CN113638822A - 一种固体火箭发动机后裙连接机械臂式级间分离试验装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种固体火箭发动机后裙连接机械臂式级间分离试验装置和方法，分离试验装置包括前抱环组件、后抱环组件和连接杆；前抱环组件与后抱环组件均分别包括上抱环、下抱环、机械臂以及滚轮组件，后抱环组件外端还固定有后连接板；后连接板上开有若干沿周向均布的连接孔，用于连接子级发动机的后裙；上抱环外表面的周向两侧设置有各自与机械臂连接的接口结构；接口结构能够与机械臂一端的弧板结构配合，使机械臂能够通过弧板结构沿上抱环外表面周向移动并在移动到位后固定。该分离试验装置便捷性在于所有组装过程均在地面，组装完毕后再吊起，不用在高空进行组装；所有的调整全部集中在机械臂上，调试方便，提高安全性的同时提高了工作效率。

Description

一种固体火箭发动机后裙连接机械臂式级间分离试验装置及 方法

技术领域

本发明涉及一种固体火箭发动机机后裙连接机械臂式试验装置，属于固体火箭发动机级间分离试验技术领域。

背景技术

目前固体火箭发动机级间分离试验装置采用的是夹紧式结构，即采用多组小弧板结构挤压子级发动机，从而起到抱箍的作用，以确保子级发动机和试验装置能够一起分离出去。

但随着固体火箭发动机性能的提升，子级发动机的体积和重量有了较大提升，而且子级分离速度也有提高，采用传统方式应用在这种新的级间分离试验时，会存在摩擦力不够大，子级发动机脱离分离工装直接飞出的风险。而且这种传统的夹紧式结构，质量全支撑在下弧座上的小弧板上，会导致下弧座发生变形，使得安装难度增大。如图12所示。

另外，由于在进行分离试验前，还需要将子级发动机与前部的参试级间段连接，原先的上下弧座式级间分离试验装置是在上弧座上延长出一块筋板形成基座，再连接滚轮组件形成直线运动副，但这样的结构只能调节分离试验装置与子级发动机整体的中心高，而不能解决参试级间段和子级发动机的周向错位问题，当需要调节参试级间段和子级发动机之间的周向孔位对准时，必须借用其他工件，而且在分离试验装置内调整子级发动机转动非常困难，费时费力。

发明内容

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种固体火箭发动机后裙连接机械臂式级间分离试验装置及方法，尤其适用于子级分离速度较大的分离试验，以满足子级重量大，速度高，试验周期短的试验需求。

该装置采用机械臂结构，机械臂结构可在上弧座周向一定范围内自由滑动，可以在对接前将机械臂抬起，并整体调整分离试验装置与子级发动机的组合体周向位置，然后根据实际位置，将机械臂调整至水平状态，再落轮调整中心高，完成子级发动机与级间段的对接。

本发明的技术方案为：

所述一种固体火箭发动机后裙连接机械臂式级间分离试验装置，包括前抱环组件、后抱环组件和连接杆；

前抱环组件与后抱环组件均分别包括上抱环、下抱环、机械臂以及滚轮组件，后抱环组件外端还固定有后连接板；

所述后连接板上开有若干沿周向均布的连接孔，用于连接子级发动机的后裙；

所述上抱环和所述下抱环能够组合连接将子级发动机抱紧，且上抱环和下抱环内表面布置有弹性元件用于与子级发动机接触；

所述上抱环外表面的周向两侧设置有各自与机械臂连接的接口结构；所述接口结构能够与机械臂一端的弧板结构配合，使机械臂能够通过弧板结构沿上抱环外表面周向移动并在移动到位后固定；

