CN118062268B - 一种双保险快速分离装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双保险快速分离装置，属于航天快速分离技术领域。其包括对接头及对接体；所述对接头包括接头安装座及球型结构，所述球型结构通过球头杆与接头安装座连接，球头杆上有杆凹槽；所述对接体包括接体安装座及多个对接单元，多个对接单元配合形成球窝结构；所述对接单元包括随型卡爪及控力组件，所述随型卡爪内侧有凹槽结构，所述随型卡爪上端有压紧球或压紧辊，所述随型卡爪的下端与接体安装座铰接，所述随型卡爪的外侧通过控力组件与接体安装座连接。本发明对接体与球型结构配合呈闭合状态，防止火箭发生轴向运动；火箭发射时会产生推力，解除对火箭的轴向约束，在推力作用下能够快速响应分离，确保火箭能够顺利从发射筒内飞出。

Description

一种双保险快速分离装置

技术领域

本发明涉及一种双保险快速分离装置，属于航天快速分离技术领域。

背景技术

随着科技水平迅猛发展，人类在进一步探索宇宙时，需要将在其他星球如月球表面采集的如物质样本等科研成果返回地球进行科学研究，可以采用发射火箭的方式将采集到的科研成果从其他星球送到太空，而火箭需要依赖于发射筒发射。

在其他星球表面，火箭发射前会先解除其与发射筒之间的所有约束，然后将在其他星球上的科研成果放置在火箭内，再对发射筒的角度进行调整，然后火箭发射。尽管期望在其他星球表面的火箭摆放状态为头部高于或略高于尾部，或者头尾水平，但实际我们无法精准判断并控制火箭到达其他星球表面后的摆放状态，若火箭及发射筒在其他星球表面摆放状态为头部低于尾部，在火箭解除与发射筒之间的所有约束后火箭在发射筒中会呈自由状态，自由状态下的火箭会发生轴向运动，火箭的头部会滑出发射筒，而在发射筒的角度调整过程中，火箭的尾部还会与发射筒碰撞，造成发射筒舱门和火箭头部传感器破坏。为了不破坏发射筒及火箭，并能够使得火箭从发射筒内顺利射出，亟需一种能在火箭解除所有约束后对在发射筒内的火箭进行轴向约束，并在火箭发射时能快速与火箭进行分离的双保险快速分离装置。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，提供一种双保险快速分离装置。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种双保险快速分离装置，包括用于与火箭连接的对接头及用于与发射筒连接的对接体；所述对接头包括接头安装座及设置在接头安装座上的球型结构，所述接头安装座与所述火箭连接，所述球型结构通过球头杆与所述接头安装座连接，所述球头杆上设有用于快速分离的杆凹槽；

所述对接体包括接体安装座及设置在接体安装座上的多个对接单元，所述对接单元用于与所述球型结构配合锁紧或分离，所述接体安装座与所述发射筒连接，所述对接单元均布在所述接体安装座上，多个所述对接单元配合形成与所述球型结构相适配的球窝结构；

所述对接单元包括随型卡爪及控力组件，所述随型卡爪的内侧为凹槽结构，多个对接单元的凹槽结构形成所述球窝结构，所述随型卡爪的内侧上端设有压紧球或压紧辊，所述随型卡爪的下端与所述接体安装座铰接，所述随型卡爪的外侧通过所述控力组件与所述接体安装座连接。

本发明的有益效果是：该分离装置采用球型结构，球型结构导入或者导出随型卡爪所形成的球窝结构更加顺畅，在闭合位置球型结构也能够与随型卡爪的球窝结构匹配更佳；对接头安装在火箭尾部，接体安装座安装在发射筒的底部，对接头的球型结构与对接体的球窝结构一直呈闭合状态，防止火箭发射前解除所有的约束后会发生轴向运动；火箭发射时会产生推力，推力达到设定值，该装置自动分离，解除对火箭的轴向约束，使得火箭能够顺利从发射筒内飞出，本发明采用机械结构，具备在任何环境因素情况下分离功能长时间可靠的特征；使用时会提前设置分离作用力值，并通过调试可以达到需要力值，使得该装置具备高精准控力的功能，火箭点火瞬间，在推力作用下能够快速响应分离；为了保证火箭与发射筒分离效果，确保在火箭发射时能够顺利从发射筒内飞出，主要依靠随型卡爪与球型结构作为第一分离构件，为了保证100%的分离还在球头杆上做了第二分离构件，即在球头杆表面设置杆凹槽，通过杆凹槽使得该分离装置具有高精准拉断及拉断位置可控等优势，使得火箭发射分离具备双保险。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步的，所述随型卡爪的外侧设有受力平台，所述受力平台通过所述控力组件与所述接体安装座连接。

