一种大厚度无削弱槽、无应力集中、无保护罩分离结构
阅读说明：本技术 一种大厚度无削弱槽、无应力集中、无保护罩分离结构 (Large-thickness weak-groove-free, stress-concentration-free and protective-cover-free separation structure ) 是由 闵昌万 李岩 吴锦涛 汪锐琼 赫志亮 苏晗 唐科 郭永辉 王群 孙璟 侯金瑛 于 2021-06-23 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种大厚度无削弱槽、无应力集中、无保护罩分离结构,属于航天器结构技术领域；包括8个环向聚能切割索组件、4个纵向聚能切割索组件、2个四通起爆组件、6个三通传爆组件和2个起爆器；每4个环向聚能切割索组件首尾依次相连组成环状结构；位于下方环状结构的4个环向聚能切割索组件之间通过4个三通传爆组件互连；位于上方环状结构的4个环向聚能切割索组件之间通过2个四通起爆组件和2个三通传爆组件连接；4个纵向聚能切割索组件轴向竖直设置在2个环状结构之间；每个起爆器分别与一个四通起爆组件对接连通；本发明不需要设置横纵向削弱槽,避免了应力集中效应,不需要X光对中度检查和保护罩憋压实现结构可靠分离。(The invention relates to a large-thickness weak groove-free, stress-concentration-free and protective cover-free separation structure, belonging to the technical field of spacecraft structures; the energy-gathering cutting cable assembly comprises 8 annular energy-gathering cutting cable assemblies, 4 longitudinal energy-gathering cutting cable assemblies, 2 four-way detonating assemblies, 6 three-way detonating assemblies and 2 detonators; every 4 annular energy-gathered cutting cable components are sequentially connected end to form an annular structure; the 4 annular energy-gathering cutting cable assemblies positioned in the lower annular structure are interconnected through 4 three-way explosion-propagating assemblies; 4 annular energy-gathering cutting cable assemblies positioned in the upper annular structure are connected with each other through 2 four-way detonating assemblies and 2 three-way detonating assemblies; 4 longitudinal energy-gathering cutting cable assemblies are axially and vertically arranged between the 2 annular structures; each detonator is respectively communicated with a four-way detonating assembly in a butt joint way; the invention does not need to arrange a transverse and longitudinal weakening groove, avoids the stress concentration effect, and realizes reliable structure separation without X-ray alignment inspection and pressure building of the protective cover.)
技术领域
本发明属于航天器结构技术领域，涉及一种大厚度无削弱槽、无应力集中、无保护罩分离结构。
背景技术
