一种运载火箭线式捆绑分离装置制造方法及图纸

一种运载火箭线式捆绑分离装置属于航空航天结构设计领，该运载火箭线式捆绑分离装置以分离板式膨胀管为分离系统，为一种整体近似于“工”字型截面的沿火箭轴线方向放置的板结构，包括四组捆绑分离结构，连接火箭芯级的箱间段和助推器的斜头锥。每组捆绑分离结构由四个“工”字型的方形板组成，每个“工”字型的方形板包括两个连接板、两个分离板、金属扁平管、填充物和导爆索；金属扁平管位于两个连接板之间，内放置填充物，填充物内部放置导爆索，用于分离时提供能量；两个分离板用于将两个连接板两侧腹板端部连接在一起。本发明专利技术具有传力均匀，减轻重量，增加火箭运载能力，以及承载能力高、分离可靠性高、分离无污染冲击小的优势。

A line type separation device for carrier rocket

A rocket wire bundle separation device belongs to the aerospace structure design. The rocket, wire bundle separation device to separate plate for expansion pipe separation system, plate structure is positioned along the axis of the rocket as a whole is similar to the I-shaped cross section, including four groups of binding separation structure, oblique cone connection the box section and the core stage rocket booster. Each bundle separation structure consists of a square plate four I-shaped square plate, each H-shaped comprises two connecting plates, two separate plate, metal flat tube, filler and detonating cord; between the metal flat tube is located on the two connecting plate, placed inside the filler, the filler inside the detonating cord, to provide the energy for separation; two separating plates for two connection plate on both sides of the web end connected together. The invention has the advantages of uniform transmission, weight reduction, increased rocket carrying capacity, high carrying capacity, high separation reliability and no pollution impact.

