CN113086253B

CN113086253B - 一种爆炸螺栓缓冲收集装置

Info

Publication number: CN113086253B
Application number: CN202110380257.4A
Authority: CN
Inventors: 姜�硕; 程危危; 吴伟; 陶永强; 吴东涛; 宋月娥; 佘文学; 黄念
Original assignee: Beijing Aerospace Technology Institute
Current assignee: Beijing Aerospace Technology Institute
Priority date: 2021-04-09
Filing date: 2021-04-09
Publication date: 2023-04-07
Anticipated expiration: 2041-04-09
Also published as: CN113086253A

Abstract

本发明提供了一种爆炸螺栓缓冲收集装置，所述装置包括套筒、吸能结构、端盖和螺母；所述套筒为一侧开口结构；所述端盖的一端与分离部件固定连接，另一端与所述套筒的开口侧可拆卸的连接，所述端盖上具有连接孔；爆炸螺栓的一端穿过所述连接孔进入所述套筒内，并与所述螺母连接；所述吸能结构设置于所述套筒内，且位于所述爆炸螺栓的端面与所述套筒的内端面之间；所述吸能结构的材料和规格根据所述套筒的尺寸和冲击能量选择。本发明能够解决现有收集装置体积较大，吸能结构利用率低的技术问题。

Description

一种爆炸螺栓缓冲收集装置

技术领域

本发明涉及飞行器分离器件技术领域，尤其涉及一种爆炸螺栓缓冲收集装置。

背景技术

爆炸螺栓是实现级间分离的重要结构。爆炸螺栓所需的断裂分离解锁力一般在爆炸螺栓承载力的1.5倍以上。在飞行器级间分离后，爆炸残余螺杆速度约50m/s，产生的冲击能较大，在舱体内部靠近爆炸螺栓位置安装有舵机、电位计、变换器等电气设备，对接点周围且粘接脆性耐高温外防热层，如舱内无有效的缓冲收集装置，残余螺杆将对舱内设备或者舱体外防热层造成破坏，导致飞行试验失败。

爆炸螺栓缓冲收集装置一般采用金属收集盒内敷设橡胶减震垫的结构形式，但该类缓冲收集装置体积较大，约320cm³，吸能结构利用率低，在设计使用过程中具有局限性。

发明内容

本发明提供了一种爆炸螺栓缓冲收集装置，能够解决现有收集装置体积较大，吸能结构利用率低的技术问题。

本发明提供了一种爆炸螺栓缓冲收集装置，所述装置包括套筒、吸能结构、端盖和螺母；

所述套筒为一侧开口结构；

所述端盖的一端与分离部件固定连接，另一端与所述套筒的开口侧可拆卸的连接，所述端盖上具有连接孔；

爆炸螺栓的一端穿过所述连接孔进入所述套筒内，并与所述螺母连接；

所述吸能结构设置于所述套筒内，且位于所述爆炸螺栓的端面与所述套筒的内端面之间；

所述吸能结构的材料和规格根据所述套筒的尺寸和冲击能量选择。

优选的，所述吸能结构的结构形式为泡孔结构或蜂窝结构，在吸能结构的结构形式为泡孔结构的情况下，所述吸能结构的规格为泡孔尺寸和孔隙率，在吸能结构的结构形式为蜂窝结构的情况下，所述吸能结构的规格为芯格边长和泊材厚度。

