一种多次分离的级间分离装置及其分离方法与流程

1.本发明涉及航天航空技术领域，具体涉及一种多次分离的级间分离装置及其分离方法。


背景技术：

2.在航天技术发展历程中，航天器往往采用两级或多级结构以提升运载能力，其中级间分离技术是航天器研究的关键技术之一。航天器的上下级之间通过级间段连接，当下面级工作结束后，一般通过级间分离的方式实现上下级分离，以降低航天器的消极质量，提升运载能力。
3.传统的级间分离一般采用一次分离的方式，在低空风场、发动机流场等干扰影响较大条件下，为避免分离时上下级发生碰撞，提高分离安全性，分离面一般靠近级间段与下面级连接处，分离后级间段随上面级飞行，仍存在一定消极质量，运载能力存在可提升空间。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种多次分离的级间分离装置及其分离方法，以解决现有技术中上面级在分离后存在消极质量而影响运载能力的问题。
5.为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
6.一方面，本技术提供一种多次分离的级间分离装置，包括：
7.下面级、上面级及连接于上述下面级与上面级之间的级间段，上述级间段与上述下面级和上述上面级形成级间空腔，上述级间段包括：
[0008]-级间段前段，其一端与上述上面级固定连接或一体成型；
[0009]-级间段中段，其包括第一分离端和第二分离端，上述第二分离端与上述级间段前段远离上述上面级的一端可拆卸连接，且间隔上述上面级设定距离；
[0010]-级间段后段，其一端与上述级间段中段的第一分离端可拆卸连接，另一端与上述下面级固定连接或一体成型；
[0011]
分离防护件，其与上述级间段前段或上述上面级固定连接，并位于上述级间空腔内，用于为上述级间段中段的分离提供限位和导向。
[0012]
在一些可选的实施例中，上述级间段中段包括多个分离段，每两个分离段之间通过连接段可拆卸连接，位于两端的分离段分别与上述级间段前段和上述级间段后段可拆卸连接。
[0013]
在一些可选的实施例中，上述第二分离端与上述级间段前段通过第二连接解锁装置可拆卸连接，上述第一分离端与上述级间段后段通过第一连接解锁装置可拆卸连接。
[0014]
在一些可选的实施例中，上述第二连接解锁装置沿上述级间段前段的周向布置，上述第一连接解锁装置沿上述级间段后段的周向布置。
[0015]
在一些可选的实施例中，上述第一连接解锁装置与第二连接解锁装置均为爆炸螺栓或切割索等。
[0016]
在一些可选的实施例中，在上述下面级上还设有分离动力装置，上述分离动力装置为分离弹簧或高压气缸或分离发动机等。
[0017]
在一些可选的实施例中，上述上面级还包括发动机，且位于上述级间空腔内。
[0018]
在一些可选的实施例中，上述分离防护件为罩设在上述发动机外的圆筒。
[0019]
在一些可选的实施例中，上述级间段中段上设有第二分离动力装置，用于为上述上面级分离提供推力。
[0020]
另一方面，还提供一种多次分离的级间分离方法，利上述的多次分离的级间分离装置，包括以下步骤：
[0021]
当下面级工作结束后，控制系统发出一次分离指令，级间段后段与级间段中段分离；
[0022]
当上述下面级分离完成后，在发动机工作前或工作时，控制系统发出二次分离指令，级间段中段与级间段前段分离。
[0023]
与现有技术相比，本发明的优点在于：通过将级间段分为级间段前段、级间段中段和级间段后段，并将级间段中段与级间段前段和级间段后段可拆卸连接，从而在分离时，在分离防护件的限位和导向作用下，使级间段中段分离时不会与上面级发生碰撞，使其可以快速安全的分离，从而可以将上面级与级间段的分离点更靠近上面级，通过两次或多次分离，最大限度降低航天器上的消极质量，提高航天器的运载能力。
附图说明
[0024]
为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例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技术的一些实施例，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。
[0025]
图1为本发明一种多次分离的级间分离装置的结构示意图；
[0026]
图2为本发明一种多次分离的级间分离方法的步骤一示意图；
[0027]
图3为本发明一种多次分离的级间分离方法的步骤二示意图。
[0028]
图中：1、下面级；2、上面级；31、级间段前段；32、级间段中段；33、级间段后段；4、分离防护件；5、第一连接解锁装置；6、第二连接解锁装置；7、分离动力装置；8、发动机。
具体实施方式
[0029]
为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0030]
以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细说明。
[0031]
由于传统的级间分离采用一次分离的方式，为避免在低空风场、发动机流场等干扰影响较大条件下，分离时上下级发生碰撞，或与发动机之间出现干扰而造成危险，因此分
