[发明专利]一种运载火箭线式捆绑分离装置

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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。本发明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。本发明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。

本发明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，本发明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。

发明内容

为了解决捆绑火箭点式连接结构产生的应力集中问题，本发明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，本发明的技术方案如下：

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。