CN114476144B - 一种低冲爆炸螺栓解锁的星箭分离装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及火箭发射领域，尤其涉及一种低冲爆炸螺栓解锁的星箭分离装置，包括：卫星接口平台、星分配器接口平台、爆炸螺栓捕获舱盖、锁紧螺母、止动弹簧、爆炸螺栓、分离弹簧和行程开关。本申请所提供的低冲爆炸螺栓解锁的星箭分离装置，可以改善火工品爆炸时的冲击环境，避免了影响分离后的航天器。

Description

一种低冲爆炸螺栓解锁的星箭分离装置

技术领域

本申请涉及火箭发射领域，尤其涉及一种低冲爆炸螺栓解锁的星箭分离装置。

背景技术

航天器分离释放是航天任务成败的一个关键环节，通常分离释放驱动方式有：火工品爆炸驱动、记忆合金驱动、电热熔断驱动、聚合物驱动、电机驱动等。

由于火工品爆炸驱动的承载能力较大、分离性能相对比较稳定，因此目前，火工品爆炸驱动被广泛地应用在航天器的分离释放。火工品爆炸驱动就是利用火工品爆炸产生的高温、高压，使航天器的连接结构熔断或被炸断，以达到分离目的。

但是，由于火工品爆炸时会产生巨大的冲击(例如：3000～20000g)，从而改变了航天器中安装火工品的位置处的环境，进而影响了分离后的航天器，甚至导致分离后航天器偏离轨道。

因此，如何改善火工品爆炸时的冲击环境，避免影响分离后的航天器，是目前本领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

本申请提供了一种低冲爆炸螺栓解锁的星箭分离装置，以改善火工品爆炸时的冲击环境，避免影响分离后的航天器。

为解决上述技术问题，本申请提供如下技术方案：

一种低冲爆炸螺栓解锁的星箭分离装置，包括：卫星接口平台、星分配器接口平台、爆炸螺栓捕获舱盖、锁紧螺母、止动弹簧、爆炸螺栓、分离弹簧和行程开关；其中，卫星接口平台的上端用于与卫星端对接；卫星接口平台的下端与星分配器接口平台的上端接触配合；星分配器接口平台的下端用于与星分配器对接；卫星接口平台具有贯通上下两端的捕获舱，星分配器接口平台具有贯通上下两端的连接通道，爆炸螺栓的螺栓杆由下至上穿过连接通道，并由捕获舱的下端开口插入捕获舱内，爆炸螺栓的螺栓火工体则位于星分配器接口平台的下端；止动弹簧压入捕获舱内，锁紧螺母拧至爆炸螺栓的螺栓杆上，爆炸螺栓捕获舱盖拧入捕获舱的上端开口处，以与捕获舱的上端固定连接；星分配器接口平台上开设有贯通上下的分离弹簧接口，以与分离弹簧的下端固定，分离弹簧的上端用于与卫星端接触，以对卫星端施加推力。

如上所述的低冲爆炸螺栓解锁的星箭分离装置，其中，优选的是，卫星连接平台的下端向内延伸有配合翼，并且配合翼延伸至爆炸螺栓的螺栓杆的外壁；星分配器接口平台的上端具有向上凸的圆柱状凸台，并且圆柱状凸台的上表面与卫星接口平台配合翼接触配合。

如上所述的低冲爆炸螺栓解锁的星箭分离装置，其中，优选的是，配合翼的下表面靠近爆炸螺栓的部分低于远离爆炸螺栓的部分，并且靠近爆炸螺栓的部分与远离爆炸螺栓的部分之间通过由上至向由内向外倾斜的卫星接口平台分离面连接；圆柱状凸台的上表面靠近爆炸螺栓的部分高于远离爆炸螺栓的部分，并且靠近爆炸螺栓的部分与远离爆炸螺栓的部分之间通过由上至下由内到外倾斜的星分配器接口平台分离面连接；并且卫星接口平台分离面与星分配器接口平台分离面相对。

如上所述的低冲爆炸螺栓解锁的星箭分离装置，其中，优选的是，在卫星接口平台分离面上设置有向内凹的定位槽，在星分配器接口平台分离面上设置有向外凸的定位键，定位键与定位槽配合。

