CN113847851B - 一种适应于大压载荷、小拉载荷解耦的线性分离结构 - Google Patents

一种适应于大压载荷、小拉载荷解耦的线性分离结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种适应于大压载荷、小拉载荷解耦的线性分离结构，框螺接在分离板的内表面上部，保护罩螺接在分离板的内表面下部，保护罩内侧加工有贯通槽，扁平管放置在所述槽中，放置到位后，扁平管与分离板内表面接触，铅皮炸药索和填充物挤塑一体成型，成型后的整体放置在扁平管内，扁平管的两端均安装有起爆接头；分离板上加工有削弱槽，削弱槽位于分离板与扁平管接触区域的中部；保护罩的下端面和框的上端面同时位于分离板的内侧或同时位于分离板的外侧，分离板承受拉伸载荷，保护罩承受压缩载荷。本发明通过结构设计使得分离装置的不同部位承担不同形式的载荷，实现了结构承载效率的提升，同时确保装置的分离可靠性。

Description

一种适应于大压载荷、小拉载荷解耦的线性分离结构
技术领域
本发明属于宇航技术领域，尤其涉及一种适应于大压载荷、小拉载荷解耦的线性分离结构，用于宇航领域中运载火箭级间及火箭和有效载荷间的连接和分离。其中大压载荷、小拉载荷是指压缩载荷(压载荷)大于拉伸载荷(拉载荷)。
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。因此，线式分离装置得到了广泛的应用，膨胀管-凹槽板分离装置是一种典型的清洁线式火工分离装置，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，被广泛应用于级间分离和整流罩横向分离。运载火箭箭体结构在飞行过程中存在压载荷特别大，拉载荷相对较小的情况，若仅靠凹槽板(分离板)承受拉压载荷，会使得凹槽板的厚度过大，所设计结构利用效率不高，且带来分离药量过大等一系列问题。
发明内容
本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种适应于大压载荷、小拉载荷解耦的线性分离结构。
本发明的技术解决方案是：
一种适应于大压载荷、小拉载荷解耦的线性分离结构，包括：铅皮炸药索、填充物、扁平管、分离板、保护罩、框、螺栓和起爆接头；
框通过螺栓螺接在分离板的内表面上部，保护罩通过螺栓螺接在分离板的内表面下部，保护罩内侧加工有贯通槽，扁平管放置在所述槽中，放置到位后，扁平管与分离板内表面接触，且扁平管长度大于槽长度，铅皮炸药索和填充物挤塑一体成型，成型后的整体放置在扁平管内，扁平管的两端均安装有起爆接头；分离板上加工有削弱槽，所述削弱槽位于分离板与扁平管接触区域的中部；
保护罩的下端面和框的上端面同时位于分离板的内侧或同时位于分离板的外侧，分离板承受拉伸载荷，保护罩承受压缩载荷。
扁平管长度至少比分离板长度大于50mm。
框为Z型框或C型框。
保护罩及框通过螺栓与火箭箭体相连。
保护罩通过螺栓与分离后被抛掉的箭体结构相连。
框通过螺栓与分离后继续飞行的箭体结构相连。
Z型框下表面设置挡筋，所述挡筋位于保护罩远离分离板的一侧，限制保护罩的变形，使得线性分离结构在保护罩一侧的刚性较强，而分离板一侧的刚性较弱，则铅皮炸药索工作后能量会更加集中作用于分离板一侧，有效提高分离可靠性。
线性分离结构为环状或平板状。
本发明具有以下优点：
在以往的设计中，分离装置的保护罩仅起到保护内部结构的作用，保护罩厚重(对于一般铝合金保护罩，其单位长度重量至少约为3kg/m)，但不承担载荷。本发明通过结构设计使得分离装置的不同部位承担不同形式的载荷，使得单凹槽板的膨胀管分离装置仅通过分离板承担拉伸载荷，通过厚重的保护罩承担压缩载荷，大大提高了结构的承载效率。通过稍小的拉伸载荷设计分离板的厚度，则不需要过大的分离药量即可实现结构的分离。此外通过框上的挡筋设计实现能量的合理分配，使得能量集中分配于分离板结构。
本发明实现了结构承载效率的提升，同时确保装置的分离可靠性。
附图说明
图1是本发明一种适应于大压载荷、小拉载荷解耦的线性分离结构示意图；
图2为框为Z型框时的侧视图；
图3为框为C型框时的侧视图。
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。
本发明通过对分离装置的结构设计，实现轴拉轴压载荷的解耦设计，使得分离板仅承受相对较小的拉伸载荷，从而使结构利用效率最大化。膨胀管-凹槽板分离装置包括单凹槽板和双凹槽板两种，本发明为一种膨胀管-单凹槽板分离装置。
运载火箭箭体结构在飞行过程中存在压载荷大于拉载荷的情况，因此，需要对分离装置展开新的结构设计，实现轴拉轴压载荷的解耦，使得结构具有较高的承载效率。
本发明针对单凹槽板膨胀管分离装置开展新的设计工作，在以往的设计中，分离装置的保护罩仅起到保护内部结构的作用，保护罩厚重但不承担载荷。本发明中通过结构的设计，使得单凹槽板的膨胀管分离装置仅通过分离板承担拉伸载荷，主要通过厚重的保护罩承担压缩载荷，大大提高了结构的承载效率。通过稍小的轴拉载荷设计分离板的厚度，则不需要过大的分离药量即可实现结构的分离。此外通过结构设计实现能量的合理分配，使得能量集中分配于分离板结构。
本发明的结构详见附图1和附图2。装置主要由铅皮炸药索1，填充物2，扁平管3，分离板4，保护罩5，框6，螺栓7和起爆接头8组成。
框6通过螺栓7螺接在分离板4的内表面上部，保护罩5通过螺栓7螺接在分离板4的内表面下部，保护罩5的下端面和框6的上端面同时位于分离板4的内侧或同时位于分离板4的外侧。
框6为Z型框(如图2所示)或C型框(如图3所示)。
下面以Z型框为例，说明本发明。
保护罩5内侧加工有沿分离板长度或环向方向的贯通槽，扁平管3放置在所述槽中，放置到位后，扁平管3与分离板4内表面接触，且扁平管3长度大于槽长度，铅皮炸药索1和填充物2挤塑一体成型，成型后的整体放置在扁平管3内，扁平管3的两端均安装有起爆接头8；分离板4上加工有削弱槽，所述削弱槽位于分离板与扁平管接触区域的中部。
扁平管3长度至少比分离板4长度大于50mm。
连接及承载功能：火箭箭体通过螺栓与保护罩5及Z型框6相连，分离板4可承受拉伸载荷，保护罩5主要承受压缩载荷。
保护罩5通过螺栓与分离后被抛掉的箭体结构相连，Z型框6通过螺栓与分离后继续飞行的箭体结构相连，这种设计使得分离后剩余的结构质量较轻。
分离板厚度为1-4mm。
线性分离结构为环状或平板状。
Z型框下表面设置挡筋，所述挡筋位于保护罩远离分离板的一侧，限制保护罩的变形，使得线性分离结构在保护罩一侧的刚性较强，而分离板一侧的刚性较弱，则铅皮炸药索工作后能量会更加集中作用于分离板一侧，有效提高分离可靠性。
其中，分离板4的削弱槽都位于分离板与扁平管接触区域的中部，在炸药索1爆炸后，通过填充物2挤压扁平管3，使其向外膨胀变形，撑断分离板4。保护罩5与Z型框6接触但不连接，界面处仅传递压缩载荷。分离板4通过螺栓7分别与Z型框和保护罩连接。起爆接头8安装在扁平管3的两端(图1中将一端的起爆接头隐藏，以看清内部结构)。本发明分离结构主要起着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。
解锁功能：解锁时，安装在起爆接头8上的起爆器点燃位于扁平管3内的铅皮炸药索1，产生爆轰，扁平管在内部爆轰作用下向外膨胀，作用于分离板4上，使得分离板在其端部的削弱槽处断裂，保护罩5保护内部结构不受分离的影响，装置完成分离。
分离板4上设置有螺栓孔的区域加厚0-1mm，防止在拉伸载荷作用下，分离板沿螺栓孔撕裂。
框6为C型框时的设计与上述相同。
整个结构的设计以将轴压及轴拉载荷解耦，提高承载效率为理念。相对于传统的膨胀管-单凹槽板分离结构，该设计中保护罩除起到保护内部结构的作用外，可同时承受压缩载荷，分离板仅承受较小的拉伸载荷，因此，分离板不需设计的很厚，通过较小的药量即可实现结构的分离，保证了结构的分离可靠性。
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 (7)