离面会靠近下面级连接处，因此即使下面级分离后，仍存在一定的消极质量。
[0032]
如图1所示，本技术提供一种多次分离的级间分离装置，包括下面级1、上面级2、连接在上述下面级1与上面级2之间的级间段，和分离防护件4，上述级间段与上述下面级1和上述上面级2形成级间空腔，且与上面级2、下面级1分别可拆卸连接，分离防护件4位于级间空腔内并与上面级2固定连接，当级间段部分与上面级2分离时，分离防护件4为分离提供限位和导向，避免分离时与其他零部件出现碰撞和干扰。
[0033]
具体的，上述级间段包括级间段前段31、级间段中段32和级间段后段33，级间段前段31的一端与上述上面级2固定连接或一体成型；级间段中段32包括第一分离端和第二分离端，上述第二分离端与上述级间段前段31远离上述上面级2的一端可拆卸连接，且间隔上面级2设定距离；级间段后段33的一端与上述级间段中段32的第一分离端可拆卸连接，另一端与上述下面级1固定连接或一体成型。
[0034]
可以理解，级间段前段31和上面级2可以通过螺栓固定连接在一起或直接将级间段前段31与上面级2一体成型，级间段后段33与下面级1通过螺栓固定连接在一起或直接与下面级1一体成型。这样设置的目的是，可以在不改变上面级和下面级结构的同时，通过设置不同的级间段来实现多次分离的目的，增加了在不同航天器和不同使用场景下，级间段的使用通用性。在本例中，级间段为两端开口的筒形结构，因此分离防护件4位于级间段中段32内，且在上面级2与下面级1之间。
[0035]
具体的，当航天器在第一次分离时，即为下面级1与级间段中段32的第一分离端分离，航天器在第二次分离时，即为级间段中段32的第二分离端与级间段前段31分离。此时由于在级间段空腔内设有分离防护件4，因此，可以避免级间段中段32分离时与其他零部件发生碰撞或干扰而造成危险。也是因为分离防护件4的设置，从而可以将级间段中段32与上面级2之间间隔的距离做出调节，距离上面级2更近，从而可以分离掉更多的消极质量。因此，在第二次分离时，级间段中段32可以在分离防护件4的限位和导向作用下，沿着预设路径分离。
[0036]
可以理解，可以根据需要分离的最大消极质量，控制级间段中段32和上面级2之间设定距离的长短，当然同时需要考虑分离防护件4的限位和导向的范围。
[0037]
在本例中，分离防护件4为罩设在发动机8外的罩体。在其他实施例中，分离防护件4还可以为设置在发动机外的滑轨，与级间段中段32之间滑动配合，使级间段中段32沿设定轨道与上面级2分离。
[0038]
在一些可选的实施例中，上述级间段中段32包括多个分离段，每两个分离段之间通过连接段可拆卸连接，位于两端的分离段分别与级间段前段31和级间段后段33可拆卸分离。
[0039]
需要说明的是，在本例中，将级间段划分为级间段前段、级间段中段和级间段后段，从而实现两次的分离，在其他实施例中，为了更好的控制级间段分离，可以将级间段中段划分为多段，实现多次的分离。在本技术实施例中，以两次的分离为例具体说明。
[0040]
可以理解的是，不论级间段中段32包括的分离段数量为多少，最终是需要将整个级间段中段从上面级分离出去，而多次分离的目的也是为了进一步防止分离时与其他零部件的碰撞和干扰。
[0041]
在一些可选的实施例中，连接段和分离段均可以通过连接解锁装置实现可拆卸连
接，分离时连接解锁装置解锁。
[0042]
在一些可选的实施例中，上述第二分离端与上述级间段前段31通过第二连接解锁装置6可拆卸连接，上述第一分离端与上述级间段后段33通过第一连接解锁装置5可拆卸连接。
[0043]
优选的，上述第一连接解锁装置5与第二连接解锁装置6为爆炸螺栓或切割索等。
[0044]
在一些可选的实施例中，上述第一连接解锁装置5沿上述级间段前段31的周向布置，上述第二连接解锁装置6沿上述级间段后段33的周向布置。
[0045]
可以理解，将第一连接解锁装置5和第二连接解锁装置6均沿着周向布置，以确保下面级1和级间段中段32完全分离。
[0046]
在一些可选的实施例中，在级间段前段31和级间段后段33的周向上均设置有环向切割索，在级间段中段32上还等间距设置有多道沿分离方向的纵向切割索，环向切割索和纵向切割索的连接处设置起爆接头或传爆接头。在级间段中段32分离的过程中，通过环向切割索和纵向切割索对级间段中段的网格切割设计，由单纯的线式切割方式，变为网格切割，从而可以去掉更多的消极质量。此时分离防护件4为罩设在发动机8外的罩体，在分离防护件4的限位和导向作用下，切割的碎屑不会与发动机8或其他零部件碰撞，起到了碎屑的导向以及保护作用。
[0047]
在一些可选的实施例中，在上述下面级1上还设有分离动力装置7。
[0048]
可以理解，分离动力装置7用于为下面级1提供向分离方向相反方向的推力，从而帮助下面级1与级间段分离。
[0049]
具体的，当下面级1需要分离时，上述第一连接解锁装置5将下面级1与级间段后段33解锁，然后分离动力装置7启动使下面级1完全与级间段后段33分离。
[0050]
优选的，上述分离动力装置7为分离弹簧或高压气缸或分离发动机等。
[0051]
在本例中，分离动力装置7沿下面级1的径向间隔设有两个，以为下面级1的分离提供足够的动力。在其他实施例中，分离动力装置7可以设有多个，但需要注意的是，多个分离动力装置7优选为等间距分布，以使下面级1分离时可以沿着轴向脱离而不会发生偏离。
