一种整流罩斜推轴向分离装置的制作方法

1.本发明涉及飞行器抛罩分离技术领域，具体为一种整流罩斜推轴向分离装置。


背景技术：

2.分离发射问题是航空、航天和武器领域系统中需要解决的一类重大问题。当运载器飞行于大气层较为稀薄的高度时，所受到的大气阻力作用已经十分微小，有效载荷也不再需要整流罩的保护，为了节约燃料，改善飞行器的质量特性，提高飞行性能，需要将整流罩抛离以减小结构重量。
3.整流罩轴向分离方式是火箭整流罩的一种常见的分离方式，整流罩与末级存在较长的重叠距离。整流罩分离过程中质量、质心转动惯量，弹簧力的偏离及弹簧分离机构的形位公差可能会造成壳体与有效载荷发生碰撞。随着火箭的运力的提升不断增加，火箭末级的有效载荷占用整流罩有效包络空间越来越大，使得整流罩分离机构布置的空间越来越小。现有整流罩分为锥段和柱段两部分。当柱段部分轴向距离比较小时，柱段部分不足以竖直安装分离机构，如果分离机构径向内移竖直安装，分离机构会占用整流罩较大的包络空间。如何为有效载荷提供足够的包络空间，并且减小分离过程中因质量、质心转动惯量，弹簧力的偏离及弹簧分离机构形位公差产生的附加分离角速度是整流罩轴向分离亟待解决的问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于解决上述背景技术中的问题，实现整流罩安全稳定分离的同时使分离装置占用的整流罩包络空间尽可能小，而提出一种整流罩斜推轴向分离装置。
5.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.一种整流罩斜推轴向分离装置，包括弹簧分离机构、扁形球窝底座、铰链座；
7.所述弹簧分离机构包括套筒、分离弹簧和弹簧推杆，所述套筒为直柱筒，其一端设为封闭端，该封闭端的外端面上设有第一耳片，另一端开口，所述分离弹簧的长度小于所述套筒的长度，所述分离弹簧设于所述套筒中，并且其一端嵌入所述套筒封闭端的内端面，所述弹簧推杆为直杆设于所述套筒内，其一端设有扁形球头且朝向所述套筒的开口端位于所述套筒外，另一端紧贴所述分离弹簧的另一端，所述分离弹簧推动所述弹簧推杆给整流罩的分离提供推力，所述弹簧推杆具有导向功能，有效导向距离278mm，保证整流罩分离姿态平稳和分离安全；
8.所述扁形球窝底座上设有与所述扁形球头形状相适应的凹槽，且所述扁形球窝底座设于整流罩末级的端框上，所述扁形球头卡接到所述扁形球窝底座上的凹槽中，整流罩和末级因质量、质心、转动惯量、弹簧推力偏离标准值及弹簧分离机构的形位公差等会使整流罩在分离过程中产生附加弯矩，从而产生附加角速度，由于扁形球窝的限位，扁形球头只能在扁形球窝中平面内转动，因此可以减小整流罩分离产生的附加角速度，所述铰链座上设有第二耳片且所述铰链座设于整流罩内壁，所述第一耳片通过销轴与所述第二耳片铰
接，使所述弹簧套筒能绕所述铰链座转动且和所述扁形球头在同一平面内转动；
9.所述扁形球头与所述扁形球窝底座抵接后，所述第一耳片与所述铰链座连接后，所述分离弹簧处于压缩状态且所述弹簧分离机构与整流罩轴线之间存在夹角，压缩状态的分离弹簧用来给整流罩分离提供推力，弹簧分离机构与整流罩轴线之间存在夹角可以使弹簧分离机构占用的整流罩包络空间更小，整流罩分离过程中，扁形球头在扁形球窝中平面内向远离有效载荷方向转动，套筒绕铰链座向靠近有效载荷方向转动，铰链座、扁形球头和扁形球窝的配合工作解决了因弹簧分离机构与整流罩轴线之间存在夹角而导致的分离过程中的卡滞问题。
10.优选的，所述弹簧分离机构与整流罩轴线之间的夹角为2
°‑
20
°
，夹角设为2
°‑
20
°
所述弹簧分离机构占用的整流罩包络空间最小。
11.优选的，所述套筒开口端设有推杆限位结构，相应的所述弹簧推杆的另一端设有圆环台，两者配合，分离工作结束后保证弹簧推杆卡在套筒内，随整流罩与末级分离。
12.更为优选的，所述推杆限位结构为圆环，其内圆直径小于所述圆环台的直径。
13.优选的，还包括弹簧分离机构转动限位装置，所述弹簧分离机构转动限位装置为ω形卡箍，其两端设有螺孔的安装片用螺栓分别固定于所述弹簧分离机构两侧的整流罩内壁上，所述弹簧分离机构(的套筒)位于ω形的半圆环内，弹簧推杆行程完成后，转动限位装置可限制整流罩分离后弹簧分离机构的转动角度，避免弹簧分离机构与舱内有效载荷发生磕碰。
14.优选的，设于整流罩上的所述弹簧分离机构不少于三个，以便给整流罩的分离提供足够的推力。
