CN116952077B - 运载火箭螺栓连接模块、运载火箭整流罩及运载火箭 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种运载火箭螺栓连接模块、运载火箭整流罩及运载火箭，涉及火箭设备技术领域。运载火箭螺栓连接模块包括第一螺栓盒、第二螺栓盒、爆炸螺栓及防剪组件，第一螺栓盒设有第一通孔，第二螺栓盒设有第二通孔，爆炸螺栓的螺杆依次穿过第一通孔和第二通孔，爆炸螺栓的螺杆位于第二螺栓盒内的部分与爆炸螺栓的螺母螺纹配合，防剪组件插设于第一通孔和第二通孔并套设于爆炸螺栓的螺杆，防剪组件包括锥套及锥头，锥套和锥头中的一个设有锥形头，另一个设有锥形窝，锥形头收容于锥形窝。借助锥头和锥套上相互配合的锥形头和锥形窝减小外部载荷对爆炸螺栓产生的剪力大小，提高爆炸螺栓的承受力，使低规格爆炸螺栓能够满足高承载能力的运载火箭。

Description

运载火箭螺栓连接模块、运载火箭整流罩及运载火箭

技术领域

本发明涉及火箭设备技术领域，尤其涉及一种运载火箭螺栓连接模块、运载火箭整流罩及运载火箭。

背景技术

整流罩是运载火箭的重要组成部分，可防止有效载荷受到外部气动力及加热效应等不利因素的影响。当运载火箭飞出大气层后，为提高运载效率及让出有效载荷分离通道，需将整流罩与箭体分开抛离。整流罩与箭体的横向分离面、整流罩两个半罩的纵向分离面通常采用爆炸螺栓进行机械连接。在整流罩分离时，爆炸螺栓接收起爆信号后释放机械连接，再由分离弹簧等分离能源实现整流罩的抛离。

整流罩位于运载火箭头部，在大气层飞行时受到轴向载荷、横向载荷、发动机过载及随机振动等的影响，导致爆炸螺栓受到外部载荷作用。由于爆炸螺栓为内部填充火药的空心结构，不易承受剪力，否则容易导致爆炸螺栓失效破坏。为保证爆炸螺栓在整流罩分离前具有足够裕度的安全系数及机械连接的可靠性，设计时需采用承载能力更高的大尺寸规格爆炸螺栓，使得爆炸螺栓局部连接结构也随之加厚、加大，导致整流罩结构重量的增加。

发明内容

本发明提供一种运载火箭螺栓连接模块、运载火箭整流罩及运载火箭，用以解决现有技术中爆炸螺栓抗剪能力有限，高承载能力的运载火箭无法适配低规格爆炸螺栓的缺陷。

本发明提供一种运载火箭螺栓连接模块，包括第一螺栓盒、第二螺栓盒、爆炸螺栓及防剪组件，所述第一螺栓盒设有第一通孔，所述第二螺栓盒设有第二通孔，所述爆炸螺栓的螺杆依次穿过所述第一通孔和所述第二通孔，所述爆炸螺栓的螺杆位于所述第二螺栓盒内的部分与所述爆炸螺栓的螺母螺纹配合，所述防剪组件插设于所述第一通孔和所述第二通孔并套设于所述爆炸螺栓的螺杆，其中，所述防剪组件包括锥套及锥头，所述锥套和所述锥头中的一个设有锥形头，另一个设有锥形窝，所述锥形头收容于所述锥形窝。

根据本发明提供的一种运载火箭螺栓连接模块，还包括垫片，所述垫片夹设在所述防剪组件的一端与所述螺母之间，其中，所述垫片和所述防剪组件的一端中的一个设有球窝，另一个设有与所述球窝适配的球头。

根据本发明提供的一种运载火箭螺栓连接模块，所述垫片设有球窝，所述锥头插设于所述第二通孔，所述锥形头设置在所述锥头的一端，所述球头设置在所述锥头的另一端。

根据本发明提供的一种运载火箭螺栓连接模块，所述螺杆的螺帽与所述防剪组件之间设有垫片，所述垫片和所述防剪组件的端部中的一个设有球窝，另一个设有与所述球窝适配的球头。