【技术实现步骤摘要】
一种运载火箭线式捆绑分离装置
本专利技术属于航空航天结构设计制造领域，涉及捆绑式运载火箭芯级与助推器间传力结构设计领域，尤其涉及工程结构优化领域。
技术介绍
为满足发射不同类型的卫星、宇宙飞船、轨道飞行器、星际探测器等航天器的要求，需要研制具有不同运载能力的运载器。为缩短研制周期，降低研制成本，将现有的不同推力运载器按要求组合成的运载器成为航天器设计的第一选择。目前，运载器间的组合连接方式普遍采用“纵向加级，横向捆绑”。这种方案就是以原有的运载器为基础，将两到三级运载器纵向组合成火箭的基础芯级，在火箭的基础级周围捆绑不同组合的运载器作为助推器。本专利技术主要针对于芯级与助推器间的捆绑装置。按照承力方向的不同，助推器与芯级联接的捆绑装置可以分为承轴向载荷结构和承横向载荷结构，其中前者为主要的承载装置，主要传递来自助推器的推力；后者起限制助推器自由度、传递剪力、扭转和径向载荷的作用。这种承力组合方案的主要特点是：将助推器与芯级之间轴向载荷与横向载荷分别由不同的装置承担，可以实现更准确的载荷分析，从而简化装置设计。本专利技术重点是设计轴向载荷承担装置。承轴向载荷结构形式设计方面，除了需要满足工作过程中的强度、刚度要求之外，还需要综合考虑助推器分离可靠性、结构质量等多方面的因素。目前，国内外的承轴向载荷结构多采用“插头式”球头-球窝装置，球窝固定在芯级上，各侧的助推器通过球头结构直接插入球窝内，完成助推器与芯级的连接；在助推器分离过程中，装置内的爆炸螺栓起爆，使承轴向载荷结构失去承载能力，从而实现分离。但这种“插头式”球头-球窝装置，为点式捆绑连接结构，会导致在捆绑点存在较大的集中载荷。这时，既需要大刚度、高强度结构进行补强，还需要进行充分的集中力扩散设计，这都会导致结构重量的大幅增加。以某型号火箭为例，芯级捆绑四个助推器，芯级上共4个捆绑点，每个捆绑点芯级捆绑支座结构超过100kg，加上内部的加强梁和临近贮箱的集中力扩散结构，总计重量超过700kg。对于我国规划的未来重型运载火箭，助推器的推力增加1倍甚至更高，点式捆绑分离系统造成的应力集中问题和可靠性不足的问题，也许会成为限制火箭运载能力的关键技术之一。因此，本文提出一种新型捆绑连接装置，用线式捆绑连接方式代替原有的点式连接。自五十年代起，线式分离系统由于火工元件少、工作可靠性高、同步性好、承载力高，同时附带着结构尺寸小、重量轻等优点，逐渐代替点式捆绑分离装置。这种分离系统由一根长的柔性导爆索组成，导爆索沿分离面安装在专门设计的连接件上，通过切割或膨胀作功的方法即可实现分离。本专利技术采用分离板式膨胀管分离技术，其特点是：系统工作时，不是将导爆索的爆炸能量直接作用于分离连接件上，而转换为气体做功的形式以达到解锁、分离的目的。工作时整个系统的受力均匀，受冲击载荷低，且爆炸产物始终密封在金属扁平管内，在具有线性分离装置优点的同时，达到了低冲击、无污染的目的。目前，线式分离系统已应用于某些型号运载器的级间与整流罩分离，但还没有用在捆绑火箭助推器和芯级的连接上。综上所述，本专利技术提出一种采用分离板式膨胀管分离技术的线式捆绑分离装置，从而解决应力集中问题，降低火箭自重，同时为未来重型运载火箭捆绑结构的创新型设计奠定基础。
技术实现思路
为了解决捆绑火箭点式连接结构产生的应力集中问题，本专利技术提出一种基于分离板式膨胀管的线式捆绑分离装置，能够解决推力从助推器通过点连接结构传至芯级产生的应力集中问题，进而大幅度减轻火箭自重，增加火箭运载能力，同时增加分离可靠性、安全性。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种运载火箭线式捆绑分离装置，适用于芯级与助推器的捆绑连接和分离，为一种整体近似于“工”字型截面的沿火箭轴线方向放置的板结构。运载火箭线式捆绑分离装置包括四组捆绑分离结构，每组捆绑分离结构3由四个“工”字型的方形板组成。所述的每组捆绑分离结构3连接火箭芯级的箱间段1和助推器的斜头锥2，四组捆绑分离结构3将四个助推器与芯级紧密相连。所述的“工”字型的方形板包括第一连接板3-1、第二连接板3-2、两个分离板3-3、金属扁平管3-4、填充物3-5和导爆索3-6。所述的第一连接板3-1和第二连接板3-2均为截面为“T”型的方形板，方形板两侧设有翼缘；两个连接板之间留有一定间隔，用于放置中空的金属扁平管3-4，且两个连接板的腹板端部与分离板3-3通过铆钉固定连接在一起，组成一个“工”字型的方形板；分离板3-3的长度与连接板长度相同，宽度大于两个连接板3-1、3-2之间的间隔。所述的翼缘的长与第一连接板3-1和第二连接板3-2的长度相同，翼缘通过铆钉分别连接在箱间段1和斜头锥2上；为贴合紧密，翼缘为弧面。连接箱间段1的第一连接板3-1的翼缘为规则的圆弧面，腹板为高度一致的方形板。由于斜头锥2为斜置的圆锥，连接斜头锥2的第二连接板3-2的翼缘为较为复杂的空间弧面，腹板为高度分布不均匀的方形板，腹板高度由腹板到斜头锥面距离决定。所述的分离板3-3为中间带有凹槽的平板结构，平板两端厚度较薄，靠近中心线厚度较厚，分离板3-3垂直方向的中心线处预制凹槽，为分离时断裂敏感点。所述的金属扁平管3-4内填充有填充物3-5，导爆索3-6沿金属扁平管3-4的中轴线铺设在填充物3-5内，填充物固定导爆索3-6。所述金属扁平管3-4为椭圆型截面的空心结构，并选用高速变形时延展性高的材料，可承受扁平管膨胀不破损，金属扁平管3-4为不锈钢；所述的填充物3-5为吸能材料，可吸收爆炸冲击，减少扁平管内的自由空腔，同时汽化，为分离提供能量，填充物3-5为聚乙烯塑料；所述的导爆索3-6为高威力，安定性能、安全性能和引爆性能极好的猛炸药，用于分离时提供能量，导爆索3-6为黑索金。另外，为配合捆绑分离装置的安装和力的均匀传递，在箱间段1-1和斜头锥1-2的内部设计加强扩散结构，加强扩散结构由四个环向端框和四组纵向支撑梁组成。环向端框通过铆钉连接在箱间段上；每组纵向支撑梁由四根在箱间段内部的长度等同于箱间段高度的“工”字型梁组成，且通过铆钉连接纵向支撑梁与线式捆绑分离装置。本专利技术的有益效果为：相比于现役使用的点式连接结构，本专利技术将当前的点式捆绑方式改为线式捆绑分离，解决了传统连接结构中的应力集中问题；并按照“轻量化、传力均匀”的设计准则，重新设计应力扩散结构，可大幅度降低火箭自重，进而增加火箭运载能力。分离时靠膨胀管膨胀做功，导爆索爆炸产生的轰爆气体和产物封闭在扁平管内，无碎片溅射，实现低冲击、无污染、防止污染卫星等仪器。同时，本专利技术的竖直线段设计既可满足现有生产工艺限制，又达到现装配工艺精度要求。附图说明图1为本专利技术线式捆绑分离装置的捆绑示意图。图2为“工”字型板的详细视图；(a)为主视图，(b)为侧视图，(c)为俯视图，主视图与侧视图尺寸相同，俯视图为放大图。图3为“工”字型板的三维立体结构图。图4为线式捆绑分离装置的结构图及结构端面局部放大图；图5为分离板膨胀管分离系统分离工作示意图；图6为芯级内部加强传力结构。图中：1箱间段；2斜头锥；3捆绑分离结构；3-1第一连接板(连接箱间段)；3-2第二连接板(连接斜头锥)；3-3分离板；3-4金属扁平管；3-5填充物；3-6导爆索。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术进行详细描述。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种运载火箭线式捆绑分离装置，其特征在于，所述的运载火箭线式捆绑分离装置为一种整体近似于“工”字型截面的沿火箭轴线方向放置的板结构，包括四组捆绑分离结构，连接火箭芯级的箱间段(1)和助推器的斜头锥(2)，用于芯级与助推器的捆绑连接和分离；所述的每组捆绑分离结构(3)由四个“工”字型的方形板组成，每个“工”字型的方形板包括第一连接板(3‑1)、第二连接板(3‑2)、两个分离板(3‑3)、金属扁平管(3‑4)、填充物(3‑5)和导爆索(3‑6)；所述的第一连接板(3‑1)和第二连接板(3‑2)均为截面为“T”型的方形板，方形板两侧设有弧形翼缘，翼缘的长与两个连接板的长度相同，翼缘通过铆钉分别连接在箱间段(1)和斜头锥(2)上；两个连接板之间留有间隔，用于放置中空的金属扁平管(3‑4)，且两个连接板的腹板端部与分离板(3‑3)通过铆钉固定连接在一起，组成一个“工”字型的方形板；分离板(3‑3)的长度与连接板长度相同，宽度大于两个连接板3‑1、3‑2之间的间隔；所述的分离板(3‑3)为平板结构，分离板(3‑3)垂直方向的中心线处设有凹槽，为分离时断裂敏感点，靠近中心线的厚度大于平板两端厚度；所述的金属扁平管(3‑4)内填充有填充物(3‑5)；导爆索(3‑6)沿金属扁平管(3‑4)的中轴线铺设在填充物(3‑5)内，用于分离时提供能量；填充物固定导爆索(3‑6)；所述的填充物(3‑5)为吸能材料，用于吸收爆炸冲击、减少金属扁平管(3‑4)的自由空腔，同时汽化，为分离提供能量。...

