一种适用于火工作动装置的吸能缓冲捕获器的制作方法

1.本发明属于航天器结构技术领域，尤其涉及一种适用于火工作动装置的吸能缓冲捕获器。


背景技术：

2.航天飞行器中使用多种火工作动装置。其中爆炸螺栓、分离螺母等连接分离功能的火工作动装置在作动中会产生一个沿装置轴向高速运动的杆状结构。为避免运动物体形成多余物，损坏其他结构，需要设置捕获器对高速杆状结构进行捕获。相应的减速过程中，会产生较大的冲击响应，对附近敏感结构、元器件等产生较强烈的冲击作用，产生不利影响。


技术实现要素：

3.本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种适用于火工作动装置的吸能缓冲捕获器，具有吸能缓冲效果好、冲击响应低、安装便捷的优点。
4.本发明目的通过以下技术方案予以实现：一种适用于火工作动装置的吸能缓冲捕获器，包括：上安装壳、吸能结构、下安装壳、弹爪衬套和压片螺钉；其中，所述上安装壳的一端与所述下安装壳的一端相连接；所述吸能结构设置于所述上安装壳的内部；所述弹爪衬套设置于所述下安装壳的内部，并且所述弹爪衬套罩于火工作动装置的连接螺母组和火工作动装置的螺杆结构的外表面；所述下安装壳的另一端通过所述压片螺钉与火工作动装置的被连接件相连接。
5.上述适用于火工作动装置的吸能缓冲捕获器中，所述下安装壳包括下安装壳螺纹段、圆通部、外翻法兰和下安装壳上端面；其中，所述圆通部的一端与所述下安装壳螺纹段相连接，所述圆通部的另一端与所述外翻法兰相连接；所述外翻法兰开设有通孔，所述压片螺钉的一端穿过通孔与火工作动装置的被连接件相连接。
6.上述适用于火工作动装置的吸能缓冲捕获器中，所述压片螺钉包括螺帽、螺杆、螺纹柱段和压片环；其中，所述螺帽、螺杆和所述螺纹柱段依次相连接；所述压片环套设于所述螺杆的外表面，所述压片环与所述螺帽相压接。
7.上述适用于火工作动装置的吸能缓冲捕获器中，还包括：螺钉缓冲胶环；其中，所述螺钉缓冲胶环套设于所述螺杆的外表面，所述螺钉缓冲胶环位于所述压片环与所述外翻法兰之间。
8.上述适用于火工作动装置的吸能缓冲捕获器中，还包括：捕获器缓冲胶垫；其中，所述捕获器缓冲胶垫位于所述被连接件与所述外翻法兰之间。
9.上述适用于火工作动装置的吸能缓冲捕获器中，所述上安装壳包括上安装壳螺纹段和中端面；其中，所述上安装壳螺纹段与所述下安装壳螺纹段相连接，所述中端面设置于所述上安装壳螺纹段的内部，所述中端面与所述下安装壳上端面相接触。
10.上述适用于火工作动装置的吸能缓冲捕获器中，所述弹爪衬套包括法兰、弹爪和
直段；其中，所述弹爪的一端与所述法兰相连接，所述直段一端与所述法兰相连接；所述弹爪和所述直段沿着所述法兰的圆周方向间隔排列；所述外翻法兰的底部设置有内凹环，所述内凹环将所述法兰压在所述捕获器缓冲胶垫的上表面。
11.上述适用于火工作动装置的吸能缓冲捕获器中，所述弹爪为内翻的弧弹簧悬臂。
12.上述适用于火工作动装置的吸能缓冲捕获器中，所述吸能结构为由多个点阵胞元组成的点阵结构。
13.上述适用于火工作动装置的吸能缓冲捕获器中，每个点阵胞元包括反σ形结构、中间连梁和正σ形结构；其中，所述中间连梁的一端与所述反σ形结构的中部相连，所述中间连梁的另一端与所述正σ形结构的中部相连。
14.本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
15.(1)本发明对火工作动装置结构和功能实现无影响；
16.(2)本发明吸能缓冲效果好、冲击响应低，较好的隔离火工冲击，能够为需要低冲击环境的航天器部件提供良好的环境条件；
17.(3)本发明装置结构紧凑，外形尺寸小，结构重量轻、安装便捷。
附图说明
18.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
19.图1是本发明实施例提供的适用于火工作动装置的吸能缓冲捕获器的结构示意图；
20.图2是本发明实施例提供的上安装壳结构图；
21.图3是本发明实施例提供的双σ形点阵吸能结构外形图。