根据本发明提供的一种运载火箭螺栓连接模块，所述球头的表面和/或所述球窝的表面涂设润滑剂。

根据本发明提供的一种运载火箭螺栓连接模块，所述锥头和所述锥套之间的安装间隙小于所述锥套与所述螺杆之间的安装间隙。

根据本发明提供的一种运载火箭螺栓连接模块，所述锥头和所述锥套的硬度均高于所述第一螺栓盒的硬度和所述第二螺栓盒的硬度。

根据本发明提供的一种运载火箭螺栓连接模块，所述锥形头为圆锥台状的凸台，所述锥形窝为圆锥台状的凹陷。

本发明还提供一种运载火箭整流罩，其包括两个子罩体，两个所述子罩体通过如上所述的运载火箭螺栓连接模块相连。

本发明还提供一种运载火箭，其包括箭体及整流罩，所述箭体与所述整流罩采用如权上所述的运载火箭螺栓连接模块连接。

本发明提供的运载火箭螺栓连接模块、运载火箭整流罩及运载火箭，爆炸螺栓和第一螺栓盒第二螺栓盒的连接处设置防剪组件，借助锥头和锥套上相互配合的锥形头和锥形窝减小外部载荷对爆炸螺栓产生的剪力大小，提高爆炸螺栓的承受力和安全性，使得低规格爆炸螺栓能够满足高承载能力的运载火箭的性能要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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是本发明提供的运载火箭螺栓连接模块的结构示意图；

图2是图1所示出的运载火箭螺栓连接模块沿A-A的剖视图；

图3是本发明提供的另一运载火箭螺栓连接模块的局部剖视图；

图4是图1所示出的运载火箭螺栓连接模块的局部剖视图；

图5是图1所示出的运载火箭螺栓连接模块的局部分解图；

图6是图5所示出的锥套的剖视图；

图7是图5所示出的垫片的剖视图；

图8是图5所示出的锥头的剖视图；

图9是图1所示出的运载火箭螺栓连接模块的使用状态图；

图10是本发明提供的运载火箭的局部结构示意图。

附图标记：

100、运载火箭螺栓连接模块；10、第一螺栓盒；20、第二螺栓盒；30、爆炸螺栓；31、螺母；40、防剪组件；41、锥套；42、锥头；43、锥形窝；44、锥形头；45、球头；50、垫片；51、球窝；52、翻边；110、子罩体。

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，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。

本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合图1-图8描述本发明的运载火箭螺栓连接模块。

本发明实施例提供一种运载火箭螺栓连接模块，如图1和图2所示，其包括第一螺栓盒10、第二螺栓盒20、爆炸螺栓30及防剪组件40。第一螺栓盒10设有第一通孔，第二螺栓盒20设有第二通孔，爆炸螺栓30的螺杆依次穿过第一通孔和第二通孔。爆炸螺栓30的螺杆位于所述第二螺栓盒20内的部分与爆炸螺栓30的螺母31螺纹配合。防剪组件40插设于第一通孔和第二通孔并套设于爆炸螺栓30的螺杆。其中，防剪组件40包括锥套41及锥头42，锥套41和锥头42中的一个设有锥形头44，另一个设有锥形窝43，锥形头44收容于锥形窝43。

爆炸螺栓30的具体结构与传统爆炸螺栓30结构相同，其包括螺杆及螺母31，螺杆穿过第一螺栓盒10上的第一通孔和第二螺栓盒20上的第二通孔与螺母31配合，从而将第一螺栓盒10和第二螺栓盒20紧固在一起。

如图2和图3所示，锥套41呈T型，锥套41的一端具有端帽以抵设其所插设的通孔孔口，锥套41的另一端设置锥形窝43以便与锥头42配合。类似的，锥头42的一端具有端帽以抵设其所插设的通孔孔口，锥头42的另一端设置锥形头44以与锥套41配合。当然，也可以在锥套41上设置锥形头44，在锥头42上设置锥形窝43，只要锥头42和锥套41的相近端能够通过锥形头44和锥形窝43实现配合即可。