采用上述进一步方案的有益效果是，随型卡爪外侧受力平台的设置不仅便于实现随型卡爪与控力组件的连接，而且能更好地将控力组件的力传导给随型卡爪，实现在不受力情况下对接头轴向无法运动及在受力情况下达到分离力值时能快速响应分离的目的。

进一步的，所述控力组件包括弹簧导杆、锁紧螺母及套在弹簧导杆的杆外侧的压缩弹簧，所述压缩弹簧位于所述接体安装座与所述受力平台之间，所述接体安装座上设有杆安装孔，所述受力平台上设有通孔，所述弹簧导杆的杆端与所述锁紧螺母螺纹连接。

采用上述进一步方案的有益效果是，可以通过扳拧锁紧螺母实现对压缩弹簧的压缩，控制压缩弹簧向上推力的大小，通过压缩弹簧的推力作用在随型卡爪上，通过随型卡爪的压紧球或压紧辊及凹槽结构实现对球型结构的约束。

进一步的，所述杆安装孔的法线与所述接体安装座的中心线呈夹角，所述受力平台的顶面为外高内低的倾斜面，所述弹簧导杆倾斜设置。

采用上述进一步方案的有益效果是，方便压缩弹簧的推力更优作用在随型卡爪的受力平台上。

进一步的，所述压紧球呈椭圆形结构。

采用上述进一步方案的有益效果是，通过椭圆形结构的压紧球与球型结构及球头杆点接触，既能利于对球型结构进出对接体进行导向，同时还能减少二者之间的摩擦。

进一步的，所述随型卡爪上设有叉耳型结构，所述压紧球或压紧辊通过连接铆钉与所述叉耳型结构连接。

采用上述进一步方案的有益效果是，多个随型卡爪的压紧球或压紧辊之间在闭合状态能够形成与球头杆相适配的定位空间，不仅如此，压紧球或压紧辊可对进出对接体的对接头进行滚动导向，减少摩擦，使得球型结构的导入或导出更加顺畅。

进一步的，所述随型卡爪通过铰接座与所述接体安装座连接，所述随型卡爪的内侧下端通过铰接销与所述铰接座连接。

采用上述进一步方案的有益效果是，为了满足随型卡爪闭合及分离时的状态要求，随型卡爪的下端需要与接体安装座进行铰接，故在接体安装座上设置了铰接座，随型卡爪可与铰接座进行铰接。

进一步的，所述凹槽结构为半U型结构。

采用上述进一步方案的有益效果是，半U型结构的槽壁与球型结构的外轮廓相一致，对接头的球型结构能够顺畅地到达半U结构的底部，控制对接头的下移距离。多个半U型结构的凹槽结构能够包裹球型结构形成与球型结构相配合的球窝结构，在对接头不受力时能对球型结构进行约束，对接头轴向无法运动。

进一步的，所述对接单元设有四个。

采用上述进一步方案的有益效果是，四个对接单元均匀分布，充分利用接体安装座上的空间，布局合理紧凑，既能在不受力的情况下对接单元闭合保持锁紧对接头状态，又能在达到分离力值时快速响应分离的要求。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的随型卡爪的结构示意图；

图3为图2中的俯视结构示意图；

图4为本发明带铰接座的接体安装座的结构示意图；

图5为图4中沿A-A方向的剖面结构示意图；

图6为本发明对接体沿弹簧导杆轴向的剖面结构示意图；

图7为本发明的对接头的结构示意图；

图中，1、对接头；101、接头安装座；102、球型结构；103、球头杆；104、杆凹槽；2、对接体；201、接体安装座；2011、杆安装孔；202、随型卡爪；2021、凹槽结构；2022、受力平台；203、压紧球；204、弹簧导杆；205、压缩弹簧；206、锁紧螺母；207、铰接座；3、铰接销；4、连接铆钉。

具体实施方式

以下结合实例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1-图7所示，一种双保险快速分离装置，包括用于与火箭连接的对接头1及用于与发射筒连接的对接体2；所述对接头1包括接头安装座101及设置在接头安装座101上的球型结构102，所述接头安装座101与所述火箭连接，所述球型结构102通过球头杆103与所述接头安装座101连接，所述球头杆103上设有用于快速分离的杆凹槽104；

所述对接体2包括接体安装座201及设置在接体安装座201上的多个对接单元，所述对接单元用于与所述球型结构102配合锁紧或分离，所述接体安装座201与所述发射筒连接，所述对接单元均布在所述接体安装座201上，多个所述对接单元配合形成与所述球型结构102相适配的球窝结构；

