CN112377507B - 一种铰链式分离螺母解锁结构 - Google Patents

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Abstract

一种铰链式分离螺母解锁结构，属于运载火箭分离技术领域，以强连接、弱解锁为设计理念，通过分瓣螺母和一系列的铰链式结构完成助推级和芯级的连接与承载。铰链式分离螺母解锁结构采用铰链式分瓣螺母和螺杆采用梯形螺纹进行连接，承载能力大大提高；同时，采用的铰链式分瓣螺母结构能够在连接时被滑筒周向约束形成完整螺纹，并在需要分离时解锁周向约束，以铰链为中心旋转，快速完成螺纹脱扣，进而完成与螺杆的分离；台阶式增益型的线式冗余解锁结构，与铰链式分瓣螺母结构相结合，能够采用较小药量的冗余线式火工品完成整个装置的可靠分离，适应助推分离装置大承载和高工作可靠性的要求。

Description

一种铰链式分离螺母解锁结构
技术领域
本发明涉及一种铰链式分离螺母解锁结构，属于运载火箭分离技术领域。
背景技术
近些年越来越多的运载火箭采用了芯级加助推器的结构。助推器和芯级之间通常采用助推分离装置进行连接，并在指定的时间实现分离功能，是全箭分离***中的重要环节。目前国内的助推分离装置主要采用药圈组件、***螺栓等火工分离装置。其做功的能力是基于火工品释放出的高温高压气体和爆轰波，采用火工品直接作用于起到承载作用的材料，完成承载材料的切割或拉断，达到分离目的。
随着对于助推分离装置承载能力的要求越来越高，如果仍然采用传统的火工分离装置的工作原理进行设计，那么所需要的火工品装药量也会越来越大，分离时产生的冲击值也越来越大。而且目前的分离装置的火工作动部分大多为单点结构，装置工作的可靠性较低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种铰链式分离螺母解锁结构，以强连接、弱解锁为设计理念，通过分瓣螺母和一系列的铰链式结构完成助推级和芯级的连接与承载。铰链式分离螺母解锁结构采用铰链式分瓣螺母和螺杆采用梯形螺纹进行连接，承载能力大大提高；同时，采用的铰链式分瓣螺母结构能够在连接时被滑筒周向约束形成完整螺纹，并在需要分离时解锁周向约束，以铰链为中心旋转，快速完成螺纹脱扣，进而完成与螺杆的分离；台阶式增益型的线式冗余解锁结构，与铰链式分瓣螺母结构相结合，能够采用较小药量的冗余线式火工品完成整个装置的可靠分离，适应助推分离装置大承载和高工作可靠性的要求。
本发明目的通过以下技术方案予以实现：
一种铰链式分离螺母解锁结构，包括滑筒、底盘、连接杆、铰链式分瓣螺母、阻尼环、螺杆、销子、导爆索；其中连接杆、铰链式分瓣螺母、销子均有多个；
每个所述连接杆均贯穿底盘，底盘用于对多个连接杆进行定位；对任一连接杆，其中一端与外部结构一连接，一个销子贯穿安装在连接杆的另一端；铰链式分瓣螺母与销子一一对应铰接；
多个铰链式分瓣螺母围成圆环形，并通过梯形螺纹与螺杆连接；所述滑筒用于对多个铰链式分瓣螺母进行周向约束，且滑筒套在螺杆上；所述阻尼环与螺杆连接，用于固定滑筒并在解锁过程中对滑筒进行限位；
所述滑筒和螺杆之间设有环形腔体，用于放置导爆索，所述导爆索用于解除滑筒对多个铰链式分瓣螺母的周向约束。
上述铰链式分离螺母解锁结构，优选的，还包括销钉，所述阻尼环通过销钉固定滑筒。
上述铰链式分离螺母解锁结构，优选的，还包括起爆接头，所述起爆接头向导爆索发送起爆信号。
上述铰链式分离螺母解锁结构，优选的，还包括密封圈，所述密封圈安装在阻尼环与螺杆之间，用于密封。