可选的，如图7所示，锥形窝43为圆锥台状的凹陷；如图8所示，锥形头44为圆锥台状的凸台。又可选的，锥形头44为棱锥台状的凸台，锥形窝43为棱锥台状的凹陷。

锥套41与锥头42均套设于爆炸螺栓30的螺杆，锥套41与锥头42中的一个插设于第一通孔，另一个插设于第二通孔。具体地，锥套41和锥头42均设有安装通孔，爆炸螺栓30的螺杆插设在安装通孔内，使得锥套41和锥头42垫设在爆炸螺栓30的螺杆与第一通孔的孔壁和第二通孔的孔壁之间。在一具体实施中，锥套41插设在第一通孔内，锥头42插设在第二通孔内。如图6所示，锥套41设有锥形窝43，锥头42设有锥形头44，锥形头44收容在锥形窝43内。当然，也可以在锥套41上设置锥形头44，在锥头42上设置锥形窝43。在又一具体实施例中，锥套41插设在第二通孔内，锥头42插设在第一通孔内。

在整流罩受到气动力等载荷作用发生变形时，第一螺栓盒10和第二螺栓盒20可能发生横向移动。爆炸螺栓30的内部为填充火药的空心结构，不利于承受剪力。本发明实施例提供的运载火箭螺栓连接模块，在爆炸螺栓30与第一通孔或第二通孔的孔壁接触之前，锥形头44和锥形窝43提前承受剪力，从而减小爆炸螺栓30本身承受的剪力。传统运载火箭中，承载能力高的运载火箭需要配置更高规格的爆炸螺栓30，对应的，爆炸螺栓30连接处的结构也应随之加大加厚以确保承载能力达到预期。本发明实施例提供的运载火箭螺栓连接模块，借助锥头42和锥套41的配合使得爆炸螺栓30的承受力增强，使得单一规格的爆炸螺栓30即可适配不同运载能力要求的运载火箭，从而降低运载火箭的成本，针对高规格的运载火箭无需另外审批高规格的爆炸螺栓30，有助于缩短生成周期。

本发明实施例提供的运载火箭螺栓连接模块，爆炸螺栓30和第一螺栓盒10、第二螺栓盒20的连接处设置防剪组件40，借助锥头42和锥套41上相互配合的锥形头44和锥形窝43减小外部载荷对爆炸螺栓30产生的剪力大小，提高爆炸螺栓30的承受力和安全性。

在一具体实施例中，如图2和图4所示，运载火箭螺栓连接模块还包括垫片50，垫片50夹设在防剪组件40的一端与螺母31之间。其中，垫片50和防剪组件40的一端中的一个设有球窝51，另一个设有与球窝51适配的球头45。

可选的，垫片50采用合金钢制成。如垫片50采用硬度较大的30CrMnSiA合金钢制成。

垫片50中部设有套设孔，爆炸螺栓的螺杆从套设孔中穿过。其中，球头45呈球面状的凸块，球窝51为球面状的凹陷。或者，如图7所示，球窝51为锥面状的凹陷；如图8所示，球头45为锥面状的凸起。球头45收容在球窝51内。当受到外部作用力后，如图9所示，分离面会产生θ角转动，球头45能够在球窝51内滑动。如图7所示，垫片50具有翻边52，翻边52能够防止垫片50在球头45和球窝51发生相对运动时滑脱。

在一可选的实施例中，锥头42设有锥形头44，锥头42设置在第一通孔内，锥套41设置在第二通孔内。垫片50设置在锥套41与螺母31之间。垫片50和锥套41之中的一个设有球窝51，另一个设有球头45。在又一可选的实施例中，如图4和图5所示，锥头42设有锥形头44，锥头42设置在第二通孔内，锥套41插设在第一通孔内。垫片50夹设在锥头42与螺母31之间。垫片50和锥头42之中的一个设有球窝51，另一个设有球头45。

