CN113883972A - 一种适用于小弹径飞行器的级间分离装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种适用于小弹径飞行器的级间分离装置，由连接解锁装置和分离冲量装置共同构成，可广泛应用于多级火箭弹、多级靶弹等小弹径飞行器。飞行器飞行时由所述级间分离装置实现助推级与上面级的连接与分离。连接解锁装置主要包括上面级连接舱、下面级连接舱、解锁顶盘、钢珠、爆炸螺栓、球垫、锁紧螺母；分离冲量装置主要为柱形弹簧。飞行器全箭飞行时，上面级连接舱与上面级进行紧固连接，下面级连接舱与助推级紧固连接。解锁顶盘径向支撑6颗钢珠在上面级连接锁紧孔和下面级连接舱的V型槽里，实现级间轴向限位；下面级连接舱径向限位槽插入上面级连接舱上的剪切销，实现级间径向限位。飞行器在助推级完成助推飞行后，爆炸螺栓起爆分离，解锁顶盘在柱形弹簧作用下向前运动，钢珠径向支撑解除，掉入解锁顶盘凹槽内，飞行器完成级间解锁；柱形弹簧推动解锁顶盘带动上面级连接舱继续运动，直至上面级连接舱与下面级连接舱完成分离，飞行器完成级间可靠分离。
Description
技术领域
一种适用于小弹径飞行器的级间分离装置，由连接解锁装置和分离冲量装置共同构成，应用于多级火箭弹、多级靶弹等小弹径飞行器，属于飞行器连接分离领域。
背景技术
飞行器的级间分离方式主要为热分离和冷分离两种。热分离是指上面级发动机在分离前启动，连接分离装置解锁，上面级依靠其发动机推力加速，同时其燃气流作用于下面级，燃气流的压力和气动阻力使下面级减速，实现两级分离。冷分离是在下面级推力已基本消失、上面级发动机尚未启动时，连接装置解锁，依靠分离冲量装置使两级分离。热分离的分离速度块、分离时间短、冲击大，级间段结构需要承受高温高压燃气的作用，还需要考虑发动机点火后燃气的排放，直至级间的机械连接解锁切断。冷分离方式的分离冲击载荷较小，级间段较短，但需要的分离冲量较大，分离时间较长。级间分离装置解锁方式主要有点式连接解锁和线式连接解锁两类。常见的解锁装置有爆炸螺栓、切割索、分离螺母等。分离冲量装置主要有弹簧组件、作动筒、分离火箭、冷气喷流装置等。
发明内容
本发明提供了一种适用于小弹径飞行器的级间分离装置，装置主要包括上面级连接舱、下面级连接舱、连接解锁装置和分离冲量装置共同构成。装置具有强连接、弱解锁的特点，通过锁紧机构实现飞行器下面级与上面级的可靠连接，分离时由分离装置和上面级发动机燃气压力的分离机构共同提供分离冲量，实现飞行器的级间可靠分离。
本发明的技术方案如下：
所述一种适用于小弹径飞行器的级间分离装置的上面级连接舱、下面级连接舱为飞行器级间连接接口。上面级连接舱通过径向螺钉与飞行器上面级连接，下面级连接舱通过径向螺钉与下面级连接。飞行器实现级间连接安装。
所述连接解锁装置安装并作用在级间舱内，结构包括解锁顶盘、钢珠、爆炸螺栓、球垫、锁紧螺母等。装置连接时，钢珠被解锁顶盘径向支撑，钢珠被限制在上面级连接舱的锁紧孔和下面级连接舱的V型槽内，所述级间分离装置形成轴向连接锁紧状态。此时的解锁顶盘通过爆炸螺栓锁紧限位，另一端连接在下面级连接舱内的安装托板上，不能自由移动。通过爆炸螺栓对解锁顶盘的限位间接实现级间舱的高强度连接锁紧。
所述级间分离装置的上面级连接舱侧壁有剪切销安装孔，装置连接锁紧状态时，上面级剪切销安装孔内插入剪切销，下面级连接舱前端的周向限位槽与上面级的剪切销共同配合作用，形成级间连接舱的周向限位，防止级间连接舱发生相对转动。
