一種運載火箭載荷拋離裝置的製作方法

2023-05-29 22:58:27 3

本發明屬於火箭載荷拋離技術領域，涉及一種運載火箭載荷拋離裝置。

背景技術：

常用的火箭載荷分離裝置具有分離精度高、時滯小、拋離可靠性高的優點，但是其結構複雜、體積龐大、質量較重、工作時序複雜、對控制系統的要求高，進而導致火箭發射成本高、火箭的有效載荷比較低。所以對於拋離精度要求不太高的作業過程(如落球)，若採用傳統的拋離裝置，顯然不經濟，不合理。

近幾年來，隨著空間發射技術的不斷成熟，空間探索科研任務的日漸增多，促使火箭發射和火箭運載技術正在朝著短周期、低成本、高效率的商業化模式發展。其中，低成本已經成為國內國際商業市場火箭發射的首要考慮因素。而要降低火箭發射成本，必須從火箭發射的各個環節著手去做，包括火箭的外觀設計、結構布局以及各個裝置的合理設計等。所以，設計一種專用於載荷拋離精度要求不高的運載火箭載荷拋離裝置是非常有必要的。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種運載火箭載荷拋離裝置，解決了現有運載火箭中的載荷分離裝置結構複雜，分離成本高，導致有效載荷減小的問題。

本發明所採用的技術方案是，一種運載火箭載荷拋離裝置，包括載荷固定圈，載荷固定圈通過多個支撐杆與火箭上面級頂面固定連接，載荷固定圈的內圈用於坐放載荷；載荷固定圈上端外沿沿圓周均勻固定有多個鉸接耳座，每個鉸接耳座鉸接有一個上鉸鏈；

載荷外輪廓最低點與火箭上面級頂面之間設置有一個中心立柱，中心立柱下端直接與火箭上面級頂面固定，中心立柱下部豎直設置有一個主爆炸螺栓，主爆炸螺栓圓周套裝有擋環，原始狀態時主爆炸螺栓限定擋環向上移動，擋環下表面向下通過主彈簧與火箭上面級頂面頂接；擋環沿圓周鉸接有多個下鉸鏈，每個下鉸鏈通過一個彎連杆與一個中鉸鏈連接，每個中鉸鏈通過一個直連杆與上鉸鏈連接，每個上鉸鏈上端連接有一個向心彎爪，所有的向心彎爪共同圍抱住載荷；

環繞中心立柱設置有四個豎直的彈簧支撐立柱，每個彈簧支撐立柱中部分別安裝有一個副爆炸螺栓，每個副爆炸螺栓中套裝有一個擋板，原始狀態時每個副爆炸螺栓限定所在的擋板向上移動；每個擋板向上連接有一個載荷保護墊塊，每個載荷保護墊塊上端面與載荷的外壁切合，每個擋板下部的彈簧支撐立柱外圓周套裝有一個副彈簧。

本發明的運載火箭載荷拋離裝置，其特徵還在於：

所述的載荷固定圈上端內圈為凹面。

所述的中心立柱的高度低於載荷空間位置的最低點。

所述的彎連杆為一個彎杆，一端與擋環鉸接，另一端與直連杆鉸接，形成兩個轉動副。

所述的上鉸鏈直接固定在載荷固定圈的外壁上，與載荷固定圈成45°的角度鉸接。

所述的主爆炸螺栓與擋環上表面的螺帽成面接觸，擋環下表面與主彈簧為線接觸。

本發明的有益效果是，

1)主要針對運載火箭載荷分離作業中的對載荷拋離精度要求不高的工況，實現載荷的固定、鎖緊、鎖緊打開以及拋離等作業要求，結構設計合理，拋離裝置體積小，質量輕，明顯降低拋射成本。2)當接收到拋離指令時，爆炸螺栓炸開，處於壓縮狀態的彈簧開始釋放，同時推動連杆向上移動帶動向心彎爪旋轉，從而鬆開載荷，載荷在彈簧彈力的作用下拋射出去。

附圖說明

圖1是本發明裝置的結構示意圖；

圖2是圖1中的a-a截面示意圖。

圖中，1.火箭上面級頂面，2.支撐杆，3.彈簧支撐立柱，4.主彈簧，5.副彈簧，6.彎連杆，7.擋板，8.直連杆，9.上鉸鏈，10.向心彎爪，11.載荷，12.載荷固定圈，13.中心立柱，14.載荷保護墊塊，15.副爆炸螺栓，16.中鉸鏈，17.主爆炸螺栓，18.下鉸鏈，19.擋環。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發明進行詳細說明。

參照圖1、圖2，本發明的結構是，包括載荷固定圈12，載荷固定圈12通過多個支撐杆2與火箭上面級頂面1固定連接，載荷固定圈12上端內圈為凹面，載荷固定圈12的內圈坐放有載荷11，以便載荷11的外壁與載荷固定圈12凹面最大可能切合，有效減少和吸收載荷11的振動；載荷固定圈12上端外沿沿圓周均勻固定有多個鉸接耳座，每個鉸接耳座鉸接有一個上鉸鏈9；