所述对接单元包括随型卡爪202及控力组件，所述随型卡爪202的内侧为凹槽结构2021，多个对接单元的凹槽结构2021形成所述球窝结构，所述随型卡爪202的内侧上端设有压紧球203或压紧辊，所述随型卡爪202的下端与所述接体安装座201铰接，所述随型卡爪202的外侧通过所述控力组件与所述接体安装座201连接。

所述随型卡爪202的外侧设有受力平台2022，所述受力平台2022通过所述控力组件与所述接体安装座201连接。随型卡爪202外侧受力平台2022的设置不仅便于实现随型卡爪202与控力组件的连接，而且能更好地将控力组件的力传导给随型卡爪202，实现在不受力情况下对接头1轴向无法运动及在受力情况下达到分离力值能快速响应分离的目的。

所述控力组件包括弹簧导杆204、锁紧螺母206及套在弹簧导杆204的杆外侧的压缩弹簧205，所述压缩弹簧205位于所述接体安装座201与所述受力平台2022之间，所述接体安装座201上设有杆安装孔2011，所述受力平台2022上设有通孔，所述弹簧导杆204的杆部依次穿过所述杆安装孔2011、通孔与所述锁紧螺母206螺纹连接。可以通过扳拧锁紧螺母206实现对压缩弹簧205的压缩，控制压缩弹簧205向上推力的大小，通过压缩弹簧205的推力作用在随型卡爪202上，通过随型卡爪202的压紧球203或压紧辊及凹槽结构2021实现对球型结构102的约束。

所述杆安装孔2011的法线与所述接体安装座201的中心线呈夹角，所述受力平台2022的顶面为外高内低的倾斜面，所述弹簧导杆204倾斜设置。方便压缩弹簧205的推力更优作用在随型卡爪202的受力平台2022上。

所述压紧球203呈椭圆形结构。通过椭圆形结构的压紧球203与球型结构102及球头杆103点接触，既能利于对球型结构102进出对接体2进行导向，同时还能减少二者之间的摩擦。

所述随型卡爪202上设有叉耳型结构，所述压紧球203或压紧辊通过连接铆钉4与所述叉耳型结构连接。多个随型卡爪202的压紧球203或压紧辊之间在闭合状态能够形成与球头杆103相适配的定位空间，不仅如此，压紧球203或压紧辊可对进出对接体2的对接头1进行滚动导向，减少摩擦，使得球型结构102的导入或导出更加顺畅。

所述随型卡爪202通过铰接座207与所述接体安装座201连接，所述随型卡爪202的内侧下端通过铰接销3与所述铰接座207连接。为了满足随型卡爪202闭合及分离时的状态要求，随型卡爪202的下端需要与接体安装座201进行铰接，故在接体安装座201上设置了铰接座207，随型卡爪202可与铰接座207进行铰接。

所述凹槽结构2021为半U型结构。半U型结构的槽壁与球型结构102的外轮廓相一致，对接头1的球型结构102能够顺畅地到达半U结构的底部，控制对接头1的下移距离。多个半U型结构的凹槽结构2021能够包裹球型结构102形成与球型结构102相配合的球窝结构，在对接头1不受力时能对球型结构102进行约束，对接头1轴向无法运动。

所述对接单元设有四个。四个对接单元均匀分布，充分利用接体安装座201上的空间，布局合理紧凑，既能在不受力的情况下对接单元闭合保持锁紧对接头1状态，又能在达到分离力值时快速响应分离的要求。