上抱环一侧的所述机械臂由弧板、梁和滚轮组件组成，弧板和滚轮组件固定在梁两端；弧板内侧面能够与上抱环外表面贴合，并与上抱环外表面的接口结构配合；

所述滚轮组件由上部的高度调节结构和下部的滚轮组成；

多根所述连接杆沿轴向连接前抱环组件和后抱环组件，从而将前后抱环组件连为整体。

进一步的，所述后连接板上的连接孔为长条连接孔，连接孔长度方向垂直于上抱环与下抱环的连接面，保证上下抱环压紧后仍能与子级发动机后裙连接。

进一步的，所述弹性元件为毛毡。

进一步的，所述接口结构包括处于上抱环宽度方向中间位置的滑块和位于滑块两侧连接孔，所述滑块为沿周向布置在上抱环外表面的长条形结构，而滑块两侧的多个连接孔的开孔方向均指向上抱环的圆心。

进一步的，在弧板内侧面宽度方向的中间位置设置有沿周向的滑槽，并在滑槽两侧布置有多个沿周向的长条孔；通过上抱环外表面滑块与弧板内侧面滑槽配合，防止上抱环与弧板出现轴向的错移，且滑槽长度大于滑块长度；滑槽两侧布置的长条孔与上抱环外表面滑块两侧连接孔对应配合，通过滑块滑槽实现上抱环和机械臂弧板的相对移动，并通过紧固螺栓完成在需要位置的固定；机械臂的相对位置可以通过松开紧固螺栓，调整长条孔与连接孔相对位置实现。

进一步的，机械臂能完成周向±6.5°的调整。

进一步的，所述滚轮组件中，上部的高度调节结构采用螺杆滑块结构，高度调节结构的壳体表面具有径向的顶针，而在壳体内部的滑块侧面具有高度方向的键槽，键槽与顶针配合，实现对滑块转动自由度的限制；而滑块中心具有轴向螺纹孔，壳体中心安装有螺杆，螺杆与滑块中心轴向螺纹孔配合，通过转动螺杆实现滑块的轴向移动；滑块下端连接滚轮，实现滚轮高度的调节，从而能够与导轨配合完成分离试验。

进一步的，采用三根连接杆沿周向均布的方式连接前抱环组件和后抱环组件，其中一根布置在上抱环顶部中心位置，另外两根布置在下抱环两侧；布置在下抱环两侧的连接杆还作为配重弧板的安装连接件，配重弧板的安装位置与分离试验装置的重心位置在同一纵向平面内，根据需要，调整配重弧板数量来调整整个分离试验装置的质量。

利用所述分离试验装置进行级间分离试验的方法，包括以下步骤：

步骤1：将分离试验装置的下抱环落在地面上，限制下抱环，使其不发生转动，并吊装将子级发动机落入下抱环中；

步骤2：将上抱环和下抱环通过弹性元件将子级发动机抱紧，组成试验装置组合体，通过后连接板，将子级发动机和分离试验装置连成一个整体；

步骤3：吊装子级发动机与分离试验装置的组合体，使其与级间段相连：

松开弧板上的连接螺栓，调整至架起状态；吊装组合体，对组合体整体进行周向调整，完成子级发动机与级间段的对接，再调整机械臂至水平状态，固定弧板；

步骤4：调整滚轮组件，将滚轮落至高架导轨上；

步骤5：完成级间分离试验。

有益效果

本发明提出了一种固体火箭发动机后裙连接机械臂式级间分离试验装置和方法，分离试验装置便捷性在于所有组装过程均在地面，组装完毕后再吊起，不用在高空进行组装；其次所有的调整全部集中在机械臂上，调试方便，大大减少工艺时间；再次由于后连接板的存在，确保了发动机工装组合体的一起分离；最后减少了总的工艺流程，减少了高空作业，提高安全性的同时提高了工作效率。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1：级间分离试验装置结构示意图；