載荷11外輪廓最低點與火箭上面級頂面1之間設置有一個中心立柱13，中心立柱13的高度低於載荷11空間位置的最低點；中心立柱13下端直接與火箭上面級頂面1固定，中心立柱13下部豎直設置有一個主爆炸螺栓17，主爆炸螺栓17圓周套裝有擋環19，原始狀態時主爆炸螺栓17限定擋環19向上移動，擋環19下表面向下通過主彈簧4與火箭上面級頂面1頂接；擋環19沿圓周鉸接有多個下鉸鏈18，每個下鉸鏈18通過一個彎連杆6與一個中鉸鏈16連接，每個中鉸鏈16通過一個直連杆8與上鉸鏈9連接，每個上鉸鏈9上端連接有一個向心彎爪10，所有的向心彎爪10共同圍抱住載荷11；

參照圖2，環繞中心立柱13設置有四個豎直的彈簧支撐立柱3，每個彈簧支撐立柱3中部分別安裝有一個副爆炸螺栓15，每個副爆炸螺栓15中套裝有一個擋板7，原始狀態時每個副爆炸螺栓15限定所在的擋板7向上移動；每個擋板7向上連接有一個載荷保護墊塊14，每個載荷保護墊塊14上端面與載荷11的外壁切合，每個擋板7下部的彈簧支撐立柱3外圓周套裝有一個副彈簧5。

彎連杆6為一個彎杆，一端與擋環19鉸接，另一端與直連杆8鉸接，形成兩個轉動副。上鉸鏈9直接固定在載荷固定圈12的外壁上，與載荷固定圈12成45°的角度鉸接。

主爆炸螺栓17與擋環19上表面的螺帽成面接觸，擋環19下表面與主彈簧4為線接觸。主爆炸螺栓17作用有二，一是固定擋環19，二是爆炸後作為鎖緊機構打開的啟動。擋環19既起向下限定一4彈簧的作用，又作為傳動部件。

載荷保護墊塊14的上下面和其他部件之間均沒有任何連接，只是面與面之間的切合。

上述的結構按照功能分為四部分：即由載荷固定圈12和支撐杆2組成的載荷固定機構；由彎連杆6、直連杆8、上鉸鏈9、向心彎爪10、中心立柱13、主爆炸螺栓17、中鉸鏈16、下鉸鏈18、擋環19組成的載荷鎖緊機構；由載荷鎖緊部分外加主彈簧4組成的鎖緊機構打開機構；由彈簧支撐立柱3、副彈簧5、擋板7、載荷保護墊塊14、副爆炸螺栓15組成的載荷拋射機構。

本發明各個功能機構的工作原理分別是，

1)載荷固定機構，將載荷11固定在載荷固定圈12上，在火箭點火前，載荷11處於相對靜止狀態，載荷固定圈12對載荷11的水平和豎直方向的運動起到約束作用。

2)載荷鎖緊機構，載荷11安裝後，給帶鉸鏈的擋環19施加豎直向下的力使擋環19向下運動，此時中鉸鏈16發生旋轉且向外運動，直連杆8帶動向心彎爪10發生逆時針的轉動，直至緊貼在載荷11的表面；然後在中心立柱13上安置主爆炸螺栓17，限定擋環19沿著中心立柱13向上運動，從而對載荷11起到鎖緊作用。

3)鎖緊機構打開機構的工作原理是，火箭在拋射之前的某一個很短的時間，接收到鎖緊裝置打開指令，此時，載荷11主爆炸螺栓17爆炸，處於中心立柱13下部的主彈簧4釋放，推動擋環19快速向上運動，彎連杆6向上移動帶動直連杆8順時針旋轉，所有的向心彎爪10外翻鬆開載荷11，從而使鎖緊裝置快速打開。

4)載荷拋射機構的工作原理是，控制系統發出載荷拋離指令後，如圖2所示，四個副爆炸螺栓15同時爆炸，四個擋板7同時解固，四個副彈簧5同時釋放向上展開，四個副彈簧5釋放出的能量將載荷11拋離出去。

本發明的工作過程是，按照以下動作實施：

步驟1、火箭控制系統發出向心彎爪10打開指令，主爆炸螺栓17起爆，主爆炸螺栓17對擋環19的限定消失；

步驟2、主彈簧4釋放能量向上展開，推動擋環19沿著中心立柱13向上運動，帶動彎連杆6向上運動，直連杆8轉動使向心彎爪10打開；

步驟3、控制系統發出載荷拋射指令，四個副爆炸螺栓15同時起爆，每個副爆炸螺栓15對各自的擋板7的限定消失；

步驟4、四個副彈簧5同時釋放能量向上展開，推動四個擋板7及載荷保護墊塊14沿著彈簧支撐立柱3向上運動，四個副彈簧5作為載荷拋離的動力源將載荷11拋離脫開。

本發明涉及運載火箭搭載的載荷拋離，利用特定剛度的壓縮彈簧作為動力源來實現載荷的拋射，通過簡單的向心彎爪將載荷緊緊固定在固定圈上；通過爆炸螺栓起到固定擋板和啟動拋射的雙重作用；拋離時的啟動時滯小，拋離可靠性高；結構簡單，重量較輕，能夠提高運載火箭的有效載荷，大大降低火箭發射和載荷拋離成本。