【技术特征摘要】
1.一种运载火箭线式捆绑分离装置，其特征在于，所述的运载火箭线式捆绑分离装置为一种整体近似于“工”字型截面的沿火箭轴线方向放置的板结构，包括四组捆绑分离结构，连接火箭芯级的箱间段(1)和助推器的斜头锥(2)，用于芯级与助推器的捆绑连接和分离；所述的每组捆绑分离结构(3)由四个“工”字型的方形板组成，每个“工”字型的方形板包括第一连接板(3-1)、第二连接板(3-2)、两个分离板(3-3)、金属扁平管(3-4)、填充物(3-5)和导爆索(3-6)；所述的第一连接板(3-1)和第二连接板(3-2)均为截面为“T”型的方形板，方形板两侧设有弧形翼缘，翼缘的长与两个连接板的长度相同，翼缘通过铆钉分别连接在箱间段(1)和斜头锥(2)上；两个连接板之间留有间隔，用于放置中空的金属扁平管(3-4)，且两个连接板的腹板端部与分离板(3-3)通过铆钉固定连接在一起，组成一个“工”字型的方形板；分离板(3-3)的长度与连接板长度相同，宽度大于两个连接板3-1、3-2之间的间隔；所述的分离板(3-3)为平板结构，分离板(3-3)垂直方向的中心线处设有凹槽，为分离时断裂敏感点，靠近中心线的厚度大于平板两端厚度；所述的金属扁平管(3-4)内填充有填充物(3-5)；导爆索(3-6)沿金属扁平管(3-4)的中轴线铺设在填充物(3-5)内，用于分离时提供能量；填充物...

【专利技术属性】
技术研发人员：王博，王立朋，陈炳全，毕祥军，蒋亮亮，吴浩，刘观日，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21