图2：图1的侧视图；

图3：后连接板结构示意图；

其中：1、上抱环；2、机械臂；3、滚轮组件；4、弹性元件；5、下抱环；6、连接杆；7、后连接板；8、配重弧板；

图4：机械臂和滚轮组件组合结构示意图；

图5：图4的局部剖视图；

图6：机械臂组装示意图；

其中：10、机械臂下弧板；11、上抱环弧板；12、毛毡；

图7：上抱环示意图；

图8：图7的侧视图；

图9：机械臂下弧板示意图；

图10：图9的侧视图；

图11：试验装置完成周向调整示意图；

图12：原分离装置安装分离发动机变形示意图；(a)变形前，(b)变形后。

具体实施方式

本发明主要针对子级重量大，速度高的固体火箭发动机级间分离试验需求，提出了一种固体火箭发动机后裙连接机械臂式级间分离试验装置和方法。

通过后裙连接子级发动机，避免出现子级发动机分离速度较大，摩擦力不够导致发动机脱离分离工装直接飞出的问题；通过近乎全尺寸包络的方式，解决发动机质量过大导致试验工装变形的问题；通过机械臂的方式，解决试验工装与子级组合体和级间段周向对接问题；通过螺纹螺套的方式，完成试验装置轴线方向上的调整；采用框架式结构，大量使用型钢，保证使用强度的同时，减少分离工装的质量。

本发明的后裙连接机械臂式级间分离试验装置结构如图1和图2所示，包括前抱环组件、后抱环组件和连接杆。

前抱环组件与后抱环组件的主体结构相同，均包括上抱环、下抱环、机械臂以及滚轮组件，区别在于，后抱环组件外端焊接固定有后连接板形成一个整体，如图3所示，所述后连接板上开有若干沿周向均布的连接孔，用于连接子级发动机的后裙，避免出现分离试验过程中，因子级发动机分离速度较大，摩擦力不够而导致子级发动机脱离分离试验装置直接飞出的问题。进一步的，所述连接孔为长条连接孔，连接孔长度方向垂直于上抱环与下抱环的连接面，保证上下抱环压紧后仍能与子级发动机后裙连接。

所述上抱环和所述下抱环能够组合连接将子级发动机抱紧，且上抱环和下抱环内表面布置有弹性元件，如毛毡，既避免上抱环和下抱环抱紧后对子级发动机表面造成损伤，又能提高摩擦力。通过上抱环和下抱环近乎全尺寸包络的方式，可以先在地面完成子级发动机与分离试验装置的对接，组成整体后再吊装至分离平面，避免了因为子级发动机过重导致的试验工装局部变形而产生的安装困难问题，同时整体安装、起吊、调整减少了工作步骤，降低了工作难度，提高了工作效率。

如图6、图7所示，在上抱环外表面的周向两侧设置有各自与机械臂连接的接口结构；所述接口结构能够与机械臂一端的弧板结构配合，使机械臂能够通过弧板结构沿上抱环外表面周向移动并在移动到位后固定。如图8所示，所述接口结构包括处于上抱环宽度方向中间位置的滑块和位于滑块两侧连接孔，所述滑块为沿周向布置在上抱环外表面的长条形结构，而滑块两侧的多个连接孔的开孔方向均指向上抱环的圆心。

机械臂主要解决分离试验装置以及子级发动机形成的组合体与级间段进行周向对接的问题，机械臂可以在上抱环周向移动后锁死，确保试验有足够的安全性。如图4所示，上抱环一侧的机械臂由弧板、梁和滚轮组件组成，弧板和滚轮组件焊接固定在梁两端。

如图6所示，弧板内侧面能够与上抱环外表面贴合。所述弧板如图9和图10所示，在弧板内侧面宽度方向的中间位置设置有沿周向的滑槽，并在滑槽两侧布置有多个沿周向的长条孔。

通过上抱环外表面滑块与弧板内侧面滑槽配合，防止上抱环与弧板出现轴向的错移，且滑槽长度大于滑块长度；滑槽两侧布置的长条孔与上抱环外表面滑块两侧连接孔对应配合，通过滑块滑槽实现上抱环和机械臂弧板的相对移动，并通过紧固螺栓完成在需要位置的固定。机械臂的相对位置可以通过松开紧固螺栓，调整长条孔与连接孔相对位置实现。