如上所述的低冲爆炸螺栓解锁的星箭分离装置，其中，优选的是，爆炸螺栓捕获舱盖的上端面上具有向上凸出的扳手卡口，爆炸螺栓捕获舱盖的上端面上具有贯通捕获舱和外部的排气孔。

如上所述的低冲爆炸螺栓解锁的星箭分离装置，其中，优选的四，捕获舱内填充有减振吸能材料。

如上所述的低冲爆炸螺栓解锁的星箭分离装置，其中，优选的是，分离弹簧，包括：顶杆、导柱、弹簧和锁紧螺母；其中，导柱的下端通过分离弹簧接口固定于星分配器接口平台的上端；顶杆的下端由导柱的上端插入导柱腔内，并可在导柱腔内上下滑动；锁紧螺母在导柱腔内与顶杆的下端固定连接；；弹簧套装至顶杆和导柱的外部，并且弹簧的上端顶至顶杆的上端，弹簧的下端顶至导柱的下端。

如上所述的低冲爆炸螺栓解锁的星箭分离装置，其中，优选的是，还包括：行程开关；星分配器接口平台上开设有贯通上下的行程开关接口，行程开关的感应端由星分配器接口平台的下端伸入至行程开关接口内，并在弹簧压缩的情况下，与顶杆的下端接触，以在弹簧由压缩状态伸长，顶杆的下端与行程开关的感应端分开时，反馈分离信号。

如上所述的低冲爆炸螺栓解锁的星箭分离装置，其中，优选的是，星分配器接口平台上具有多个圆柱状凸台，以使星分配器接口平台与多个卫星接口平台接触配合。

如上所述的低冲爆炸螺栓解锁的星箭分离装置，其中，优选的是，星分配器接口平台上均匀分布有多组分离接口，每组分离接口固定一个分离弹簧，其中，每组分离接口具有多个分离接口；行程开关接口分布于每组分离弹簧接口的中心处。

相对上述背景技术，本发明所提供的低冲爆炸螺栓解锁的星箭分离装置，以改善火工品爆炸时的冲击环境，避免影响分离后的航天器。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的低冲爆炸螺栓解锁的星箭分离装置的立体图；

图2是本申请实施例提供的低冲爆炸螺栓解锁的星箭分离装置的剖视图；

图3是本申请实施例提供的低冲爆炸螺栓解锁的星箭分离装置的星分配器接口平台的立体图；

图4是本申请实施例提供的低冲爆炸螺栓解锁的星箭分离装置的爆炸螺栓捕获舱盖的立体图；

图5是本申请实施例提供的低冲爆炸螺栓解锁的星箭分离装置的分离弹簧的剖视图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。另外，诸如“上”、“上方”、下”、“下方”等的空间关系术语用于使描述方便，以解释两个部件之间的位置关系。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

如图1和图2所示，本申请提供了一种低冲爆炸螺栓解锁的星箭分离装置，包括：卫星接口平台110、星分配器接口平台120、爆炸螺栓捕获舱盖130、锁紧螺母140、止动弹簧150、爆炸螺栓160、分离弹簧170和行程开关(图中未示出)。

其中，卫星接口平台110的上端用于与卫星端对接；卫星接口平台110的下端用于与星分配器接口平台120的上端接触配合；卫星接口平台110具有贯通上下两端的捕获舱；捕获舱的下端开口用于插入爆炸螺栓160的螺栓杆，并与爆炸螺栓160的上端间隙配合，也就是捕获舱的下端开口的直径略大于爆炸螺栓160的螺栓杆的直径。

作为一个例子，卫星接口平台110的主体为圆柱状筒体，其上端向外延伸有连接翼111，通过向外延伸的连接翼111增大了卫星接口平台110的上端与卫星端对接的面积。具体的，在连接翼111上设置有贯通上下的连接孔112，以便于与卫星端通过螺栓连接，优选地，在连接翼111上均匀分布有多个连接孔112。卫星连接平台110的下端向内延伸有配合翼113，并且配合翼113延伸至爆炸螺栓160的螺栓杆的外壁，以保证了捕获舱的下端开口与爆炸螺栓160的螺栓杆之间具有较小的间隙，并且通过向内延伸的配合翼113可以使得捕获舱的下端开口较小，从而使得爆炸螺栓160的螺栓杆较细。