22.图4(a)是本发明实施例提供的双σ形点阵吸能结构原理图；
23.图4(b)是本发明实施例提供的点阵胞元的结构示意图；
24.图4(c)是本发明实施例提供的点阵胞元的另一结构示意图；
25.图5是本发明实施例提供的下安装壳结构原理图；
26.图6是本发明实施例提供的弹爪衬套外形图。
27.图7是本发明实施例提供的压片螺钉外形图；
28.图8是本发明实施例提供的螺钉缓冲胶环外形图；
29.图9是本发明实施例提供的捕获器缓冲胶垫外形图。
具体实施方式
30.下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
31.图1是本发明实施例提供的适用于火工作动装置的吸能缓冲捕获器的结构示意
图。如图1所示，该适用于火工作动装置的吸能缓冲捕获器包括上安装壳1、吸能结构2、下安装壳3、弹爪衬套4和压片螺钉5。其中，
32.上安装壳1的一端与下安装壳3的一端相连接；吸能结构2设置于上安装壳1的内部；弹爪衬套4设置于下安装壳3的内部，并且弹爪衬套4罩于火工作动装置的连接螺母组9和火工作动装置的螺杆结构10的外表面；下安装壳3的另一端通过压片螺钉5与火工作动装置的被连接件8相连接。
33.吸能缓冲捕获器将连接螺母组9和火工作动装置螺杆结构10容纳在弹爪衬套4下部。螺母和螺杆深入捕获器内的高度h01不大于弹爪衬套上缘与双σ形点阵吸能结构2下端面的距离h02。
34.吸能缓冲捕获器通过压片螺钉5固定在被连接件8上。压片螺钉的螺纹段5.3拧入连接件8上对应的螺纹孔中。螺钉缓冲胶环6的中心通孔6.1(如图8所示)套装在压片螺钉5的螺杆5.2上。螺杆5.2依次穿过下安装壳3外翻法兰3.4上的通孔3.2和捕获器缓冲胶垫7上的通孔7.1(如图9所示)。螺钉缓冲胶环6、捕获器缓冲胶垫7与下安装壳3的外法兰3.4叠装在一起的组合厚度h03略小于压片螺钉上压片环5.4下端面和螺杆5.2下端面的距离h5。
35.如图5所示，下安装壳3包括下安装壳螺纹段3.3、圆通部3.6、外翻法兰3.4和下安装壳上端面3.5；其中，圆通部3.6的一端与下安装壳螺纹段3.3相连接，圆通部3.6的另一端与外翻法兰3.4相连接；外翻法兰3.4开设有通孔3.2，压片螺钉5的一端穿过通孔3.2与火工作动装置的被连接件8相连接。具体的，下安装壳3为回转筒结构。其下端面设置内凹环3.1，将弹爪衬套4的外翻法兰4.1压紧在捕获器缓冲胶垫7的上端面7.2上。下安装壳3的内径与弹爪衬套4的外径形成过渡配合。
36.如图7所示，压片螺钉5包括螺帽5.1、螺杆5.2、螺纹柱段5.3和压片环5.4；其中，螺帽5.1、螺杆5.2和螺纹柱段5.3依次相连接；压片环5.4套设于螺杆5.2的外表面，压片环5.4与螺帽5.1相压接。
37.如图8所示，适用于火工作动装置的吸能缓冲捕获器还包括：螺钉缓冲胶环6；其中，螺钉缓冲胶环6套设于螺杆5.2的外表面，螺钉缓冲胶环6位于压片环5.4与外翻法兰3.4之间。
38.如图9所示，适用于火工作动装置的吸能缓冲捕获器还包括：捕获器缓冲胶垫7；其中，捕获器缓冲胶垫7为圆环状，捕获器缓冲胶垫7沿其圆周方向均匀开设有若干个通孔7.1，每个通孔对应的有一个压片螺钉5，压片螺钉5的螺杆5.2穿过通孔7.1与连接件8相连接，捕获器缓冲胶垫7的中心圆孔套设于连接螺母组9，捕获器缓冲胶垫7的内侧面7.3可以接触连接螺母组9的外侧面，捕获器缓冲胶垫7位于被连接件8与外翻法兰3.4之间。
39.如图2所示，上安装壳1包括上安装壳螺纹段1.1和中端面1.2；其中，上安装壳螺纹段1.1与下安装壳螺纹段3.3相连接，中端面1.2设置于上安装壳螺纹段1.1的内部，中端面1.2与下安装壳上端面3.5相接触。具体的，上安装壳1为回转体内腔结构。双σ形点阵吸能结构2安装在上安装壳1中，下部的螺纹段1.1与下壳体3的螺纹段3.3相拧紧，至上壳体1的中端面1.2与下壳体3的上端面3.5接触。上壳体1中端面1.2和内端面1.3的距离h1，略大于双σ形点阵吸能结构2的高度h，以使得双σ形点阵吸能结构2的上、下端面分别被上壳体1的内端面1.3和下壳体3的上端面3.5压紧。上安装壳1内径与双σ形点阵吸能结构2的外径形成间隙配合。
