用于运载火箭中级间分离的气动分离系统的制作方法

用于运载火箭中级间分离的气动分离系统
1.本技术为申请日为2019年02月13日，申请号为201910116724.5，名称为“用于运载火箭的气动分离系统及运载火箭”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
2.本技术属于运载器技术领域，具体涉及一种用于运载火箭中级间分离的气动分离系统。


背景技术：

3.随着科技的不断进步，运载火箭作为运载工具正从一次性使用阶段向多次重复使用阶段迈进。为了实现运载火箭的多次重复使用，需要对运载火箭的分离子级箭体进行回收。
4.对于分离子级回收复用式的运载火箭而言，在保证运载火箭飞行安全性和可靠性的前提下，应尽量减少整个飞行任务期间对运载火箭分离子级结构、姿态等造成的不良影响。为避免级间分离对分离子级的热流冲击，分离子级回收复用式的运载火箭的级间分离均采用冷分离。目前，国内运载火箭冷分离采用的冲量装置一般为固体小火箭。
5.固体小火箭固连于分离子级箭体，分离过程中固体小火箭的点火工作产生的反向推力使分离子级箭体脱离上面级箭体。然而，固体小火箭属于火工品，其能量集中，分离过程中固体小火箭的热流会严重冲刷分离子级箭体，这会严重影响分离子级箭体回收后的重复使用。另外，虽然现阶段固体小火箭在国内运载火箭上应用普遍，但其本身存在性能不可直接检测的缺点，只能通过增加同批次火工品的生产数量，再抽取充足数量的产品进行地面点火试验来旁证箭上产品的性能。此类消耗性试验不仅成本高昂而且仍然无法对上箭产品的性能进行直接检测。而且火工品均由专业厂家生产，降低成本的难度很大。


技术实现要素：

6.为至少在一定程度上克服相关技术中存在的问题，本技术提供了一种用于运载火箭中级间分离的气动分离系统。
7.根据本技术实施例，本技术提供了一种用于运载火箭中级间分离的气动分离系统，其包括至少一个气瓶、气源输出开关和至少一个气缸；
8.所述气瓶通过充气管路连接气缸，所述气源输出开关设置在所述充气管路上，以控制所述充气管路的通断；
9.在上面级箭体上设置有传力装置，所述传力装置与所述气缸中的气动推杆匹配设置；所述气瓶安装在分离子级箭体的前底上或级间段上；
10.所述气瓶用于充入具有预设压力的压缩气体，且在所述气源输出开关打开时，所述气瓶中存储的压缩气体在经所述充气管路后通过所述气缸中的气动推杆和传力装置推动运载火箭的上面级箭体与分离子级箭体之间彼此分离。
11.上述用于运载火箭中级间分离的气动分离系统中，所述运载火箭的上面级箭体中
只有一个主喷管构型的级间结构时，所述气缸设置两个以上，两个以上的所述气缸局均匀分布在级间段与上面级后短壳之间的级间分离面上；所述传力装置靠近所述级间分离面固连于上面级箭体上；
12.所述气缸中的气动推杆将推力作用于所述传力装置上，实现上面级箭体与分离子级箭体之间的分离。
13.上述用于运载火箭中级间分离的气动分离系统中，所述运载火箭的上面级箭体中只有一个主喷管构型的级间结构时，所述气缸设置一个，所述气缸设置在上面级箭体中的发动机主喷管处；所述传力装置为上面级箭体中的发动机主喷管；
14.所述气缸中的气动推杆将推力作用于所述传力装置上，实现上面级箭体与分离子级箭体之间的分离。
15.进一步地，所述气瓶安装在分离子级箭体的前底上时，所述气缸采用正三棱台结构的固定支架进行固定；所述气瓶设置为六个，每两个所述气瓶为一组，相邻两组所述气瓶用于围绕运载火箭飞行方向的轴线以120
°
间隔均匀设置。
16.进一步地，所述气瓶安装于级间段上时，所述气缸采用正四棱台结构的固定支架进行固定；所述气瓶设置为八个，每两个所述气瓶为一组；各组所述气瓶用于围绕运载火箭飞行方向的轴线以90
°
间隔均匀设置。
17.上述用于运载火箭中级间分离的气动分离系统中，所述运载火箭的上面级箭体中存在多个主喷管构型的级间结构时，所述气缸设置为两个以上，两个以上所述气缸均匀分布于级间段与上面级后短壳之间的级间分离面上；所述传力装置靠近所述级间分离面固连于上面级箭体上；
18.所述气缸中的气动推杆将推力作用于所述传力装置上，实现上面级箭体与分离子级箭体之间的分离。