捕获舱的上端开口用于拧入爆炸螺栓捕获舱盖130，并与爆炸螺栓捕获舱盖130固定连接，以封闭捕获舱，从而通过捕获舱阻止爆炸螺栓160爆炸后断裂的螺栓杆飞溅。

作为一个例子，捕获舱的上端开口的内壁具有内螺纹，爆炸螺栓捕获舱盖130的外壁具有外螺纹，从而通过螺纹连接将爆炸螺栓捕获舱盖130固定连接至捕获舱的上端开口处。在上述基础上，为了方便将爆炸螺栓捕获舱盖130拧至捕获舱的上端开口处，如图4所示，爆炸螺栓捕获舱盖130的上端面上具有向上凸出的扳手卡口131(例如：正六边形扳手卡扣)，扳手卡口131具有标准螺栓卡口尺寸，通过扳手夹持至扳手卡口131处而将爆炸螺栓捕获舱盖130拧至捕获舱的上端开口处。另外，为了排除因爆炸而在捕获舱内产生的爆炸冲击气体，在爆炸螺栓捕获舱盖130的上端面上设置有贯通捕获舱和外部的排气孔132，例如：围绕着扳手卡口131，均匀分布四个排气孔132。

星分配器接口平台120的上端用于与卫星接口平台110的下端接触配合；星分配器接口平台120的下端用于与星分配器对接(星分配器是火箭卫星支架上的结构件，通过星分配器可以为星安装提供接口)；星分配器接口平台120具有贯通上下两端的连接通道，用于与穿入爆炸螺栓160的螺栓杆，并与爆炸螺栓160的螺栓杆间隙配合，也就是连接通道的直径略大于爆炸螺栓160的螺栓杆的直径。

作为一个例子，星分配器接口平台120的上端具有向上凸的圆柱状凸台121，并且圆柱状凸台121的上表面与卫星接口平台110配合翼113接触配合。在此基础上，为了保证卫星接口平台110和星分配器接口平台120的顺利分离，配合翼113的下表面靠近爆炸螺栓160的部分低于远离爆炸螺栓160的部分，并且靠近爆炸螺栓160的部分与远离爆炸螺栓160的部分之间通过由上至向由内向外倾斜的卫星接口平台分离面连接114；而圆柱状凸台121的上表面靠近爆炸螺栓160的部分高于远离爆炸螺栓160的部分，并且靠近爆炸螺栓160的部分与远离爆炸螺栓160的部分之间通过由上至下由内到外倾斜的星分配器接口平台分离面连接122；并且卫星接口平台分离面114与星分配器接口平台分离面122相对。优选的，卫星接口平台分离面114和星分配器接口平台分离面122与竖直方向的倾斜角度均为35°。通过倾斜的卫星接口平台分离面114和星分配器接口平台分离面122可以避免剪力作用于爆炸螺栓160，满足配合精度的同时，较大程度上提供抗剪分力，且保证了周向、轴向静摩擦力极小，使得卫星接口平台110与星分配器接口平台120顺利分离。

另外，一个星分配器接口平台120上可以具有多个圆柱状凸台121，从而可以使得一个星分配器接口平台120可以与多个卫星接口平台110接触配合。例如：一个星分配器接口平台120具有均匀分布的四个圆柱状凸台121，从而该星分配器接口平台120可以与四个卫星接口平台110接触配合。

在上述基础上，在卫星接口平台分离面114上设置有向内凹的定位槽(图中未示出)，在星分配器接口平台分离面122上设置有向外凸的定位键1221(如图3所示)，定位键1221与定位槽配合，从而对卫星接口平台110起到定位作用，避免安装爆炸螺栓160时卫星接口平台110发生周向旋转而导致无法与卫星端匹配。

爆炸螺栓160的螺栓杆由下至上穿过连接通道121，并由捕获舱的下端开口插入捕获舱内，而爆炸螺栓160的螺栓火工体则位于星分配器接口平台120的下端。星分配器接口平台120的下表面具有向内凹的容纳槽，以容纳部分爆炸螺栓160的螺栓火工体。并且，在捕获舱内压入止动弹簧150，待爆炸螺栓160爆炸后，止动弹簧150的弹起，将爆炸螺栓160断裂的螺栓杆抵在捕获舱内，以对爆炸螺栓160断裂的螺栓杆进行可靠的锁定，避免爆炸螺栓160断裂的螺栓杆在捕获舱内运动，影响卫星的工作。锁紧螺母140位于捕获舱内，并且锁紧螺母140拧至爆炸螺栓160的螺栓杆上，从而通过爆炸螺栓160将卫星接口平台110和星分配器接口平台120连接在一起。在上述基础上，捕获舱内还填充有减振吸能材料，以在爆炸螺栓160爆炸后，对爆炸螺栓160断裂的螺栓杆进行减振吸能，从而进一步地减小对卫星工作的影响。