15.更为优选的，设于整流罩上的所述弹簧分离机构为四个，沿周向均布在整流罩上。
16.与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
17.1、本发明的整流罩分离装置，能够为有效载荷提供足够的包络空间，并且保证分离过程中整流罩与有效载荷的安全距离，解决整流罩内部空间有限，不足以安装弹簧分离机构的问题；
18.2、采用扁形球头和扁形球窝配合的方式，使推杆只具有面内转动功能，并且弹簧套筒具有导向功能，减小整流罩和末级因质量、质心、转动惯量、弹簧推力偏离标准值及弹簧分离机构的形位公差产生的附加分离角速度，提高分离安全性；
19.3、整流罩分离过程中，扁形球头在扁形球窝中平面内向远离有效载荷方向转动，套筒绕铰链座向靠近有效载荷方向转动，铰链座、扁形球头和扁形球窝的配合工作解决了因弹簧分离机构与整流罩轴线之间存在夹角而导致的分离过程中的卡滞问题，使本发明的工作可靠；
20.4、采用四个弹簧分离机构均匀布置作为分离动力源，分离过程中冲击较小，分离同步性好，分离速度快，分离可靠性高；
21.5、本发明整流罩分离装置，结构简单，体积小巧，紧凑，应用在整流罩上，分离前与整流罩为一体结构，设计合理，实用性强；
22.6、分离结束后，分离弹簧、弹簧推杆、套筒随整流罩分离，减小末级质量，提高火箭运载能力。
附图说明
23.图1为弹簧分离机构布局示意图；
24.图2为整流罩和末级的剖视图；
25.图3为弹簧分离机构剖视图；
26.图4为扁形球头和扁形球窝示意图；
27.图5为弹簧分离机构运动示意图；
28.图5a为图5的a局部放大示意图；
29.图6为弹簧分离机构转动限位装置示意图。
30.图中；1
‑
弹簧分离机构，2
‑
扁形球窝底座，3
‑
铰链座，4
‑
套筒，5
‑
分离弹簧，6
‑
弹簧推杆，7
‑
第一耳片，8
‑
扁形球头，9
‑
凹槽，10
‑
整流罩，11
‑
整流罩末级，12
‑
第二耳片，13
‑
整流罩轴线，14
‑
推杆限位结构，15
‑
圆环台，16
‑
转动限位装置，17
‑
销轴，18
‑
ω形卡箍，19
‑
安装片，20
‑
半圆环。
具体实施方式
31.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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做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。
32.实施例1
33.如图1
‑
图5所示，一种整流罩斜推轴向分离装置，包括弹簧分离机构、扁形球窝底座、铰链座；
34.所述弹簧分离机构包括套筒、分离弹簧和弹簧推杆，所述套筒为直柱筒，本实施例中套筒为直圆柱筒，其一端设为封闭端，该封闭端的外端面上设有第一耳片，另一端开口，所述分离弹簧的长度小于所述套筒的长度，所述分离弹簧设于所述套筒中，并且其一端嵌入所述套筒封闭端的内端面，所述弹簧推杆为直杆设于所述套筒内，其一端设有扁形球头且朝向所述套筒的开口端位于所述套筒外，另一端紧贴所述分离弹簧的另一端，所述分离弹簧推动所述弹簧推杆给整流罩的分离提供推力，所述弹簧推杆具有导向功能，有效导向距离278mm，保证整流罩分离姿态平稳和分离安全；
35.所述扁形球窝底座上设有与所述扁形球头形状相适应的凹槽，且所述扁形球窝底座设于整流罩末级的端框上，所述扁形球头卡接到所述扁形球窝底座上的凹槽中，整流罩和末级因质量、质心、转动惯量、弹簧推力偏离标准值及弹簧分离机构的形位公差等会使整流罩在分离过程中产生附加弯矩，从而产生附加角速度，由于扁形球窝的限位，扁形球头只能在扁形球窝中平面内转动，因此可以减小整流罩分离产生的附加角速度ωy和ωz，如图5所示，其中x,y为图5中坐标轴的方向，所述铰链座上设有第二耳片且所述铰链座设于整流罩内壁，所述第一耳片通过销轴与所述第二耳片铰接，使所述弹簧套筒能绕所述铰链座转动且和所述扁形球头在同一平面内转动；
36.所述扁形球头与所述扁形球窝底座抵接后，所述第一耳片与所述铰链座连接后，所述分离弹簧处于压缩状态且所述弹簧分离机构与整流罩轴线之间存在夹角，压缩状态的分离弹簧用来给整流罩分离提供推力，弹簧分离机构与整流罩轴线之间存在夹角可以使弹