19.进一步地，所述气瓶设置有八个，所述气缸设置有四个，每两个所述气瓶为一组，相邻两组所述气瓶用于围绕运载火箭飞行方向的轴线以90
°
间隔均匀设置；四个所述气缸均设置在级间段上，各个所述气缸用于围绕运载火箭飞行方向的轴线以90
°
间隔均匀设置，相邻两所述气缸之间设置有一组所述气瓶。
20.上述用于运载火箭中级间分离的气动分离系统中，所述气瓶与气源输出开关连接的所述充气管路上还设置有气瓶压力检测表，所述气瓶压力检测表用于检测所述气瓶输出的压缩气体的压力。
21.上述用于运载火箭中级间分离的气动分离系统中，与所述气瓶连接的所述充气管路的一端设置有充放气口，所述充放气口与气瓶连接的所述充气管路上设置有机械式充气开关。
22.上述用于运载火箭中级间分离的气动分离系统中，所述气缸的一端设置有第一压力检测表，其另一端设置有第二压力检测表；所述第一压力检测表用于检测气缸充气腔的压力，所述第二压力检测表用于检测气缸排气腔的压力。
23.根据本技术的上述具体实施方式可知，至少具有以下有益效果：本技术用于运载火箭中级间分离的气动分离系统，通过设置气瓶、气源输出开关和气缸，气瓶中充入压缩气体，打开气源输出开关，气瓶通过气缸中的气动推杆产生推力，为运载火箭的级间分离能源，本技术能够避免固体小火箭点火对分离子级箭体的羽流冲刷，有利于分离子级箭体的
重复使用。
24.本技术用于运载火箭中级间分离的气动分离系统能够避免火工品性能无法直接检测的缺点，能够直接进行性能检测，从而避免为对飞行试验产品性能进行旁证试验而增加的产品生产和地面点火试验的成本。
25.本技术用于运载火箭中级间分离的气动分离系统原理可靠，结构简单，通用性好，还可以应用于运载火箭整流罩分离及有效载荷分离过程中。对于运载火箭的回收复用和运载火箭的成本控制能够起到积极的作用。
26.应了解的是，上述一般描述及以下具体实施方式仅为示例性及阐释性的，其并不能限制本技术所欲主张的范围。
附图说明
27.下面的所附附图是本技术的说明书的一部分，其示出了本技术的实施例，所附附图与说明书的描述一起用来说明本技术的原理。
28.图1为本技术实施例提供的一种用于运载火箭中级间分离的气动分离系统的结构原理图。
29.图2为本技术实施例提供的一种用于运载火箭中级间分离的气动分离系统在单气缸状态下气瓶与气动推杆在级间分离结构中的结构示意图。
30.图3为本技术实施例提供的一种用于运载火箭中级间分离的气动分离系统在单气缸状态下气瓶安装于分离子级箭体的前底上的结构示意图，其中运载火箭的飞行方向垂直于纸面。
31.图4为本技术实施例提供的一种用于运载火箭中级间分离的气动分离系统在单气缸状态下气瓶安装于级间段的结构示意图，其中运载火箭的飞行方向垂直于纸面。
32.图5为本技术实施例提供的一种用于运载火箭中级间分离的气动分离系统在多气缸状态下气瓶及气动推杆安装于级间结构中的结构示意图之一，其中，气动推杆作用于箭体支座上。
33.图6为本技术实施例提供的一种用于运载火箭中级间分离的气动分离系统在多气缸状态下气瓶及气动推杆安装于级间结构中的结构示意图之二，其中，气动推杆作用于箭体支座上。
34.附图标记说明：
35.1、气瓶；2、气源输出开关；3、气缸；31、气缸推杆；4、充气管路；5、喷管前端管路；6、气瓶压力检测表；7、充放气口；8、机械式充气开关；9、接口；10、第一压力检测表；11、第二压力检测表；12、传力装置；13、固定支架。
具体实施方式
36.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面将以附图及详细叙述清楚说明本技术所揭示内容的精神，任何所属技术领域技术人员在了解本技术内容的实施例后，当可由本技术内容所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本技术内容的精神与范围。
37.本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，但并不作为对本技术的限定。
另外，在附图及实施方式中所使用相同或类似标号的元件/构件是用来代表相同或类似部分。
38.关于本文中所使用的“第一”、“第二”、
…
等，并非特别指称次序或顺位的意思，也非用以限定本技术，其仅为了区别以相同技术用语描述的元件或操作。