线式分离装置在航天飞行器中的主要功能是在接到分离时序指令时能够迅速切断承载壳体之间的连接。柔性导爆索、聚能切割索、膨胀管-凹槽版等火工线式分离装置具有避免集中连接载荷、重量轻、分离可靠的优点。但是近年来，先进航天飞行器对结构高承载的需求愈加迫切，其承受载荷水平远大于传统飞行载荷，壳体设计厚度大幅提升，非常不利于线式分离功能，尤其是网络切割分离的实现。传统的网络切割分离结构使用导爆索作为主要分离动力源，无法应用于4mm以上厚度高强度铝合金壳体，即使在4mm以下分离厚度的分离装置设计，也需要采用壳体上设置削弱槽和设计保护罩憋压进行辅助切断，结构分离前承载工况下削弱槽带来的集中载荷对结构承载具有显著影响，承载能力大幅下降。另外，传统削弱槽类分离装置的火工品-削弱槽对中性的要求很高，工艺复杂，生产、检验周期很长。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种大厚度无削弱槽、无应力集中、无保护罩分离结构，不需要设置横纵向削弱槽，避免了应力集中效应，不需要X光对中度检查和保护罩憋压实现结构可靠分离。
本发明解决技术的方案是：
一种大厚度无削弱槽、无应力集中、无保护罩分离结构，包括8个环向聚能切割索组件、4个纵向聚能切割索组件、2个四通起爆组件、6个三通传爆组件和2个起爆器；其中，每4个环向聚能切割索组件首尾依次相连组成环状结构；2个环状结构同轴上下放置；位于下方环状结构的4个环向聚能切割索组件之间通过4个三通传爆组件互连；位于上方环状结构的4个环向聚能切割索组件之间通过2个四通起爆组件和2个三通传爆组件连接，且2个四通起爆组件相对设置；2个三通传爆组件相对设置；4个纵向聚能切割索组件轴向竖直设置在2个环状结构之间；且4个纵向聚能切割索组件沿周向均匀分布；4个纵向聚能切割索组件的位置与下方环状结构的4个三通传爆组件的位置一一对应；每个起爆器分别与一个四通起爆组件对接连通。
在上述的一种大厚度无削弱槽、无应力集中、无保护罩分离结构，其中2个纵向聚能切割索组件的轴向顶端与四通起爆组件对接，轴向底端与三通传爆组件对接；另外2个纵向聚能切割索组件的轴向顶端和轴向底端均与三通传爆组件对接。
在上述的一种大厚度无削弱槽、无应力集中、无保护罩分离结构，环向聚能切割索组件和纵向聚能切割索组件的结构形式相同，均实现根据需求对长度和弧度进行调整。
在上述的一种大厚度无削弱槽、无应力集中、无保护罩分离结构，所述环向聚能切割索组件包括聚能切割索、橡胶护套和2个扩爆雷管；其中，2个扩爆雷管分别安装在聚能切割索的轴向两端；环向聚能切割索组件通过扩爆雷管实现与四通起爆组件或三通传爆组件对接连通；橡胶护套沿轴向套装在聚能切割索的外壁，实现将聚能切割索固定安装在待切割待切割壳体的内壁上。
在上述的一种大厚度无削弱槽、无应力集中、无保护罩分离结构，所述纵向聚能切割索组件包括聚能切割索、橡胶护套和2个扩爆雷管；其中，2个扩爆雷管分别安装在聚能切割索的轴向两端；环向聚能切割索组件通过扩爆雷管实现与四通起爆组件或三通传爆组件对接连通；橡胶护套沿轴向套装在聚能切割索的外壁，实现将聚能切割索固定安装在待切割壳体的内壁上。
在上述的一种大厚度无削弱槽、无应力集中、无保护罩分离结构，所述橡胶护套为V形截面结构；V形橡胶护套的开口端与待切割壳体的内壁胶粘；聚能切割索卡在橡胶护套的V形凹槽中实现固定。
在上述的一种大厚度无削弱槽、无应力集中、无保护罩分离结构，所述分离结构的工作过程为：
启动2个起爆器，起爆器将起爆能量通过对应的四通起爆组件传递至与该四通起爆组件连接的2个环向聚能切割索组件和1个纵向聚能切割索组件；并通过其余的三通传爆组件继续传递，直至传递到全部环向聚能切割索组件和纵向聚能切割索组件，实现对待切割壳体的切割。
在上述的一种大厚度无削弱槽、无应力集中、无保护罩分离结构，当环向聚能切割索组件或纵向聚能切割索组件中的扩爆雷管接收到传递来的起爆能量后，驱动聚能切割索脱离橡胶护套的卡槽，通过驱动聚能切割索完成对待切割壳体的切割。
在上述的一种大厚度无削弱槽、无应力集中、无保护罩分离结构，所述待切割壳体厚度为4mm；聚能切割索的线密度为3.9g/m。
在上述的一种大厚度无削弱槽、无应力集中、无保护罩分离结构，所述分离结构切割待切割壳体的时间小于5ms。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)本发明的分离装置具有待切割壳体无需设置削弱槽实现分离后断口整齐、承载上避免应力集中，显著提高航天器分离结构承载效率；
(2)本发明无需安装保护罩进行憋压分离、结构更加简洁轻质化；避免了保护罩壳体安装孔，提高结构承载效率；
(3)本发明安装便捷，工艺简单，减少X光对中性检查环节，缩短航天器此类分离结构研制生产周期。
附图说明
图1为本发明分离结构示意图；
图2为本发明分离结构安装在待切割壳体上示意图；
图3为本发明环向聚能切割索组件或纵向聚能切割索组件结构示意图；
图4为本发明环向聚能切割索组件或纵向聚能切割索组件安装在带切割壳体示意图；
图5为本发明四通起爆组件示意图；
图6为本发明三通传爆组件示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步阐述。