1.一种适应于大压载荷、小拉载荷解耦的线性分离结构，其特征在于，包括：铅皮炸药索（1）、填充物（2）、扁平管（3）、分离板（4）、保护罩（5）、框（6）、螺栓（7）和起爆接头（8）；
框（6）通过螺栓（7）螺接在分离板（4）的内表面上部，保护罩（5）通过螺栓（7）螺接在分离板（4）的内表面下部，保护罩（5）内侧加工有贯通槽，扁平管（3）放置在所述槽中，放置到位后，扁平管（3）与分离板（4）内表面接触，且扁平管（3）长度大于槽长度，铅皮炸药索（1）和填充物（2）挤塑一体成型，成型后的整体放置在扁平管（3）内，扁平管（3）的两端均安装有起爆接头（8）；分离板（4）上加工有削弱槽，所述削弱槽位于分离板与扁平管接触区域的中部；
保护罩（5）的下端面和框（6）的上端面同时位于分离板（4）的内侧或同时位于分离板（4）的外侧，保护罩（5）及框（6）分别通过螺栓与火箭箭体相连，分离板（4）承受拉伸载荷，保护罩（5）承受压缩载荷。
2.根据权利要求1所述的一种适应于大压载荷、小拉载荷解耦的线性分离结构，其特征在于，扁平管（3）长度比分离板（4）长度大50mm。
3.根据权利要求1所述的一种适应于大压载荷、小拉载荷解耦的线性分离结构，其特征在于，框（6）为Z型框或C型框。
4.根据权利要求1所述的一种适应于大压载荷、小拉载荷解耦的线性分离结构，其特征在于，保护罩（5）通过螺栓与分离后被抛掉的箭体结构相连。
5.根据权利要求1所述的一种适应于大压载荷、小拉载荷解耦的线性分离结构，其特征在于，框（6）通过螺栓与分离后继续飞行的箭体结构相连。
6.根据权利要求3所述的一种适应于大压载荷、小拉载荷解耦的线性分离结构，其特征在于，Z型框下表面设置挡筋，所述挡筋位于保护罩远离分离板的一侧，限制保护罩的变形，使得线性分离结构在保护罩一侧的刚性强，而分离板一侧的刚性弱，则铅皮炸药索工作后能量会更加集中作用于分离板一侧，有效提高分离可靠性。
7.根据权利要求1所述的一种适应于大压载荷、小拉载荷解耦的线性分离结构，其特征在于，线性分离结构为环状或平板状。
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