优选的，所述吸能结构的材料和规格选择方法包括：

根据所述套筒的尺寸确定所述吸能结构的压缩面积和长度；

根据所述爆炸螺栓的冲击能量、所述吸能结构的压缩面积和长度确定第一体积比吸能；

根据所述吸能结构的压缩面积和多个待选择材料中每种材料不同相对密度条件下的允许最大压缩力确定每种材料不同相对密度条件下的允许最大压缩强度；

分别对多个待选择材料中每种材料进行静态压力加载试验，获取每种材料在不同相对密度条件下的应力-应变曲线图；

根据每种材料在不同相对密度条件下的应力-应变曲线图获取每种材料在不同相对密度条件下的能量吸收曲线图；

根据每种材料在不同相对密度条件下的能量吸收曲线图获取应力为各自的允许最大压缩强度时每种材料在不同相对密度条件下对应的第二体积比吸能；

在第二体积比吸能大于第一体积比吸能的情况下，判断当前第二体积比吸能对应的材料与材料的相对密度满足使用要求；

在满足使用要求的材料与材料的相对密度中任选一个，并根据选择材料的相对密度确定所述吸能结构的规格。

优选的，根据每种材料在不同相对密度条件下的应力-应变曲线图获取每种材料在不同相对密度条件下的能量吸收曲线图包括：

根据每种材料在不同相对密度条件下的应力-应变曲线图获取每种材料在不同相对密度条件下吸收的能量；

根据每种材料在不同相对密度条件下吸收的能量、所述吸能结构的压缩面积和长度获取每种材料在不同相对密度条件下的体积比吸能；

根据每种材料在不同相对密度条件下的体积比吸能获取每种材料在不同相对密度条件下的能量吸收曲线图。

优选的，所述装置还包括紧定部件，所述紧定部件用于紧定所述套筒和所述端盖。

优选的，所述装置还包括螺母止动片，所述螺母止动片设置于所述分离部件与所述螺母之间。

优选的，所述套筒的内侧壁与所述螺母之间的最小间隙不大于2mm。

优选的，所述套筒开口侧的外侧面上设有支耳，所述端盖上设有与所述支耳相匹配的插入槽和定位槽，所述支耳从所述插入槽插入并旋转至所述定位槽定位。

优选的，所述支耳与所述定位槽的配合间隙不大于0.2mm。

优选的，所述吸能结构与所述套筒的内端面粘接。

应用本发明的技术方案，套筒和端盖采用可拆卸结构，实现了爆炸螺栓缓冲收集装置的便捷安装与拆卸；根据套筒的尺寸和冲击能量选择合适的吸能结构材料和规格，在有限空间下提高了吸能效率；利用结构间隙控制提高吸能结构的吸能效率，保证级间分离前后舱体内部的气密性。本发明可应用于飞行器级间分离结构中。

附图说明

所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了根据本发明的一种实施例提供的爆炸螺栓缓冲收集装置的剖面示意图；

图2示出了根据本发明的一种实施例提供的爆炸螺栓缓冲收集装置的主视图；

图3a示出了图1中的端盖的立体示意图；

图3b示出了图1中的端盖的主视图；

图3c示出了图1中的端盖的俯视图；

图4a示出了图1中的套筒的立体示意图；

图4b示出了图1中的套筒的主视图；

图4c示出了图1中的套筒的俯视图；

图5a示出了图1中的螺母止动片的立体示意图；

图5b示出了图1中的螺母止动片的主视图；

图6示出了根据本发明的一种实施例提供的应力-应变曲线图；

图7示出了根据本发明的一种实施例提供的能量吸收图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、套筒；11、支耳；20、吸能结构；30、端盖；31、插入槽；32、定位槽；40、螺母；50、紧定部件；60、螺母止动片；70、爆炸螺栓。

具体实施方式

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。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

如图1-图5所示，本发明提供了一种爆炸螺栓缓冲收集装置，所述装置包括套筒10、吸能结构20、端盖30和螺母40；

所述套筒10为一侧开口结构；

所述端盖30的一端与分离部件固定连接，另一端与所述套筒10的开口侧可拆卸的连接，所述端盖30上具有连接孔；

爆炸螺栓70的一端穿过所述连接孔进入所述套筒10内，并与所述螺母40连接；

所述吸能结构20设置于所述套筒10内，且位于所述爆炸螺栓70的端面与所述套筒10的内端面之间；

所述吸能结构20的材料和规格根据所述套筒10的尺寸和冲击能量选择。

本发明的套筒和端盖采用可拆卸结构，实现了爆炸螺栓缓冲收集装置的便捷安装与拆卸；根据套筒的尺寸和冲击能量选择合适的吸能结构材料和规格，在有限空间下提高了吸能效率；利用结构间隙控制提高吸能结构的吸能效率，保证级间分离前后舱体内部的气密性。本发明可应用于飞行器级间分离结构中。

在本发明中，吸能结构20的材料可采用高屈服强度材料，以提高吸能结构20的吸能能力，例如可采用高温合金。

根据本发明的一种实施例，所述吸能结构20的结构形式为泡孔结构或蜂窝结构。在吸能结构20的结构形式为泡孔结构的情况下，所述吸能结构20的规格为泡孔尺寸和孔隙率，在吸能结构20的结构形式为蜂窝结构的情况下，所述吸能结构20的规格为芯格边长和泊材厚度。