针对传统线式分离装置的缺点，本发明公开一种新型网络切割分离结构设计方案，具有壳体大厚度无需设置削弱槽、无应力集中、无保护罩的优点，能够显著提高航天器分离结构承载效率。
大厚度无削弱槽、无应力集中、无保护罩分离结构，如图1所示，具体包括8个环向聚能切割索组件1、4个纵向聚能切割索组件2、2个四通起爆组件3、6个三通传爆组件4和2个起爆器5；其中，每4个环向聚能切割索组件1首尾依次相连组成环状结构；2个环状结构同轴上下放置；位于下方环状结构的4个环向聚能切割索组件1之间通过4个三通传爆组件4互连；位于上方环状结构的4个环向聚能切割索组件1之间通过2个四通起爆组件3和2个三通传爆组件4连接，且2个四通起爆组件3相对设置；2个三通传爆组件4相对设置；4个纵向聚能切割索组件2轴向竖直设置在2个环状结构之间；且4个纵向聚能切割索组件2沿周向均匀分布；4个纵向聚能切割索组件2的位置与下方环状结构的4个三通传爆组件4的位置一一对应；每个起爆器5分别与一个四通起爆组件3对接连通。其中2个纵向聚能切割索组件2的轴向顶端与四通起爆组件3对接，轴向底端与三通传爆组件4对接；另外2个纵向聚能切割索组件2的轴向顶端和轴向底端均与三通传爆组件4对接。
环向聚能切割索组件1和纵向聚能切割索组件2的结构形式相同，均实现根据需求对长度和弧度进行调整。
具体如图3所示：
环向聚能切割索组件1包括聚能切割索9、橡胶护套10和2个扩爆雷管11；其中，2个扩爆雷管11分别安装在聚能切割索9的轴向两端；环向聚能切割索组件1通过扩爆雷管11实现与四通起爆组件3或三通传爆组件4对接连通；橡胶护套10沿轴向套装在聚能切割索9的外壁，实现将聚能切割索9固定安装在待切割待切割壳体8的内壁上。
纵向聚能切割索组件2包括聚能切割索9、橡胶护套10和2个扩爆雷管11；其中，2个扩爆雷管11分别安装在聚能切割索9的轴向两端；环向聚能切割索组件1通过扩爆雷管11实现与四通起爆组件3或三通传爆组件4对接连通；橡胶护套10沿轴向套装在聚能切割索9的外壁，实现将聚能切割索9固定安装在待切割壳体8的内壁上。
如图4所示，橡胶护套10为V形截面结构；V形橡胶护套10的开口端与待切割壳体8的内壁胶粘；聚能切割索9卡在橡胶护套10的V形凹槽中实现固定。
分离结构的工作过程为：
启动2个起爆器5，起爆器5将起爆能量通过对应的四通起爆组件3传递至与该四通起爆组件3连接的2个环向聚能切割索组件1和1个纵向聚能切割索组件2；并通过其余的三通传爆组件4继续传递，直至传递到全部环向聚能切割索组件1和纵向聚能切割索组件2，实现对待切割壳体8的切割，如图2所示。
当环向聚能切割索组件1或纵向聚能切割索组件2中的扩爆雷管11接收到传递来的起爆能量后，驱动聚能切割索9脱离橡胶护套10的卡槽，通过驱动聚能切割索9完成对待切割壳体8的切割。
待切割壳体8厚度为4mm；聚能切割索9的线密度为3.9g/m。分离结构切割待切割壳体8的时间小于5ms。
本分离装置共设置2个起爆器5，功能冗余，用于传爆2个四通起爆组件3，如图5所示。设置6个三通传爆组件4，如图6所示，用于传爆环向聚能切割索组件1和纵向聚能切割索组件2。
环向聚能切割索组件1和纵向聚能切割索组件2结构形式相同，可根据需要改变其长度和弧度。其具体包括聚能切割索9、橡胶护套10及扩爆雷管11，聚能切割索9胶接于橡胶护套10内部，以保护聚能切割索9并保证安装角度，橡胶护套10采用胶接于待切割壳体8上。其端头设置有扩爆雷管11，用于起爆三通传爆组件4或被四通起爆组件3起爆。
起爆器座设置螺纹孔，用于安装起爆器5。起爆器座后面设置火工品安装槽，用于安装四通起爆组件3和扩爆雷管11限位。四通起爆组件3插入起爆器座中间设置的通孔，与起爆器5应轴向对齐并保持传爆间隙。起爆器座通过通孔与待切割壳体螺接固定。
传爆组件座结构与起爆器座结构类似，仅取消了通孔和螺纹孔，后面设置火工品安装槽，用于安装三通传爆组件4和扩爆雷管11限位。传爆组件座通过通孔与待切割壳体8螺接固定。
工作时，起爆器5工作，传爆四通起爆组件3，再传爆环向聚能切割索组件1和纵向聚能切割索组件2，进而传爆三通传爆组件4，最终所有环向聚能切割索组件1和纵向聚能切割索组件2工作，将待切割壳体8分为4个抛片和上、下面级壳体。
某级间分离采用无削弱槽无防护网络切割分离结构，级间段带切割壳体8采用2A14铝合金材料高强度锻件，分离面不设置削弱槽，名义直径不大于1.5m，轴向承载能力大于7000kN。
环向聚能切割索组件1和纵向聚能切割索组件2胶接于分离壳体8。
2个起爆器5分别安装于2个起爆器座上。
2个起爆器座与壳体8分别采用2个M10高温合金螺栓连接。
6个传爆组件座与壳体8分别采用2个M10高温合金螺栓连接。
起爆器座与传爆组件座材料均为0Cr13Ni8Mo2Al。
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。
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