另外，在星分配器接口平台120上还开设有贯通上下的分离弹簧接口123，用于固定分离弹簧170的下端，例如：4个分离弹簧接口123作为一组分离弹簧接口，以固定一个分离弹簧170。在本申请中，优选在星分配器接口平台120上均匀分布有四组分离接口，以固定四个分离弹簧170。通过将多组分离接口均匀布置，从而保证分离时卫星端所受到的推力均匀，从而防止了推偏。分离弹簧170的上端用于与卫星端接触，以对卫星端施加推力，从而在爆炸螺栓160爆炸后推动卫星端与卫星接口平台110分离。

在上述基础上，如图5所示，分离弹簧170包括：顶杆171、导柱172、弹簧173和锁紧螺母174；其中，导柱172的下端通过分离弹簧接口固定于星分配器接口平台120的上端；顶杆171的下端由导柱172的上端插入导柱腔内，并可在导柱腔内上下滑动；锁紧螺母174在导柱腔内与顶杆171的下端固定连接，以避免顶杆171与导柱172分离；弹簧173套装至顶杆171和导柱172的外部，并且弹簧173的上端顶至顶杆171的上端，弹簧173的下端顶至导柱172的下端，从而弹簧173压缩被动压缩蓄能，弹簧173伸长，释放能量。

具体的，顶杆171的上端具有向外延伸的卡翅，导柱172的下端也具有向外延伸的卡翅，从而就可以将弹簧173卡在顶杆171的卡翅和导柱172的卡翅之间。

另外，为了能够及时判定卫星端的分离情况，也就是判定星箭的分离情况，本申请中在星分配器接口平台120上还开设有贯通上下的行程开关接口124(如图3和图5所示)，行程开关的感应端由星分配器接口平台120的下端伸入至行程开关接口内，并在弹簧173压缩的情况下，与顶杆171的下端接触，从而在弹簧173由压缩状态伸长，顶杆171的下端与行程开关的感应端分开时，反馈分离信号。通过将行程开关的安装位置与分离弹簧进行一体化设计，可提供准确的分离信号的同时，且无需为行程开关单独设计支架，简化了低冲爆炸螺栓解锁的星箭分离装置的结构。优选的，行程开关接口分布于每组分离弹簧接口的中心处，在星分配器接口平台120上均匀分布有四组分离接口的情况下，在星分配器接口平台120上也分布有四个行程开关接口，并且可以选择性在行程开关接口处设置行程开关。在设置有多个行程开关时，有的行程开关提供主分离信号，有的行程开关提供备用分离信号。

使用本申请提供的低冲爆炸螺栓解锁的星箭分离装置时，星分配器接口平台120的下端与星分配器对接，卫星接口平台110的上端与卫星端对接，此时分离弹簧170的上端也与卫星端接触，分离弹簧170被压缩蓄能，低冲爆炸螺栓解锁的星箭分离装置完成锁紧装配。当需要释放卫星端时，爆炸螺栓160的螺栓火工体起爆，爆炸螺栓160的螺栓杆与爆炸螺栓160的螺栓火工体断裂分离，卫星接口平台110与星分配器接口平台120分离，分离弹簧170释放能量，将卫星端推出，完成分离星箭分离，行程开关反馈分离信号。

本申请采用火工品解锁方式，其分离性能相对比较稳定，可大概率减小分离失败的风险，具有高可靠性。另外，由于捕获舱阻止爆炸螺栓爆炸后断裂结构飞溅，止动弹簧对爆炸螺栓断裂的螺栓杆进行可靠的锁定，减小了爆炸冲击，在一定程度上改善了冲击环境。此外，由于分离弹簧为卫星端提供用于分离的推力，从而可以减小火工品产生的分离推力，因此本申请可以使用低冲击的爆炸螺栓，这进一步地减小了爆炸冲击，改善了冲击环境。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种低冲爆炸螺栓解锁的星箭分离装置，其特征在于，包括：卫星接口平台、星分配器接口平台、爆炸螺栓捕获舱盖、锁紧螺母、止动弹簧、爆炸螺栓和分离弹簧；