该装置的对接头1的接头安装座101与火箭的底部连接，对接头1的球头杆103为光杆，在光杆上加工杆凹槽104，在原材料与拉断力已知情况下，通过抗拉强度公式可计算出杆凹槽104直径，杆凹槽104为快速分离装置的分离保险，具有高精准拉断、拉断位置可控等优势。对接头1的对接端为球型结构102，在与对接体2导入或者导出时球型结构102会更加顺畅，到达闭合位置时与随型卡爪202的球窝结构的匹配最优。对接体2的接体安装座201与发射筒连接，接体安装座201的中间设置有用于铰接随型卡爪202的铰接座207，铰接座207为半圆叉耳安装接口，可通过铰接销3将随型卡爪202安装在接体安装座201上；在铰接座207外周圈的接体安装座201上设置四个杆安装孔2011及四个与发射筒连接的座安装孔，座安装孔通过铆钉将接体安装座201连接到发射筒，杆安装孔2011可用于固定弹簧导杆204的底端，杆安装孔2011的法线与接体安装座201的中心线呈夹角，方便压缩弹簧205推力更优作用在随型卡爪202的受力平台2022上。随型卡爪202的底端有与接体安装座201连接的半圆耳片安装接口，半圆可以使随型卡爪202依连接铆钉4为圆心作圆弧运动，随型卡爪202的内侧的凹槽结构2021为半U型结构，其内壁与对接头1的球型结构102的外轮廓一致，使球型结构102能顺畅地到达半U型结构底部，控制对接头1的下移距离；随型卡爪202的上端有用于安装压紧球203的半圆叉耳安装接口，椭圆形结构的压紧球203与半U结构的凹槽正好包裹对接头1的球型结构102，在不受力情况下，对接头1轴向无法运动，随型卡爪202的外侧为弹簧的受力平台2022，受力平台2022的中部有通孔，用于弹簧导杆204的光杆穿过，受力平台2022的顶面与水平面成夹角，杆安装孔2011为阶梯孔，阶梯孔内有定位弹簧导杆204的头部内端面的台肩，台肩所在平面与水平面呈夹角，受力平台2022的顶面与台肩所在平面平行，使锁紧螺母206与弹簧导杆204平行扳拧到位。控力组件是快速分离装置的分离保险，具有高精准压紧力优势。在压缩弹簧205设计合理情况下，通过扳拧锁紧螺母206对压缩弹簧205进行压缩，控制压缩弹簧205向上的推力大小。该装置满足在其他星球表面，火箭解除约束发射前，火箭任何摆放角度，火箭在发射筒中轴向不运动。火箭点火瞬间，在推力作用下快速响应分离，分离时间小于1秒；整体为机械结构，具备在任何环境因素情况下，分离功能长时间可靠特性；使用时，提前设置分离作用力值并将其调试到需要力值，并且使公差范围控制到±0.5N以内，具备高精准控力。为了保证火箭与发射筒100%分离，主要依靠随型卡爪202与对接头1的球形结构作为第一分离构件，同时对接头1的杆凹槽104作为第二分离构件，使得该分离装置具备双保险。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种双保险快速分离装置，其特征在于，包括用于与火箭连接的对接头（1）及用于与发射筒连接的对接体（2）；所述对接头（1）包括接头安装座（101）及设置在接头安装座（101）上的球型结构（102），所述接头安装座（101）与所述火箭连接，所述球型结构（102）通过球头杆（103）与所述接头安装座（101）连接，所述球头杆（103）上设有用于快速分离的杆凹槽（104）；

所述对接体（2）包括接体安装座（201）及设置在接体安装座（201）上的多个对接单元，所述对接单元用于与所述球型结构（102）配合锁紧或分离，所述接体安装座（201）与所述发射筒连接，所述对接单元均布在所述接体安装座（201）上，多个所述对接单元配合形成与所述球型结构（102）相适配的球窝结构；

所述对接单元包括随型卡爪（202）及控力组件，所述随型卡爪（202）的内侧为凹槽结构（2021），多个对接单元的凹槽结构（2021）形成所述球窝结构，所述随型卡爪（202）的内侧上端设有压紧球（203）或压紧辊，所述随型卡爪（202）的下端与所述接体安装座（201）铰接，所述随型卡爪（202）的外侧通过控力组件与所述接体安装座（201）连接；

所述随型卡爪（202）的外侧设有受力平台（2022），所述受力平台（2022）通过所述控力组件与所述接体安装座（201）连接；

所述控力组件包括弹簧导杆（204）、锁紧螺母（206）及套在弹簧导杆（204）的杆外侧的压缩弹簧（205），所述压缩弹簧（205）位于所述接体安装座（201）与所述受力平台（2022）之间，所述接体安装座（201）上设有杆安装孔（2011），所述受力平台（2022）上设有通孔，所述弹簧导杆（204）的杆端与所述锁紧螺母（206）螺纹连接；

所述杆安装孔（2011）的法线与所述接体安装座（201）的中心线呈夹角，所述受力平台（2022）的顶面为外高内低的倾斜面，所述弹簧导杆（204）倾斜设置。

2.根据权利要求1所述的双保险快速分离装置，其特征在于，所述压紧球（203）呈椭圆形结构。

3.根据权利要求1所述的双保险快速分离装置，其特征在于，所述随型卡爪（202）上设有叉耳型结构，所述压紧球（203）或压紧辊通过连接铆钉（4）与所述叉耳型结构连接。

4.根据权利要求1所述的双保险快速分离装置，其特征在于，所述随型卡爪（202）通过铰接座（207）与所述接体安装座（201）连接，所述随型卡爪（202）的内侧下端通过铰接销（3）与所述铰接座（207）连接。

5.根据权利要求1所述的双保险快速分离装置，其特征在于，所述凹槽结构（2021）为半U型结构。

6.根据权利要求1所述的双保险快速分离装置，其特征在于，所述对接单元设有四个。