本实施例中，机械臂能完成周向±6.5°的调整，而实际对中过程中，子级发动机与级间段的相对偏差一般在3°以内，因此完全能够满足试验要求。

滚轮组件是分离试验装置的运动组件。如图4和图5所示，所述滚轮组件由上部的高度调节结构和下部的滚轮组成，上部的高度调节结构采用螺杆滑块结构，高度调节结构的壳体表面具有径向的顶针，而在壳体内部的滑块侧面具有高度方向的键槽，键槽与顶针配合，实现对滑块转动自由度的限制；而滑块中心具有轴向螺纹孔，壳体中心安装有螺杆，螺杆与滑块中心轴向螺纹孔配合，通过转动螺杆实现滑块的轴向移动。滑块下端连接滚轮，实现滚轮高度的调节，从而能够与导轨配合完成分离试验。

如图2所示，多根所述连接杆沿轴向连接前抱环组件和后抱环组件，从而将前后抱环组件连为整体。本实施例中，采用三根连接杆沿周向均布的方式连接前抱环组件和后抱环组件，其中一根布置在上抱环顶部中心位置，另外两根布置在下抱环两侧。布置在下抱环两侧的连接杆还作为配重弧板的安装连接件，配重弧板的安装位置与分离试验装置的重心位置在同一纵向平面内，根据需要，调整配重弧板数量来调整整个分离试验装置的质量。

本分离试验装置较以往试验装置区别很大，除了增加后连接板确保发动机分离过程中始终带着分离试验装置，还通过设置调节机械臂的方式，将级间分离过程中的所有调整集中在了上半部分，即上抱环、机械臂和滚轮组件的组合体上，从而调整环节减少，实现了工作效率的提高。且对接时，本分离试验装置可以通过调整组合体，实现分离发动机和级间段的对接；旧装置只能通过先调整发动机，再组装分离装置，工序繁复。

本发明的具体实施过程为：

步骤1：将分离试验装置的下抱环落在地面上，通过两块枕木，限制下抱环，使其不发生转动，并吊装将子级发动机落入下抱环中；

步骤2：将上抱环和下抱环通过毛毡将子级发动机抱紧，组成试验装置组合体，通过后连接板，将子级发动机和试验装置连成一个整体；

步骤3：吊装子级发动机与试验装置的组合体，使其与级间段相连。其主要过程如图11所示，先将机械臂从图11左边状态所示，通过松开弧板上的连接螺栓，调整至架起状态，如图11中间状态所示，吊装组合体，对组合体整体进行周向调整，完成子级发动机与级间段的对接，再调整机械臂至水平状态，如图4右边状态所示；

步骤4：调整滚轮组件，将滚轮落至高架导轨上；

步骤5：完成级间分离试验。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种固体火箭发动机后裙连接机械臂式级间分离试验装置，其特征在于：包括前抱环组件、后抱环组件和连接杆；

前抱环组件与后抱环组件均分别包括上抱环、下抱环、机械臂以及滚轮组件，后抱环组件外端还固定有后连接板；

所述后连接板上开有若干沿周向均布的连接孔，用于连接子级发动机的后裙；

所述上抱环和所述下抱环能够组合连接将子级发动机抱紧，且上抱环和下抱环内表面布置有弹性元件用于与子级发动机接触；

所述上抱环外表面的周向两侧设置有各自与机械臂连接的接口结构；所述接口结构能够与机械臂一端的弧板结构配合，使机械臂能够通过弧板结构沿上抱环外表面周向移动并在移动到位后固定；