39.关于本文中所使用的方向用语，例如：上、下、左、右、前或后等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本创作。
40.关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
41.关于本文中所使用的“及/或”，包括所述事物的任一或全部组合。
42.关于本文中的“多个”包括“两个”及“两个以上”；关于本文中的“多组”包括“两组”及“两组以上”。
43.关于本文中所使用的用语“大致”、“约”等，用以修饰任何可以细微变化的数量或误差，但这些微变化或误差并不会改变其本质。一般而言，此类用语所修饰的细微变化或误差的范围在部分实施例中可为20％，在部分实施例中可为10％，在部分实施例中可为5％或是其他数值。本领域技术人员应当了解，前述提及的数值可依实际需求而调整，并不以此为限。
44.某些用以描述本技术的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本技术的描述上额外的引导。
45.本技术用于运载火箭中级间分离的气动分离系统能够为运载火箭的级间分离提供能源。
46.如图1所示，本实施例提供的用于运载火箭中级间分离的气动分离系统包括至少一个气瓶1、气源输出开关2和至少一个气缸3。各气瓶1均与充气管路4连接，气瓶1通过充气管路4与气源输出开关2的一端连接。气源输出开关2的另一端通过喷管前端管路5与各气缸3连接。
47.在上面级箭体上设置有传力装置12，传力装置12与气缸3中的气动推杆31匹配设置。
48.气瓶1用于充入具有预设压力的压缩气体，且在气源输出开关2打开时，气瓶1中存储的压缩气体在经充气管路4后通过气缸3中的气动推杆31推动传力装置，使运载火箭的上面级箭体与分离子级箭体之间彼此分离。
49.其中，气瓶1安装在分离子级箭体的前底上或级间段上。
50.对于上面级箭体中只有一个主喷管构型的级间结构，可以使用两个以上气缸3，即多气缸状态。将两个以上气缸3均匀分布于级间段与上面级后短壳之间的级间分离面上。传力装置12固连于上面级箭体上，且靠近级间分离面。气缸3中的气动推杆31将推力作用于传力装置12上，实现上面级箭体与分离子级箭体之间的分离。
51.其中，传力装置12具体为传力支座，传力支座固连于上面级箭体上，且靠近级间分离面。
52.当然，如图2所示，对于上面级箭体中只有一个主喷管构型的级间结构，还可以使用一个气缸3，即单气缸状态。将气缸3设置在上面级箭体中的发动机主喷管处。传力装置12具体采用上面级箭体中的发动机主喷管，该发动机主喷管的作用相当于传力支座的作用。
气缸3中的气动推杆31将推力作用于传力装置12上，实现上面级箭体与分离子级箭体之间的分离。
53.如图3所示，当气瓶1安装于分离子级箭体的前底上时，气缸3采用正三棱台结构的固定支架13进行固定。在本实施例中，用于运载火箭中级间分离的气动分离系统包括六个气瓶1，每两个气瓶1为一组，分为三组。相邻两组气瓶1用于围绕运载火箭飞行方向的轴线以120
°
间隔均匀设置。
54.如图4所示，当气瓶1安装于级间段上时，气缸3采用正四棱台结构的固定支架13进行固定。在本实施例中，用于运载火箭中级间分离的气动分离系统包括八个气瓶1，每两个气瓶1为一组，分为四组。各组气瓶1用于围绕运载火箭飞行方向的轴线以90
°
间隔均匀设置。
55.如图5所示，对于上面级箭体中存在多个主喷管构型的级间结构，可以使用两个以上气缸3，即多气缸状态，将两个以上气缸3均匀分布于级间段与上面级后短壳之间的级间分离面上。传力装置12固连于上面级箭体上，且靠近级间分离面。气缸3中的气动推杆31将推力作用于传力装置12上，实现上面级箭体与分离子级箭体之间的分离。
56.其中，传力装置12具体采用传力支座，传力支座固连于上面级箭体上，且靠近级间分离面。
57.如图6所示，用于运载火箭中级间分离的气动分离系统包括八个气瓶1和四个气缸3，每两个气瓶1为一组，分为四组。相邻两组气瓶1用于围绕运载火箭飞行方向的轴线以90
°
间隔均匀设置。四个气缸3均设置在级间段上，各个气缸3用于围绕运载火箭飞行方向的轴线以90