上述铰链式分离螺母解锁结构，优选的，所述螺杆上设有环形凹槽，滑筒套在螺杆上，所述凹槽即为环形腔体。
上述铰链式分离螺母解锁结构，优选的，所述螺杆通过球头球窝结构与外部结构二连接。
上述铰链式分离螺母解锁结构，优选的，所述导爆索的两端均设有***，两个***均与起爆接头连接。
上述铰链式分离螺母解锁结构，优选的，所述导爆索起爆后，所述滑筒沿螺杆的轴向滑动，解除滑筒对多个铰链式分瓣螺母的周向约束。
上述铰链式分离螺母解锁结构，优选的，所述多个铰链式分瓣螺母围成圆环形，圆环形在靠近连接杆的一端的外半径大于滑筒的外半径，而另一端外半径小于滑筒的内半径，使得滑筒完成对多个铰链式分瓣螺母的周向约束。
上述铰链式分离螺母解锁结构，优选的，所述铰链式分离螺母解锁结构用于火箭芯级与助推器分离。
本发明相比于现有技术具有如下有益效果：
(1)本发明采用一种铰链式分瓣螺母承载方式，并配合阶梯式冗余解锁结构，配合***和柔性导爆索进行装置解锁，实现大承载、高可靠的冗余解锁分离功能；
(2)铰链式分离螺母解锁结构采用铰链式分瓣螺母和螺杆采用梯形螺纹进行连接，承载能力大大提高；同时，采用的铰链式分瓣螺母结构能够在连接时被滑筒周向约束形成完整螺纹，并在需要分离时解锁周向约束，以铰链为中心旋转，快速完成螺纹脱扣，进而完成与螺杆的分离；
(3)铰链式分离螺母解锁结构采用双柔性导爆索的冗余设计，从火工作动环节实现冗余；每根导爆索均采用2个冗余的***进行起爆，任何一个***起爆均能引爆导爆索，任何一根导爆索工作均能完成装置的分离，大大提高产品的可靠性；
(4)本发明的螺杆采用两级台阶结构，与滑筒安装后形成两个空间差位错开的空腔。从解锁机理上看，两个导爆索工作时都是将滑筒推向同一个方向，两者作用相互增益，这种设计能够有效避免由于殉爆使两根导爆索的工作效果相互产生负面影响，每根索的分离能力减弱；
(5)螺杆采用一体化设计，最大限度的减少了不同零件的连接面数量，进而最大程度的减少密封结构数量，柔性导爆索通过在螺杆零件中的弯折并在槽内环绕一周，工作时在密封的空腔中做功。能够大大提高柔性导爆索的爆轰和做功能力，提高产品可靠性。
附图说明
图1为铰链式分离螺母解锁结构三维图；
图2为铰链式分离螺母解锁结构剖视图；
图3为滑筒结构三维图；
图4为螺杆结构三维图；
图5为阻尼环结构三维图。
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，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步详细描述。
一种铰链式分离螺母解锁结构，包括滑筒2、底盘3、连接杆4、铰链式分瓣螺母6、阻尼环7、螺杆9、销子10、导爆索12；其中连接杆4、铰链式分瓣螺母6、销子10均有多个；
每个所述连接杆4均贯穿底盘3，底盘3用于对多个连接杆4进行定位；对任一连接杆4，其中一端与外部结构一连接，一个销子10贯穿安装在连接杆4的另一端；铰链式分瓣螺母6与销子10一一对应铰接；
多个铰链式分瓣螺母6围成圆环形，并通过梯形螺纹与螺杆9连接；所述滑筒2用于对多个铰链式分瓣螺母6进行周向约束，且滑筒2套在螺杆9上；所述阻尼环7与螺杆9连接，用于固定滑筒2并在解锁过程中对滑筒2进行限位；
所述滑筒2和螺杆9之间设有环形腔体，用于放置导爆索12，所述导爆索12用于解除滑筒2对多个铰链式分瓣螺母6的周向约束。
作为本发明的一种优选方案，还包括销钉1，所述阻尼环7通过销钉1固定滑筒2。