上抱环一侧的所述机械臂由弧板、梁和滚轮组件组成，弧板和滚轮组件固定在梁两端；弧板内侧面能够与上抱环外表面贴合，并与上抱环外表面的接口结构配合；

所述滚轮组件由上部的高度调节结构和下部的滚轮组成；

多根所述连接杆沿轴向连接前抱环组件和后抱环组件，从而将前后抱环组件连为整体。

2.根据权利要求1所述一种固体火箭发动机后裙连接机械臂式级间分离试验装置，其特征在于：所述后连接板上的连接孔为长条连接孔，连接孔长度方向垂直于上抱环与下抱环的连接面，保证上下抱环压紧后仍能与子级发动机后裙连接。

3.根据权利要求1所述一种固体火箭发动机后裙连接机械臂式级间分离试验装置，其特征在于：所述弹性元件为毛毡。

4.根据权利要求1所述一种固体火箭发动机后裙连接机械臂式级间分离试验装置，其特征在于：所述接口结构包括处于上抱环宽度方向中间位置的滑块和位于滑块两侧连接孔，所述滑块为沿周向布置在上抱环外表面的长条形结构，而滑块两侧的多个连接孔的开孔方向均指向上抱环的圆心。

5.根据权利要求4所述一种固体火箭发动机后裙连接机械臂式级间分离试验装置，其特征在于：在弧板内侧面宽度方向的中间位置设置有沿周向的滑槽，并在滑槽两侧布置有多个沿周向的长条孔；通过上抱环外表面滑块与弧板内侧面滑槽配合，防止上抱环与弧板出现轴向的错移，且滑槽长度大于滑块长度；滑槽两侧布置的长条孔与上抱环外表面滑块两侧连接孔对应配合，通过滑块滑槽实现上抱环和机械臂弧板的相对移动，并通过紧固螺栓完成在需要位置的固定；机械臂的相对位置可以通过松开紧固螺栓，调整长条孔与连接孔相对位置实现。

6.根据权利要求1或4所述一种固体火箭发动机后裙连接机械臂式级间分离试验装置，其特征在于：机械臂能完成周向±6.5°的调整。

7.根据权利要求1所述一种固体火箭发动机后裙连接机械臂式级间分离试验装置，其特征在于：所述滚轮组件中，上部的高度调节结构采用螺杆滑块结构，高度调节结构的壳体表面具有径向的顶针，而在壳体内部的滑块侧面具有高度方向的键槽，键槽与顶针配合，实现对滑块转动自由度的限制；而滑块中心具有轴向螺纹孔，壳体中心安装有螺杆，螺杆与滑块中心轴向螺纹孔配合，通过转动螺杆实现滑块的轴向移动；滑块下端连接滚轮，实现滚轮高度的调节，从而能够与导轨配合完成分离试验。

8.根据权利要求1所述一种固体火箭发动机后裙连接机械臂式级间分离试验装置，其特征在于：采用三根连接杆沿周向均布的方式连接前抱环组件和后抱环组件，其中一根布置在上抱环顶部中心位置，另外两根布置在下抱环两侧；布置在下抱环两侧的连接杆还作为配重弧板的安装连接件，配重弧板的安装位置与分离试验装置的重心位置在同一纵向平面内，根据需要，调整配重弧板数量来调整整个分离试验装置的质量。

9.利用权利要求1所述分离试验装置进行级间分离试验的方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：将分离试验装置的下抱环落在地面上，限制下抱环，使其不发生转动，并吊装将子级发动机落入下抱环中；

步骤2：将上抱环和下抱环通过弹性元件将子级发动机抱紧，组成试验装置组合体，通过后连接板，将子级发动机和分离试验装置连成一个整体；

步骤3：吊装子级发动机与分离试验装置的组合体，使其与级间段相连：

松开弧板上的连接螺栓，调整至架起状态；吊装组合体，对组合体整体进行周向调整，完成子级发动机与级间段的对接，再调整机械臂至水平状态，固定弧板；

步骤4：调整滚轮组件，将滚轮落至高架导轨上；

步骤5：完成级间分离试验。

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