所述连接解锁装置解锁时，装置内爆炸螺栓起爆，螺栓杆与爆炸螺栓本体分离，解锁顶盘解除限位，在分离冲量装置作用下向前移动，分布在连接舱内的钢珠划过解锁顶盘的限位面进入解锁凹槽，钢珠径向支撑被解除，钢珠对下面级连接舱的轴向约束解除，级间舱实现解锁。
所述分离冲量装置主要为柱形弹簧，柱形弹簧为圆柱筒式结构，侧壁周向和轴向有规则阵列贯通切口，上、下端面分布有安装螺钉孔。柱形弹簧一侧连接在解锁顶盘上，一侧连接在安装托板上。爆炸螺栓穿过解锁顶盘和安装托板进行螺母锁紧，爆炸螺栓的连接力大于柱形弹簧的弹簧力，对柱形弹簧预压缩，储备足够弹性势能，同时对解锁顶盘进行限位，防止解锁顶盘受运动、冲击、加速度等外界影响误解锁。爆炸螺栓起爆分离后，柱形弹簧弹性势能转变为动能，推动解锁顶盘向前运动进行装置的解锁和分离。
所述装置解锁后，柱形弹簧为上面级和下面级提供分离冲量，柱形弹簧推动解锁顶盘带动上面级连接舱继续运动，直至上面级连接舱与下面级连接舱完成分离。上面级发动机起动，燃气压力作用于解锁顶盘前端面，辅助上面级与下面级完成级间分离，使级间分离更可靠更快速。
本发明的优点效果如下：
本发明设计一种适用于小弹径飞行器的的级间分离装置。该装置可通过更改连接舱接口尺寸实现系列化发展，该装置具有强连接弱解锁的特点，在保证足够连接力的同时保证连接刚度，解锁时冲击小，自身机械分离的同时，上面级发动机燃气压力辅助级间快速分离，兼顾冷分离的冲击小，热分离速度快的特点，接口通用化，可系列化发展。
附图说明
图1为本发明一种适用于小弹径飞行器的级间分离装置结构示意图。
图2为本发明所述装置锁紧状态内部结构图。
图3为本发明所述装置解锁分离过程示意图。
图4为本发明所述装置完全分离状态示意图。
图5为所述解锁顶盘结构示意图。
图6为所述下面级连接舱结构示意图。
图7为所述柱形弹簧结构示意图。
图中，1、上面级连接舱，2、下面级连接舱，3、安装托板，4、柱形弹簧，5、爆炸螺栓，6、解锁顶盘，7、球垫，8、锁紧螺母，9、缓冲垫，10、堵盖，11、钢珠，12、剪切销，13、周向限位槽，14、下面级连接钉孔，15、上面级连接钉孔。
具体实施方式
实施例
如图1所示，一种适用于小弹径飞行器的级间分离装置，装置主要通过1、上面级连接舱与飞行器上面级通过径向螺钉孔紧固连接，2、下面级连接舱与飞行器下面级通过径向螺钉孔紧固连接，实现飞行器级间连接。
所述一种适用于小弹径飞行器的级间分离装置锁紧连接，如图2所示。1、上面级连接舱与2、下面级连接舱相互嵌套。4、柱形弹簧一侧连接在6、解锁顶盘上，一侧连接在3、安装托板上。5、爆炸螺栓穿过6、解锁顶盘和3、安装托板，与7、球垫、8、锁紧螺母进行锁紧。5、爆炸螺栓的连接力大于4、柱形弹簧的弹力，对4、柱形弹簧预压缩，储备足够弹性势能，同时对6、解锁顶盘进行限位，防止6、解锁顶盘受运动、冲击、加速度等外界影响误解锁。11、钢珠被6、解锁顶盘径向支撑，11、钢珠被限制在1、上面级连接舱的锁紧孔和2、下面级连接舱的V型槽内，所述级间分离装置形成轴向连接锁紧状态。此时的6、解锁顶盘通过5、爆炸螺栓、7、球垫、8、锁紧螺母锁紧限位，另一端连接在2、下面级连接舱内的3、安装托板上，不能自由移动。通过5、爆炸螺栓对6、解锁顶盘的限位间接实现1、上面级连接舱和2、下面级连接舱的高强度连接锁紧。