作为本发明的一种优选方案，还包括起爆接头8，所述起爆接头8向导爆索12发送起爆信号。所述导爆索12的两端均设有***，两个***均与起爆接头8连接。
作为本发明的一种优选方案，还包括密封圈11，所述密封圈11安装在阻尼环7与螺杆9之间，用于密封。
作为本发明的一种优选方案，所述螺杆9上设有环形凹槽，滑筒2套在螺杆9上，所述凹槽即为环形腔体。
作为本发明的一种优选方案，所述螺杆9通过球头球窝结构与外部结构二连接。
作为本发明的一种优选方案，所述导爆索12起爆后，所述滑筒2沿螺杆9的轴向滑动，解除滑筒2对多个铰链式分瓣螺母6的周向约束。
作为本发明的一种优选方案，所述多个铰链式分瓣螺母6围成圆环形，圆环形在靠近连接杆4的一端的外半径大于滑筒2的外半径，而另一端外半径小于滑筒2的内半径，使得滑筒2完成对多个铰链式分瓣螺母6的周向约束。
作为本发明的一种优选方案，所述铰链式分离螺母解锁结构用于火箭芯级与助推器分离。
实施例：
本发明的结构如图1和图2所述。铰链式分离螺母解锁结构包括销钉1，滑筒2，底盘3，连接杆4，螺母5，铰链式分瓣螺母6，阻尼环7，起爆接头8，螺杆9，销子10，密封圈11，导爆索12。铰链式分瓣螺母6与螺杆9通过梯形螺纹连接，滑筒2对铰链式分瓣螺母6进行周向约束。铰链式分瓣螺母6通过销子10于连接杆4相连。底盘3用于安装定位。铰链式分离螺母解锁结构主要起着连接运载火箭的助推器和芯级结构，并在分离时刻解锁的功能。
连接功能：12根连接杆4通过螺母5与芯级结构相连。连接杆4的另一端通过销子10与铰链式分瓣螺母6采用过盈配合相连，铰链式分瓣螺母6通过梯形螺纹与螺杆9相连，螺杆9通过球头球窝结构与运载火箭的助推器相连，完成载荷的传递。
解锁功能：解锁时，安装在起爆接头8上的***引爆位于螺杆9的环形空腔内的两根独立的导爆索，产生爆轰，推动滑筒2向左侧运动。爆轰推动滑筒2，如图3所示，克服滑筒2与铰链式分瓣螺母6之间的摩擦阻力并剪断销钉1并向助推端运动，解锁分瓣螺母6的周向约束。分瓣螺母6以销子10为圆心旋转，并与螺杆9的螺牙脱开，完成分离，螺杆9如图4所示。分离后滑筒2和螺杆9随助推器远离，连接杆4和分瓣螺母6的结构跟随芯级继续运动。为了防止滑筒2飞出装置，损伤箭上设备，设计了阻尼环7对运动的滑筒2进行捕捉。阻尼环7如图5所示。
整个结构的设计以强连接、弱解锁为理念。铰链式分瓣螺母6与螺杆9通过梯形螺纹连接进行承载，并通过滑筒2对铰链式分瓣螺母6进行周向约束，周向约束力仅是轴向拉载荷的一个较小的分量。即采用一个较小的约束力，完成大承载，此种承载结构设计相较传统的材料切割式***螺栓结构和药圈组件结构大大提高了承载效率。解锁时，通过柔性导爆索推动滑筒2运动，克服滑筒2与螺杆9之间的摩擦力，完成周向约束的释放。克服的摩擦力相较周向约束力，又小得多。因此通过两次对于轴向拉载荷的转化，真正实现强连接、弱解锁。同时，为了避免由于振动等力学环境引起装置意外解锁，滑筒2与螺杆9通过两个销钉1相连，提高装置的力学环境适应性，防止由于振动等外界力学环境导致误解锁。