簧分离机构占用的整流罩包络空间更小，分离过程中弹簧分离机构的运动过程如图5所示，深黑色标识的弹簧分离机构为初始状态，浅黑色标识的弹簧分离机构为推杆行程结束状态，分离过程中，扁形球头在扁形球窝中平面内向远离有效载荷方向转动，如图5细箭头方向为推杆转动方向；套筒绕整流罩内壁铰链座向靠近有效载荷方向转动，如图5粗箭头方向为套筒转动方向，铰链座、扁形球头和扁形球窝的配合工作解决了因弹簧分离机构与整流罩轴线之间存在夹角而导致的分离过程中的卡滞问题。
37.设于整流罩上的所述弹簧分离机构为四个，沿周向均布在整流罩上。
38.本发明一种整流罩斜推轴向分离装置工作过程为：
39.1、接到分离指令后，用于连接整流罩与末级的四个爆炸螺栓解锁；
40.2、四个处于压缩状态的分离弹簧伸张推动弹簧推杆，弹簧推杆推动末级，弹簧分离机构受到的反作用力作用在整流罩上；
41.3、整流罩和末级在弹簧分离机构作用下发生相对运动，套筒和推杆分别绕铰链座和扁形球窝支座转动，整流罩和末级相对平移255mm；
42.4、弹簧推杆与末级分开，整流罩由惯性继续轴向运动至与末级完全脱离。
43.实施例2
44.如图1
‑
图6所示，一种整流罩斜推轴向分离装置，包括弹簧分离机构、扁形球窝底座、铰链座；
45.所述弹簧分离机构包括套筒、分离弹簧和弹簧推杆，所述套筒为直柱筒，本实施例中套筒为直圆柱筒，其一端设为封闭端，该封闭端的外端面上设有第一耳片，另一端开口，所述分离弹簧的长度小于所述套筒的长度，所述分离弹簧设于所述套筒中，并且其一端嵌入所述套筒封闭端的内端面，所述弹簧推杆为直杆设于所述套筒内，其一端设有扁形球头且朝向所述套筒的开口端位于所述套筒外，另一端紧贴所述分离弹簧的另一端，所述分离弹簧推动所述弹簧推杆给整流罩的分离提供推力，所述弹簧推杆具有导向功能，有效导向距离278mm，保证整流罩分离姿态平稳和分离安全；
46.所述扁形球窝底座上设有与所述扁形球头形状相适应的凹槽，且所述扁形球窝底座设于整流罩末级的端框上，所述扁形球头卡接到所述扁形球窝底座上的凹槽中，整流罩和末级因质量、质心、转动惯量、弹簧推力偏离标准值及弹簧分离机构的形位公差等会使整流罩在分离过程中产生附加弯矩，从而产生附加角速度，由于扁形球窝的限位，扁形球头只能在扁形球窝中平面内转动，因此可以减小整流罩分离产生的附加角速度ωy和ωz，如图5所示，其中x,y为图5中坐标轴的方向，所述铰链座上设有第二耳片且所述铰链座设于整流罩内壁，所述第一耳片通过销轴与所述第二耳片铰接，使所述弹簧套筒能绕所述铰链座转动且和所述扁形球头在同一平面内转动；
47.所述扁形球头与所述扁形球窝底座抵接后，所述第一耳片与所述铰链座连接后，所述分离弹簧处于压缩状态且所述弹簧分离机构与整流罩轴线之间存在夹角，压缩状态的分离弹簧用来给整流罩分离提供推力，弹簧分离机构与整流罩轴线之间存在夹角可以使弹簧分离机构占用的整流罩包络空间更小，分离过程中弹簧分离机构的运动过程如图5所示，深黑色标识的弹簧分离机构为初始状态，浅黑色标识的弹簧分离机构为推杆行程结束状态，分离过程中，扁形球头在扁形球窝中平面内向远离有效载荷方向转动，如图5细箭头方向为推杆转动方向；套筒绕整流罩内壁铰链座向靠近有效载荷方向转动，如图5粗箭头方向
为套筒转动方向，铰链座、扁形球头和扁形球窝的配合工作解决了因弹簧分离机构与整流罩轴线之间存在夹角而导致的分离过程中的卡滞问题。
48.所述弹簧分离机构与整流罩轴线之间的夹角为2
°‑
20
°
，夹角设为2
°‑
20
°
所述弹簧分离机构占用的整流罩包络空间最小，本实施例中，所述弹簧分离机构与整流罩轴线之间的夹角为2
°
，另一实施例中为11
°
，另一实施例中为20
°
。
49.所述套筒开口端设有推杆限位结构，相应的所述弹簧推杆的另一端设有圆环台，两者配合，分离工作结束后保证弹簧推杆卡在套筒内，随整流罩与末级分离。
50.还包括弹簧分离机构转动限位装置，所述弹簧分离机构转动限位装置为ω形卡箍，其两端设有螺孔的安装片用螺栓分别固定于所述弹簧分离机构两侧的整流罩内壁上，所述弹簧分离机构(的套筒)位于ω形的半圆环内，弹簧推杆行程完成后，转动限位装置可限制整流罩分离后弹簧分离机构的转动角度，避免弹簧分离机构与舱内有效载荷发生磕碰。
51.设于整流罩上的所述弹簧分离机构为四个，沿周向均布在整流罩上。
52.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。