[0052]
在一些可选的实施例中，上述上面级2还包括发动机8，且位于上述级间空腔内。
[0053]
当级间段中段32分离时，可以通过发动机8工作时产生的推力与上面级2分离。
[0054]
可选的，上述分离防护件4为罩设在发动机8外的圆筒。从而将发动机8与级间段中段32完全隔离。
[0055]
这里，分离防护件4可采用质量较轻的薄片结构，以减少分离防护件4的质量。
[0056]
在一些可选的实施例中，上述级间段中段32上设有第二分离动力装置，用于为上面级2的分离提供推力。第二分离动力装置可以为分离弹簧或高压气缸或分离发动机等
[0057]
在一些可选的实施例中，第二分离装置还可以为推动杆，级间段中段32通过推动杆推动，使其分离。具体的，推动杆的一端与上面级2或级间段前段31固定连接，另一端与级间段中段32可拆卸连接，或是推动杆的一端与上面级2或级间段前段31可拆卸连接，另一端与级间段中段固定连接，通过推动杆推动，使得级间段中段32不仅可以向远离上面级2的方向分离，且分离路径可以按照设定路径进行，与分离防护件4一同为级间段中段分分离提供二次限位和导向，进一步避免级间段中段与发动机之间的干扰，使得级间段中段32与上面级2的分离点可以更靠近上面级2，增大消极质量的分离。
[0058]
另一方面，还提供一种多次分离的级间分离方法，利用上述的多次分离的级间分离装置，包括以下步骤：
[0059]
s1：如图2所示，当下面级1工作结束后，控制系统发出一次分离指令，级间段后段33与级间段中段32分离。
[0060]
具体的，级间段后段33与级间段中段32的第一连接解锁装置5在收到一次分离指令后即解锁，此时下面级1上的分离动力装置7开始为下面级1提供向远离级间段中段32方向的动力，使下面级1完全与级间段中段32分离。
[0061]
s2：如图3所示，当上述下面级1分离完成后，在发动机8工作前或工作时，控制系统发出二次分离指令，级间段中段32与级间段前段31分离。
[0062]
这里，当级间段中段32上设有第二动力分离装置时，级间段二次分离的指令可以在发动机8动作前即下达，当级间段中段32需要借助发动机8产生的推力分离，则需要在发动机8工作后下达二次分离指令。当然，应该根据航天器在飞行中需要的分离时机来确定，这里只是举例说明两种不同时机的分离方式需要对级间段中段32配置不同的分离动力装置。
[0063]
当二次分离指令下达后，级间段中段32与级间段前段31之间的第二连接解锁装置6解锁，然后级间段中段32在发动机8或者第二分离动力装置的作用下，与上面级2分离。此时在分离防护件4的限位和导向作用下，级间段中段32不会与发动机8或其他零部件碰撞，因此可以将级间段中段32安全分离，且分离出来的消极质量可以最大化。
[0064]
在一些可选的实施例中，级间段中段32包括多个分离段，且每两个分离段之间通过连接段可拆卸连接，位于两端的分离段分别与级间段前段31和级间段后段33可拆卸连接。
[0065]
在分离时，从最靠近下面级1的分离段开始分离，直至最靠近上面级2的分离段分离完成，从而实现多次分离。
[0066]
分离段的具体数量，根据分离要求和航天器的使用需要具体设置。
[0067]
本发明的一种多次分离的级间分离装置和分离方法，通过在下面级和上面级之间设置可拆卸连接的级间段，并在级间段与上面级和下面级形成级间段空腔内设置分离防护件，从而可以使级间段中段和上面级的分离点更靠近上面级，分离的消极质量更多，且在分离防护件的限位和导向作用下不会与发动机或其他部件发生碰撞和干扰，不仅提高了分离的安全性，且提高了分离的消极质量；将级间段中段分为多个分离段，实现多次分离，从而可以进一步确保级间段与上面级完全脱离的安全性；通过在第一分离端和第二分离端上周向设置第一连接解锁装置和第二连接解锁装置，从而可以确保级间段中段完全分离；通过在下面级上设置分离动力装置，使下面级可以更快速与级间段分离；通过在级间段中段设有第二分离动力装置，可以使级间段中段更快与上面级分离。
[0068]
在本技术的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”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技术和简化描述，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技术的限制。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，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
[0069]
需要说明的是，在本技术中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0070]
以上所述仅是本技术的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本技术。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。