根据本发明的一种实施例，如图5所示，所述装置还包括螺母止动片60，所述螺母止动片60设置于所述分离部件与所述螺母40之间，以确保螺母40与爆炸螺栓70之间的可靠连接。

根据本发明的一种实施例，所述套筒10的内侧壁与所述螺母40之间的最小间隙不大于2mm，以提升吸能结构20的利用率。进一步地，套筒为圆筒。

根据本发明的一种实施例，如图3和图4所示，所述套筒10开口侧的外侧面上设有支耳11，所述端盖30上设有与所述支耳11相匹配的插入槽31和定位槽32，所述支耳11从所述插入槽31插入并旋转至所述定位槽32定位，从而实现套筒10与端盖30的轴向定位。具体地，支耳的数量可以为多个，具体根据套筒10的尺寸确定，多个支耳沿套筒10的周向均布。在本实施例中，支耳采用3-6个。在安装过程中，先将套筒10的支耳11插入端盖30的插入槽31内，然后旋转套筒10直至支耳11进入定位槽32。

进一步地，所述支耳11与所述定位槽32的配合间隙不大于0.2mm，以便于涂抹高温胶，从而实现在完成爆炸螺栓70残余螺杆收集后保证飞行器舱体气密性。具体地，高温胶可采用硅橡胶(KH-CL-RTV-2)。

进一步地，套筒10的材料可采用9310钢。

根据本发明的一种实施例，所述装置还包括紧定部件50，所述紧定部件50用于紧定所述套筒10和所述端盖30，以使套筒10和端盖30不产生相对位移，实现套筒10和端盖30的轴向和周向定位。举例来讲，紧定部件可采用紧定螺钉，数量不少于两个。

其中，套筒10与紧定螺钉之间也涂抹高温胶，以实现在完成爆炸螺栓70残余螺杆收集后保证飞行器舱体气密性。具体地，高温胶可采用硅橡胶(KH-CL-RTV-2)。

根据本发明的一种实施例，所述吸能结构20与所述套筒10的内端面粘接，具体地，可采用硅橡胶(KH-CL-RTV-2)进行粘接。

本发明的爆炸螺栓缓冲收集装置的安装顺序为：先将爆炸螺栓70、螺母止动片60和螺母40依次安装于飞行器舱体结构上，再将端盖30通过螺钉固定安装于舱体结构上；吸能结构20粘接于套筒10的内端面并随套筒10安装于端盖30上，最后安装紧定螺钉以固定套筒10和端盖30之间的相对位置。

根据本发明的一种实施例，所述吸能结构20的材料和规格选择方法包括：

S10、根据所述套筒10的尺寸确定所述吸能结构20的压缩面积和长度；

S20、根据所述爆炸螺栓70的冲击能量、所述吸能结构20的压缩面积和长度确定第一体积比吸能；

S30、根据所述吸能结构20的压缩面积和多个待选择材料中每种材料不同相对密度条件下的允许最大压缩力确定每种材料不同相对密度条件下的允许最大压缩强度；

S40、分别对多个待选择材料中每种材料进行静态压力加载试验，获取每种材料在不同相对密度条件下的应力-应变曲线图；

S50、根据每种材料在不同相对密度条件下的应力-应变曲线图获取每种材料在不同相对密度条件下的能量吸收曲线图；

S60、根据每种材料在不同相对密度条件下的能量吸收曲线图获取应力为各自的允许最大压缩强度时每种材料在不同相对密度条件下对应的第二体积比吸能；

S70、在第二体积比吸能大于第一体积比吸能的情况下，判断当前第二体积比吸能对应的材料与材料的相对密度满足使用要求；

S80、在满足使用要求的材料与材料的相对密度中任选一个，并根据选择材料的相对密度确定所述吸能结构20的规格。

进一步地，步骤S50具体包括如下步骤：

S51、根据每种材料在不同相对密度条件下的应力-应变曲线图获取每种材料在不同相对密度条件下吸收的能量；

S52、根据每种材料在不同相对密度条件下吸收的能量、所述吸能结构20的压缩面积和长度获取每种材料在不同相对密度条件下的体积比吸能；

S53、根据每种材料在不同相对密度条件下的体积比吸能获取每种材料在不同相对密度条件下的能量吸收曲线图。

在本发明的步骤S20中，通过下式得到第一体积比吸能：

其中，

在本发明的步骤S30中，通过下式确定允许最大压缩强度：

式中，E_V′为第一体积比吸能，U为冲击能量，A为吸能结构的压缩面积，L为吸能结构的长度，I为分离冲量，m为残余质量，σ_p为允许最大压缩强度，F为允许最大压缩力。