所述6、解锁顶盘为轴对称结构，如图5所示。前端面为内凹结构，外侧光滑圆柱筒壁为11、钢珠径向限位的支撑面，外壁有轴对称凹槽，用于11、解除钢珠径向限位。结构内部有5、爆炸螺栓安装孔和7、球垫安装槽，图5中右侧内部平面是6、解锁顶盘与4、柱形弹簧安装面。右端面是4、柱形弹簧预压缩后，6、解锁顶盘与3、安装托板刚性接触，限制柱形弹簧压缩量。图5中右侧凸起平板为6、解锁顶盘运动时带动1、上级连接舱运动的接触面。
如图7所示，所述4、柱形弹簧为圆柱筒式结构，侧壁周向和轴向有规则阵列贯通切口，上、下端面分布有安装螺钉孔。所述连接分离装置连接锁紧时，4、柱形弹簧预压缩，储备弹性势能，所述装置解锁分离时，4、柱形弹簧弹性势能转变为动能，为装置提供解锁力和分离冲量，实现飞行器的级间解锁分离。
所述分离装置连接锁紧时，6、解锁顶盘在5、爆炸螺栓锁紧限位后，在6、解锁顶盘的安装槽内增加9、缓冲垫并安装10、堵盖，如图2所示。9、缓冲垫对5、爆炸螺栓解锁分离起到缓冲作用，减少对上面级的冲击。10、堵盖防止5、爆炸螺栓解锁后的螺栓杆和7、球垫、8、锁紧螺母飞出对1、上面级连接舱造成影响。
所述分离装置解锁时，装置内5、爆炸螺栓起爆，螺栓杆与5、爆炸螺栓本体分离，4、柱形弹簧弹性势能转变为动能，6、解锁顶盘解除限位，在4、柱形弹簧弹力作用下向前移动，分布在装置内的11、钢珠划过6、解锁顶盘的限位面进入解锁凹槽，11、钢珠径向支撑被解除，11、钢珠对2、下面级连接舱的轴向约束解除，级间舱实现解锁。
如图3所示，所述装置解锁后，4、柱形弹簧为上面级和下面级提供分离冲量，4、柱形弹簧推动6、解锁顶盘带动1、上面级连接舱继续运动，直至1、上面级连接舱与2、下面级连接舱完成分离。上面级发动机起动，燃气压力作用于6、解锁顶盘前端面，辅助上面级与下面级完成级间分离如图4，使级间分离更可靠更快速。
Claims (6)
1.所述一种适用于小弹径飞行器的级间分离装置主要包括上面级连接舱、下面级连接舱、连接解锁装置和分离冲量装置共同构成。
2.所述连接解锁装置主要包括上面级连接舱、下面级连接舱、解锁顶盘、钢珠、爆炸螺栓、球垫、锁紧螺母；上面级连接舱与飞行器上面级连接，下面级连接舱与助推级连接。以上结构件不同尺寸、相近结构形式均属于权利要求范围内。
3.所述离冲量装置主要包括安装托板和柱形弹簧，柱形弹簧一侧连接在解锁顶盘上，一侧连接在安装托板上，爆炸螺栓穿过解锁顶盘和安装托板进行螺母锁紧，对柱形弹簧预压蓄能。
4.所述柱形弹簧为圆柱筒式结构，侧壁周向和轴向阵列有径向切口，上下端面分布有安装螺钉孔，不同数量及不同尺寸切口以及不同材料的柱形弹簧均属于权利要求范围。
5.所述级间分离装置连接锁紧时，解锁顶盘径向支撑6颗钢珠在上面级连接锁紧孔和下面级连接舱的V型槽里，实现级间轴向限位；下面级连接舱径向限位槽插入上面级连接舱上的剪切销，防止级间相对转动。
6.所述级间分离装置解锁分离时，装置内爆炸螺栓起爆，螺栓杆与爆炸螺栓本体分离，解锁顶盘在柱形弹簧作用下向前运动，钢珠径向支撑解除，掉入解锁顶盘凹槽内，飞行器完成级间解锁；柱形弹簧推动解锁顶盘带动上面级连接舱继续运动，直至上面级连接舱与下面级连接舱完成分离。
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