运载火箭飞行过程中，整流罩在气动力等载荷的作用下发生变形，使得第一螺栓盒10和第二螺栓盒20的分离面会产生一定角度的转动。此时，球头45和球窝51发生相对滑动，减小爆炸螺栓30在外部载荷作用下的弯曲变形，降低爆炸螺栓30受到的附加弯矩，避免爆炸螺栓30在引爆前失效。

具体地，防剪组件40中的锥头42插设在第二通孔内，对应的，锥套41插设在第一通孔内。垫片50设有球窝51，避免球窝设置在锥头上影响锥头42端帽根部处的厚度，确保在不增加锥头42高度前提下充分保障锥头42的强度。锥形头44设置在锥头42的一端，球头45设置在锥头42的另一端。

锥头42的一端设置锥形头44，另一端设置球头45，使球窝51设置在垫片50上，有助于在满足锥头42整体强度要求的前提下降低锥头42的厚度。

在又一具体实施例中，螺杆的螺帽与防剪组件40之间设置垫片50，垫片50和防剪组件40的端部中的一个设有球窝51，另一个设有与球窝51适配的球头45。

垫片50设置在螺杆的螺帽侧。具体地，防剪组件40中的锥套41插设在第一通孔内，锥头42插设在第二通孔内，锥头42设置有锥形头44。垫片50夹设在锥套41与螺杆的螺帽之间。其中，垫片50和锥套41中的一个设有球窝51，另一个设有球头45。除此之外，也可以锥头42设置在第一通孔内，对应的，垫片50夹设在锥头42与螺杆的螺帽之间。

本发明实施例提供的运载火箭螺栓连接模块，垫片50设置在螺杆靠近螺母31的一侧或者靠近螺帽的一侧均可，当然，也可以在螺杆靠近螺母31的一端和靠近螺帽的一端同时设置垫片50。借助垫片50和防剪组件40端部上球头45与球窝51的配合提高爆炸螺栓的抗弯能力。

可选的，球头45的表面和/或球窝51的表面涂设润滑剂。通过润滑剂降低球头45与球窝51之间的摩擦力。当第一螺栓盒10和第二螺栓盒20连接处承受弯矩时，润滑剂能够确保球头45顺畅地在球窝51内滑动，以降低弯矩对爆炸螺栓30的影响。

具体地，锥头42与锥套41之间的安装间隙小于锥套41与螺杆之间的安装间隙。

锥形头44和锥形窝43之间具有第一安装间隙。锥套41套设在螺杆上，在锥套41与螺杆之间具有第二安装间隙。当外部载荷推动第一螺栓盒10相对于第二螺栓盒20发生横向移动时，由于第一安装间隙小于第二安装间隙，第一安装间隙被挤压完后，锥套41与螺杆之间仍具有间隙，从而有效防止外部载荷作用在爆炸螺栓30的螺杆上，有效降低爆炸螺栓30受到的剪切力，提高爆炸螺栓30的抗剪能力。

为保证第一安装间隙小于第二安装间隙，第一通孔和第二通孔均为台阶孔，锥头42和锥套41的端帽收容在相应的台阶孔大径段。可选的，台阶孔的沉台深度不高于锥头42和锥套41的端帽厚度。

锥头42的硬度和锥套41的硬度均高于第一螺栓盒10的硬度和第二螺栓盒20的硬度。

其中，锥头42和锥套41的硬度可以相同也可以不同。比如，锥头42和锥套41采用同种材质制成。或者，锥头42和锥套41采用不同材质制成。类似的，第一螺栓盒10和第二螺栓盒20的硬度可以相同也可以不同。比如，第一螺栓盒10和第二螺栓盒20采用同种材质制成。或者，第一螺栓盒10和第二螺栓盒20采用不同材质制成。只要确保锥套41的硬度比第一螺栓盒10和第二螺栓盒20的硬度都高，锥头42的硬度比第一螺栓盒10和第二螺栓盒20的硬度都高即可。