在本发明的步骤S40中，以某同种材料的三种不同相对密度为例进行静态压力加载试验，获取该种材料在三种不同相对密度(ρ3＜ρ2＜ρ₁)下的应力-应变曲线图，如图6所示，横坐标为应变ε，纵坐标为应力σ，σ_p1、σ_p2、σ_p3分别为相对密度为ρ₁、ρ₂、ρ₃时的允许最大压缩强度。

在本发明的步骤S51中，通过下式获取该种材料在三种不同相对密度下的吸收的能量：

在本发明的步骤S52中，通过下式获取该种材料在三种不同相对密度下的体积比吸能：

式中，E为吸收的能量，ε_end为应变值，E_V为体积比吸能。

本发明的步骤S53中的能量吸收曲线图如图7所示，横坐标为应力σ_end，纵坐标为体积比吸能E_V。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

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，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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

1.一种爆炸螺栓缓冲收集装置，其特征在于，所述装置包括套筒(10)、吸能结构(20)、端盖(30)和螺母(40)；

所述套筒(10)为一侧开口结构；

所述端盖(30)的一端与分离部件固定连接，另一端与所述套筒(10)的开口侧可拆卸的连接，所述端盖(30)上具有连接孔；

爆炸螺栓(70)的一端穿过所述连接孔进入所述套筒(10)内，并与所述螺母(40)连接；

所述吸能结构(20)设置于所述套筒(10)内，且位于所述爆炸螺栓(70)的端面与所述套筒(10)的内端面之间；

所述吸能结构(20)的材料和规格根据所述套筒(10)的尺寸和冲击能量选择；

所述吸能结构(20)的材料和规格选择方法包括：

根据所述套筒(10)的尺寸确定所述吸能结构(20)的压缩面积和长度；

根据所述爆炸螺栓(70)的冲击能量、所述吸能结构(20)的压缩面积和长度确定第一体积比吸能；

根据所述吸能结构(20)的压缩面积和多个待选择材料中每种材料不同相对密度条件下的允许最大压缩力确定每种材料不同相对密度条件下的允许最大压缩强度；

根据每种材料在不同相对密度条件下的能量吸收曲线图获取应力为允许最大压缩强度时每种材料在不同相对密度条件下对应的第二体积比吸能；

在满足使用要求的材料与材料的相对密度中任选一个，并根据选择材料的相对密度确定所述吸能结构(20)的规格。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述吸能结构(20)的结构形式为泡孔结构或蜂窝结构，在吸能结构(20)的结构形式为泡孔结构的情况下，所述吸能结构(20)的规格为泡孔尺寸和孔隙率，在吸能结构(20)的结构形式为蜂窝结构的情况下，所述吸能结构(20)的规格为芯格边长和泊材厚度。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，根据每种材料在不同相对密度条件下的应力-应变曲线图获取每种材料在不同相对密度条件下的能量吸收曲线图包括：

根据每种材料在不同相对密度条件下吸收的能量、所述吸能结构(20)的压缩面积和长度获取每种材料在不同相对密度条件下的体积比吸能；

4.根据权利要求1-3中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括紧定部件(50)，所述紧定部件(50)用于紧定所述套筒(10)和所述端盖(30)。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括螺母止动片(60)，所述螺母止动片(60)设置于所述分离部件与所述螺母(40)之间。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的装置，其特征在于，所述套筒(10)的内侧壁与所述螺母(40)之间的最小间隙不大于2mm。

7.根据权利要求1-3中任一项所述的装置，其特征在于，所述套筒(10)开口侧的外侧面上设有支耳(11)，所述端盖(30)上设有与所述支耳(11)相匹配的插入槽(31)和定位槽(32)，所述支耳(11)从所述插入槽(31)插入并旋转至所述定位槽(32)定位。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述支耳(11)与所述定位槽(32)的配合间隙不大于0.2mm。

9.根据权利要求1-3中任一项所述的装置，其特征在于，所述吸能结构(20)与所述套筒(10)的内端面粘接。