铰链式分离螺母装置分离时，依靠导爆索做功，推动滑筒2，剪断销钉1，克服滑筒2与螺杆9之间的摩擦力运动，解锁分瓣螺母6的周向约束。螺杆9与滑筒2之间采用两级台阶结构，安装后形成两个环状空腔。每个空腔内安装一根柔性导爆索。导爆索通过螺杆9上的通道经过两次弯折通过起爆接头8引出，每根导爆索采用两个***冗余起爆。双导爆索、四个***的设计从最终火工品的作动单元环节实现冗余，大大提高产品的工作可靠性。同时，两根导爆索采用空间差位错开，减少工作时的相互影响。并且，从解锁机理上看，两个导爆索工作时都具将滑筒2推向同一个方向，两者作用相互增益，避免由于殉爆使两根导爆索的工作效果相互产生负面影响，每根索的分离能力减弱。同时滑筒与连杆的连接面设有密封圈，增强爆轰作用空间的密闭性，提升爆轰做功效率。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种铰链式分离螺母解锁结构，其特征在于，包括滑筒(2)、底盘(3)、连接杆(4)、铰链式分瓣螺母(6)、阻尼环(7)、螺杆(9)、销子(10)、导爆索(12)；其中连接杆(4)、铰链式分瓣螺母(6)、销子(10)均有多个；
每个所述连接杆(4)均贯穿底盘(3)，底盘(3)用于对多个连接杆(4)进行定位；对任一连接杆(4)，其中一端与外部结构一连接，一个销子(10)贯穿安装在连接杆(4)的另一端；铰链式分瓣螺母(6)与销子(10)一一对应铰接；
多个铰链式分瓣螺母(6)围成圆环形，并通过梯形螺纹与螺杆(9)连接；所述滑筒(2)用于对多个铰链式分瓣螺母(6)进行周向约束，且滑筒(2)套在螺杆(9)上；所述阻尼环(7)与螺杆(9)连接，用于固定滑筒(2)并在解锁过程中对滑筒(2)进行限位；
所述滑筒(2)和螺杆(9)之间设有环形腔体，用于放置导爆索(12)，所述导爆索(12)用于解除滑筒(2)对多个铰链式分瓣螺母(6)的周向约束。
2.根据权利要求1所述的一种铰链式分离螺母解锁结构，其特征在于，还包括销钉(1)，所述阻尼环(7)通过销钉(1)固定滑筒(2)。
3.根据权利要求1所述的一种铰链式分离螺母解锁结构，其特征在于，还包括起爆接头(8)，所述起爆接头(8)向导爆索(12)发送起爆信号。
4.根据权利要求1所述的一种铰链式分离螺母解锁结构，其特征在于，还包括密封圈(11)，所述密封圈(11)安装在阻尼环(7)与螺杆(9)之间，用于密封。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的一种铰链式分离螺母解锁结构，其特征在于，所述螺杆(9)上设有环形凹槽，滑筒(2)套在螺杆(9)上，所述凹槽即为环形腔体。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的一种铰链式分离螺母解锁结构，其特征在于，所述螺杆(9)通过球头球窝结构与外部结构二连接。
7.根据权利要求3所述的一种铰链式分离螺母解锁结构，其特征在于，所述导爆索(12)的两端均设有***，两个***均与起爆接头(8)连接。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的一种铰链式分离螺母解锁结构，其特征在于，所述导爆索(12)起爆后，所述滑筒(2)沿螺杆(9)的轴向滑动，解除滑筒(2)对多个铰链式分瓣螺母(6)的周向约束。
9.根据权利要求1至4中任一项所述的一种铰链式分离螺母解锁结构，其特征在于，所述多个铰链式分瓣螺母(6)围成圆环形，圆环形在靠近连接杆(4)的一端的外半径大于滑筒(2)的外半径，而另一端外半径小于滑筒(2)的内半径，使得滑筒(2)完成对多个铰链式分瓣螺母(6)的周向约束。
10.根据权利要求1至4中任一项所述的一种铰链式分离螺母解锁结构，其特征在于，所述铰链式分离螺母解锁结构用于火箭芯级与助推器分离。
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