的作用。优选的，该一定间隙可以为：1mm。
在本发明的一优选实施例中，如图3，H型分离板4还可以包括：两个削弱槽44。其中，两个削弱槽44分别设置在H型分离板4外表面左右两侧、位于H型分离板4与扁平管3的接触区域的端部，即削弱槽44与扁平管3的顶部齐平，偏差不大于1mm。
优选的，削弱槽44的设置可以保证在解锁时，H型分离板4在削弱槽44位置处发生剪切破坏，断裂时应变能的释放垂直于H型分离板，不会继续沿结构向上传递，降低了作用过程中产生的冲击值：削弱槽44处承受的剪切载荷较大，H型分离板4的破坏以剪切破坏为主，断裂过程中的应变能主要在横向释放，没有继续沿结构向上传递。削弱槽44处断裂后，所有的下U型槽42均随下部分结构被抛掉，没有残余的下U型槽42，因此没有因H型分离板4摆动引入其它的能量和冲击。由于H型分离板4断开后端面齐整，与扁平管3上端在一个平面内，使得该分离装置不仅适用于级间分离、有效载荷与运载火箭之间的分离，还可以用于整流罩横向平抛分离。
在本发明的一优选实施例中，如图1，该偏心剪切式低冲击膨胀管双凹槽板分离装置还可以包括：起爆接头7和起爆器。其中，起爆接头7为一个或两个，分别设置在扁平管3一端或两端，实现对扁平管3内的填充物2和炸药索1的封堵；起爆器安装在起爆接头7上。
解锁时，起爆器工作，点燃位于扁平管3内的炸药索1，产生爆轰，爆轰能量通过填充物2传递到扁平管3；扁平管3在炸药索1爆轰作用下向外膨胀，向外膨胀的力作用在H型分离板4上，使得H型分离板4在削弱槽44处断裂，完成分离。
需要说明的是，在本实施例中，炸药索1在扁平管3内偏心设置，即靠近削弱槽44设置，进而在解锁时能使更多的能量作用于削弱槽44处，保证结构的可靠分离：削弱槽移动到端部后，炸药索与削弱槽的距离加长，可适当将炸药索向削弱槽处偏置，使得能量更多集中在削弱槽处。但同时，炸药索1的设置位置也不能太靠近H型分离板4的连接区43，以免扁平管3对连接区43的撞击过大。其中，炸药索1在扁平管3内的偏心位置为：距扁平管中心向上偏移1～3mm。优选的，炸药索1在扁平管3内的偏心位置的具体值可以是：2mm。
本发明所述的偏心剪切式低冲击膨胀管双凹槽板分离装置，通过分析膨胀管双凹槽板分离装置产生冲击的源头，确定产生冲击的关键因素，从冲击源、冲击路径及连接方式上进行结构设计从而达到降冲击的效果，通过炸药索的偏心保证分离的可靠性。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。
Claims (3)
1.一种偏心剪切式低冲击膨胀管双凹槽板分离装置，其特征在于，包括：炸药索(1)、填充物(2)、扁平管(3)、H型分离板(4)、上端框(51)、下端框(52)、上紧固螺栓(61)、下紧固螺栓(62)和起爆接头(7)；
H型分离板(4)与上端框(51)和下端框(52)之间的连接为通过螺栓实现的径向连接，通过接触摩擦面传递载荷，起到降低冲击传递的作用；
H型分离板(4)包括：上U型槽(41)、下U型槽(43)、连接区(42)和两个削弱槽(44)；其中，上U型槽(41)和下U型槽(43)分别位于连接区(42)上、下两侧；两个削弱槽(44)分别设置在H型分离板(4)外表面左右两侧、位于H型分离板(4)与扁平管(3)的接触区域的端部，即削弱槽(44)与扁平管(3)的顶部齐平，偏差不大于1mm；上端框(51)与上U型槽(41)对接安装，并通过上紧固螺栓(61)紧固，上端框(51)在与上U型槽(41)对接时采用叉形连接，即上端框(51)靠近上U型槽(41)一侧的端部与上U型槽(41)的槽底之间存在0.5～5mm的间隙，在路径上进一步降低了冲击的传递；下端框(52)与下U型槽(43)对接安装，并通过下紧固螺栓(62)紧固；
扁平管(3)设置在下端框(52)与下U型槽(43)之间；扁平管(3)中空，炸药索(1)设置在扁平管(3)的中空腔体内；填充物(2)填充在扁平管(3)和炸药索(1)之间的空腔内；
起爆接头(7)为一个或两个，设置在扁平管(3)的一端或两端，实现对扁平管(3)内的填充物(2)和炸药索(1)的封堵；炸药索(1)在扁平管(3)内偏心设置，即靠近削弱槽(44)设置；其中，炸药索(1)在扁平管(3)内的偏心位置为：距扁平管中心向上偏移1～3mm；
上端框(51)和下端框(52)均为L型结构，L型结构包括两个垂直设置的侧板；L型结构的上端框(51)的一个侧板插入在上U型槽(41)内，通过上紧固螺栓(61)紧固；L型结构的上端框(51)的另一个侧板上设置有螺栓孔Ⅰ(511)，用于与火箭箭体对接安装；L型结构的下端框(52)的一个侧板插入在下U型槽(43)内，通过下紧固螺栓(62)紧固；L型结构的下端框(52)的另一个侧板上设置有螺栓孔Ⅱ(521)，用于与火箭箭体对接安装；该偏心剪切式低冲击膨胀管双凹槽板分离装置通过上端框(51)和下端框(52)实现连接运载火箭相邻部段，并在分离时刻解锁的功能。
2.根据权利要求1所述的偏心剪切式低冲击膨胀管双凹槽板分离装置，其特征在于，还包括：起爆器；其中，起爆器安装在起爆接头(7)上。
3.根据权利要求2所述的偏心剪切式低冲击膨胀管双凹槽板分离装置，其特征在于，解锁时，起爆器工作，点燃位于扁平管(3)内的炸药索(1)，产生爆轰；爆轰能量通过填充物(2)传递到扁平管(3)，扁平管(3)在炸药索(1)爆轰作用下向外膨胀，向外膨胀的力作用在H型分离板(4)上，使得H型分离板(4)在削弱槽(44)处断裂，完成分离。
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