其中，卫星接口平台的上端用于与卫星端对接；卫星接口平台的下端与星分配器接口平台的上端接触配合；星分配器接口平台的下端用于与星分配器对接；

卫星接口平台具有贯通上下两端的捕获舱，星分配器接口平台具有贯通上下两端的连接通道，爆炸螺栓的螺栓杆由下至上穿过连接通道，并由捕获舱的下端开口插入捕获舱内，爆炸螺栓的螺栓火工体则位于星分配器接口平台的下端；

卫星连接平台的下端向内延伸有配合翼，并且配合翼延伸至爆炸螺栓的螺栓杆的外壁；星分配器接口平台的上端具有向上凸的圆柱状凸台，并且圆柱状凸台的上表面与卫星接口平台配合翼接触配合；

配合翼的下表面靠近爆炸螺栓的部分低于远离爆炸螺栓的部分，并且靠近爆炸螺栓的部分与远离爆炸螺栓的部分之间通过由上至向由内向外倾斜的卫星接口平台分离面连接；

圆柱状凸台的上表面靠近爆炸螺栓的部分高于远离爆炸螺栓的部分，并且靠近爆炸螺栓的部分与远离爆炸螺栓的部分之间通过由上至下由内到外倾斜的星分配器接口平台分离面连接；

并且卫星接口平台分离面与星分配器接口平台分离面相对；

止动弹簧压入捕获舱内，锁紧螺母拧至爆炸螺栓的螺栓杆上，爆炸螺栓捕获舱盖拧入捕获舱的上端开口处，以与捕获舱的上端固定连接；

星分配器接口平台上开设有贯通上下的分离弹簧接口，以与分离弹簧的下端固定，分离弹簧的上端用于与卫星端接触，以对卫星端施加推力。

2.根据权利要求1所述的低冲爆炸螺栓解锁的星箭分离装置，其特征在于，在卫星接口平台分离面上设置有向内凹的定位槽，在星分配器接口平台分离面上设置有向外凸的定位键，定位键与定位槽配合。

3.根据权利要求1或2所述的低冲爆炸螺栓解锁的星箭分离装置，其特征在于，爆炸螺栓捕获舱盖的上端面上具有向上凸出的扳手卡口，爆炸螺栓捕获舱盖的上端面上具有贯通捕获舱和外部的排气孔。

4.根据权利要求1或2所述的低冲爆炸螺栓解锁的星箭分离装置，其特征在于，捕获舱内填充有减振吸能材料。

5.根据权利要求1或2所述的低冲爆炸螺栓解锁的星箭分离装置，其特征在于，分离弹簧，包括：顶杆、导柱、弹簧和锁紧螺母；其中，导柱的下端通过分离弹簧接口固定于星分配器接口平台的上端；顶杆的下端由导柱的上端插入导柱腔内，并可在导柱腔内上下滑动；锁紧螺母在导柱腔内与顶杆的下端固定连接；弹簧套装至顶杆和导柱的外部，并且弹簧的上端顶至顶杆的上端，弹簧的下端顶至导柱的下端。

6.根据权利要求5所述的低冲爆炸螺栓解锁的星箭分离装置，其特征在于，还包括：行程开关；

星分配器接口平台上开设有贯通上下的行程开关接口，行程开关的感应端由星分配器接口平台的下端伸入至行程开关接口内，并在弹簧压缩的情况下，与顶杆的下端接触，以在弹簧由压缩状态伸长，顶杆的下端与行程开关的感应端分开时，反馈分离信号。

7.根据权利要求1或2所述的低冲爆炸螺栓解锁的星箭分离装置，其特征在于，星分配器接口平台上具有多个圆柱状凸台，以使星分配器接口平台与多个卫星接口平台接触配合。

8.根据权利要求1或2所述的低冲爆炸螺栓解锁的星箭分离装置，其特征在于，星分配器接口平台上均匀分布有多组分离接口，每组分离接口固定一个分离弹簧，其中，每组分离接口具有多个分离接口；

行程开关接口分布于每组分离弹簧接口的中心处。