相比于采用锥头与第一螺栓盒一体、锥套与第二螺栓盒一体的结构，锥头和锥套独立于相应的螺栓盒设置，并且锥头和锥套的硬度高于螺栓盒，从而能够有效避免锥头和锥套的配合面因飞行载荷过大而被破坏。

在一具体实施例中，第一螺栓盒10和第二螺栓盒20均为铝合金件。比如，第一螺栓盒10和第二螺栓盒20均采用硬度较小的2A14-T6铝合金制成。锥头42和锥套41采用钢材制成。比如，锥头42和锥套41均采用硬度较大的30CrMnSiA钢制成。

本发明还提供一种运载火箭整流罩，该运载火箭整流罩包括两个子罩体110，两个子罩体110通过运载火箭螺栓连接模块100相连。

如图10所示，运载火箭整流罩包括左罩体和右罩体两个子罩体110，第一螺栓盒10固定于其中一个子罩体110，第二螺栓盒20固定于另外一个子罩体110。沿着两个子罩体110的连接处设置有多个运载火箭螺栓，以实现两个子罩体110的稳定连接。

具体地，第一螺栓盒10和第二螺栓盒20为子罩体110的一部分，第一通孔和第二通孔为设置在子罩体110上的沉台孔。

本发明还提供一种运载火箭，包括箭体及整流罩，整流罩与箭体通过如上所述的运载火箭螺栓连接模块100连接。

箭体与整流罩通过多个运载火箭螺栓连接模块100相连。其中，整流罩为如上所述的运载火箭整流罩或者为传统的整流罩均可。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种运载火箭螺栓连接模块，其特征在于，包括第一螺栓盒、第二螺栓盒、爆炸螺栓及防剪组件，所述第一螺栓盒设有第一通孔，所述第二螺栓盒设有第二通孔，所述爆炸螺栓的螺杆依次穿过所述第一通孔和所述第二通孔，所述爆炸螺栓的螺杆位于所述第二螺栓盒内的部分与所述爆炸螺栓的螺母螺纹配合，所述防剪组件插设于所述第一通孔和所述第二通孔并套设于所述爆炸螺栓的螺杆，其中，所述防剪组件包括锥套及锥头，所述锥套和所述锥头中的一个设有锥形头，另一个设有锥形窝，所述锥形头收容于所述锥形窝；所述锥头和所述锥套之间的安装间隙小于所述锥套与所述螺杆之间的安装间隙。

2.根据权利要求1所述的运载火箭螺栓连接模块，其特征在于，还包括垫片，所述垫片夹设在所述防剪组件的一端与所述螺母之间，其中，所述垫片和所述防剪组件的一端中的一个设有球窝，另一个设有与所述球窝适配的球头。

3.根据权利要求2所述的运载火箭螺栓连接模块，其特征在于，所述垫片设有球窝，所述锥头插设于所述第二通孔，所述锥形头设置在所述锥头的一端，所述球头设置在所述锥头的另一端。

4.根据权利要求1所述的运载火箭螺栓连接模块，其特征在于，所述螺杆的螺帽与所述防剪组件之间设有垫片，所述垫片和所述防剪组件的端部中的一个设有球窝，另一个设有与所述球窝适配的球头。

5.根据权利要求2或4所述的运载火箭螺栓连接模块，其特征在于，所述球头的表面和/或所述球窝的表面涂设润滑剂。

6.根据权利要求1所述的运载火箭螺栓连接模块，其特征在于，所述锥头和所述锥套的硬度均高于所述第一螺栓盒的硬度和所述第二螺栓盒的硬度。

7.根据权利要求1所述的运载火箭螺栓连接模块，其特征在于，所述锥形头为圆锥台状的凸台，所述锥形窝为圆锥台状的凹陷。

8.一种运载火箭整流罩，其特征在于，包括两个子罩体，两个所述子罩体通过如权利要求1至7任一项所述的运载火箭螺栓连接模块相连。

9.一种运载火箭，其特征在于，包括箭体及整流罩，所述箭体与所述整流罩采用如权利要求1至7任一项所述的运载火箭螺栓连接模块连接。