40.如图6所示，弹爪衬套4包括法兰4.1、弹爪4.2和直段4.3。其中，弹爪4.2的一端与法兰4.1相连接，直段4.3一端与法兰4.1相连接。弹爪4.2为内翻的弧弹簧悬臂。弹爪4.2和直段4.3沿着法兰的圆周方向间隔排列。具体的，相邻两个弹爪4.2之间设置一个直段4.3，相邻两个直段4.3之间设置一个弹爪4.2。外翻法兰3.4的底部设置有内凹环3.1，内凹环3.1将法兰4.1压在捕获器缓冲胶垫7的上表面。其对置弹爪的间距x小于连接螺母组9的下端面直径，形成单向通过反向逆止结构。
41.如图4a所示，吸能结构2为由多个点阵胞元组成的点阵结构。如图4b所示，每个点阵胞元包括反σ形结构2.1、中间连梁2.2和正σ形结构2.3；其中，中间连梁2.2的一端与反σ形结构2.1的中部相连，中间连梁2.2的另一端与正σ形结构2.3的中部相连。具体的，双σ形点阵吸能结构2外观为圆柱体。从正面观察，其外形为h向n1个
×
径向n2个的点阵结构。每个点阵胞元截面为正σ形结构2.3、反σ形结构2.1，和中间连梁2.2连接组合而成。其σ形结构斜壁面和中间连梁2.2间的夹角α，胞元高度h，胞元宽度d，和壁面厚度t为点阵胞元的特征参数。特征参数和胞元数量由等效密度法设计计算获得，以与连接螺母组9和火工作动装置螺杆结构10在高速运动时的速度和动能相适应。进一步的，双σ形点阵胞元可适应性变形为双弧形点阵胞元2.4(如图4(c)所示)。
42.其中，双σ形点阵吸能结构和弹爪衬套间形成供螺杆和连接螺母组顺利通过的空间，其高度约束关系如下：
43.h01≤h02≤h01 2；
44.其中h01为螺杆10上端面距被连接件8上端面的距离；h02为双σ形点阵吸能结构下端面和弹爪衬套上端面之间的距离。
45.缓冲垫组安装后厚度和压片螺钉中定位高度形成的关联高度，在保证定位刚度的情况下保证缓冲性能，其约束关系如下：
46.h03-0.5≤h5≤h03-0.2
47.其中，h03为缓冲垫组安装后的厚度,h5为压片螺钉中定位高度即螺杆5.2的长度。
48.连接螺母组外径和弹爪衬套中弹爪间距离形成关联，保证连接螺母组能够顺利通过且不会反向穿过，其约束关系如下：
49.φ-2≤x≤φ-1
50.其中，φ为连接螺母组最大外径尺寸，x弹爪衬套中对置弹爪间距离尺寸。
51.双σ形点阵吸能结构的占体比指结构中铝材体积占其外包络空间的比例，其约束关系如下：
52.λ＝vk/v0
[0053][0054]
0.05≤λ≤0.1
[0055]
其中，λ为双σ形点阵吸能结构的占体比数，vk为双σ形点阵吸能结构中材料的体积，v0为双σ形点阵吸能结构外包络体积，d为双σ形点阵吸能结构的外径，h为双σ形点阵吸能结构的高度。
[0056]
通过上述公式使得装置缓冲和捕获效果良好。
[0057]
某爆炸螺栓星箭分离装置采用了本发明的吸能缓冲捕获器。分离装置的转接件依
照被连接件8上的固定结构设置6个螺纹连接孔。
[0058]
上安装壳1和下安装壳2为2a14铝合金。
[0059]
双σ形点阵吸能结构2为alsi10mg粉末颗粒，通过3d打印增材制造后，切割成型。其特征参数的夹角α＝60
°
，胞元高度h＝5.81mm，胞元宽度d＝6.87mm，和壁面厚度t＝0.3mm。点阵特征数n1＝6，n2＝4。
[0060]
火工作动装置螺杆结构10为爆炸螺栓的m12螺杆。连接螺母组9为m12的圆台螺母和m12六角螺母形成的防松螺母组。
[0061]
压片螺钉5为钛合金材料，螺纹段为m6。螺钉缓冲胶环6、捕获器缓冲胶垫7为硅橡胶。
[0062]
本发明对火工作动装置结构和功能实现无影响；本发明吸能缓冲效果好、冲击响应低，较好的隔离火工冲击，能够为需要低冲击环境的航天器部件提供良好的环境条件；本发明装置结构紧凑，外形尺寸小，结构重量轻、安装便捷。
[0063]
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。