°
间隔均匀设置，相邻两气缸3之间设置有一组气瓶1。
58.运载火箭起飞准备阶段，通过充放气口7给气瓶1充压缩气体至所需压力。其中，压缩气体可以为压缩空气、氮气和氦气等气体中的一种或多种。
59.运载火箭进行级间分离时，气源输出开关2打开，气缸3的充气腔充压，气动推杆31推动上面级箭体上的传力装置12，使上面级箭体与分离子级箭体分离。气动推杆31达到其行程而停止运动时，上面级箭体与分离子级箭体之间存在相对速度。上面级箭体与分离子级箭体各自继续运动直至完成级间分离，传力装置12随上面级箭体发射出去，气动分离系统随分离子级箭体返回地面。
60.在本实施例中，气瓶1与气源输出开关2连接的充气管路4上还设置有气瓶压力检测表6，气瓶压力检测表6用于检测气瓶1输出的压缩气体的压力。通过气瓶压力检测表6检测到的压力能够对系统是否正常进行定量分析。可以理解的是，气瓶压力检测表6可以通过电缆与气瓶压力监测设备连接。
61.在本实施例中，与气瓶1连接的充气管路4的一端设置有充放气口7。充放气口7与气瓶1连接的充气管路4上设置有机械式充气开关8。运载火箭起飞准备阶段，可以打开机械式充气开关8，通过充放气口7向气瓶1中充入压缩气体。
62.另外，还可以在机械式充气开关8与气瓶1连接的充气管路4上设置接口9，气瓶1通过该接口9与箭体增压输送系统连接，这样能够实现本技术用于运载火箭中级间分离的气动分离系统与箭体增压输送系统的气源共用。当气瓶1与箭体增压输送系统连接时，为保证箭体增压输送系统的正常工作，可以根据箭体增压输送系统所需要的气体类型确定气瓶1中所需充入的压缩气体的类型。
63.在本实施例中，气缸3的一端设置有第一压力检测表10，其另一端设置有第二压力检测表11。其中，第一压力检测表10用于检测气缸3充气腔的压力，第二压力检测表11用于检测气缸3排气腔的压力。通过设置第一压力检测表10和第二压力检测表11，能够测量气缸3的充气腔和排气腔的压力变化，从而检测气缸3的工作状态是否正常。可以理解的是，第一压力检测表10和第二压力检测表11均可以通过电缆与气缸3压力监测设备连接。
64.可以理解的是，根据分离前的初始状态和分离过程要求，可以确定分离力的大小，从而确定气缸3的缸径、充压压力等要求，进而核算用气量的多少，确定所需气瓶1的体积和气瓶1初始充压压力。
65.气瓶1与充气管路4之间采用螺纹连接，且连接处设置密封件，使其具备密封性。气缸3与喷管前端管路5之间采用螺纹连接或焊接，采用螺纹连接时连接处设置密封件，使其具备密封性。
66.本技术用于运载火箭中级间分离的气动分离系统在总装测试过程中，可以在各分离面尚未进行连接前给气瓶1充气，打开气源输出开关2，检查气缸3是否正常工作，也可通过气瓶压力检测表6检测到的压力对系统是否正常做定量分析；在实际飞行工况中，还可以通过对遥测到的压力信号的分析判定系统是否正常工作。
67.本技术用于运载火箭中级间分离的气动分离系统通过设置气瓶压力检测表6、第一压力检测表10和第二压力检测表11，能够在总装测试过程中或运载火箭的实际飞行过程中，辅助定量分析用于运载火箭中级间分离的气动分离系统是否正常工作，从而能够完全避免火工品固有的无法直接进行性能检测的先天缺陷，进而能够避免为旁证飞行产品的可靠性而进行的对同批次产品增加产品生产数量并进行大范围抽检点火的消耗性旁证试验，能够显著降低成本。
68.本技术用于运载火箭中级间分离的气动分离系统作为运载火箭的分离能源，用于级间分离过程中，能够避免固体小火箭点火对分离子级箭体的羽流冲刷，有利于分离子级箭体的重复使用。
69.本技术用于运载火箭中级间分离的气动分离系统本身具备性能直接检测效果，能够避免火工品性能无法直接检测的缺点，从而避免为对飞行试验产品性能进行旁证试验而增加的产品生产和地面点火试验的成本。
70.本技术用于运载火箭中级间分离的气动分离系统原理可靠，结构简单，通用性好，还可以应用于运载火箭整流罩分离及有效载荷分离过程中。对于运载火箭的回收复用和运载火箭的成本控制能够起到积极的作用。
71.以上所述仅为本技术示意性的具体实施方式，在不脱离本技术的构思和原则的前提下，任何本领域的技术人员所做出的等同变化与修改，均应属于本技术保护的范围。