一种航天器帆板火工冲击缓冲装置的制作方法

1.本发明涉及火工冲击技术领域，具体地，涉及一种航天器帆板火工冲击缓冲装置。


背景技术：

2.目前，航天器火工品起爆冲击已经得到国内外研究的关注，随着航天器载荷精密程度越来越高，对帆板火工品起爆低冲击的要求越来越高，降低火工品冲击响应已成为迫切的需要。降低火工品冲击响应有两种方法，分别是研制低冲击火工品和使用缓冲装置。火工品是航天器任务成功与否的关键环节，由于航天任务通常具有高可靠性、高成熟度的特点，新研发的低冲击火工品将降低火工品成熟度，减少火工品装药量将降低火工品可靠性。因此，研制一款可以在不改变现有火工品的情况下就能够降低火工品冲击响应的缓冲装置具有重要意义。
3.在现有技术中，一些技术方案提出了基于压缩金属橡胶垫和压溃蜂窝芯来耗散能量的方法，其能够实现切割器类切断压紧杆有轴向位移运动的火工品，但无法应用于分离螺母这种工作时压紧杆不能向下移动的火工品，应用范围有限；并且该方法利用压溃蜂窝芯耗能，为一次性使用，无法重复利用。另一些技术方案提出了通过缓冲件塑性及弹性变形的方式减小火工品冲击的方法，其本质上与前一种技术方案的工作原理相同，都是利用变形来实现能量耗散，均无法适用于起爆时没有轴向位移的火工品。
4.为此，本发明提供一种航天器帆板火工冲击缓冲装置，基于金属小球填充结构和铝蜂窝夹层结构，实现冲击波传递过程中的逐级衰减，达到火工品冲击缓冲的目的，既能重复使用，还能够适用于所有非轴向运动的火工品。


技术实现要素：

5.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种能够重复使用并能适用于非轴向运动火工品的火工冲击缓冲装置。
6.本发明提供的航天器帆板火工冲击缓冲装置，包括阻尼颗粒板，所述阻尼颗粒板具有第一侧面和第二侧面，所述第一侧面上设有第一凸台，所述第二侧面上设有第二凸台，所述阻尼颗粒板内容纳有金属小球。
7.优选地，所述第一凸台内开有螺纹孔，所述第二凸台内开有光孔。
8.进一步地，所述阻尼颗粒板的第一侧面上开有凹槽，所述金属小球容纳在所述凹槽内，所述阻尼颗粒板的第一侧面上连接有盖板。
9.优选地，所述金属小球的直径为1.5-2.5mm。
10.进一步地，所述凹槽为半圆弧槽，所述凹槽的数量与所述第一凸台的数量相同，一个所述凹槽半环绕一个所述第一凸台。
11.优选地，还包括适配底座，所述适配底座通过所述第一凸台与所述阻尼颗粒板连接。
12.进一步地，还包括铝合金转接板，所述铝合金转换板通过所述第二凸台与所述阻
尼颗粒板连接。
13.进一步地，还包括蜂窝板，所述蜂窝板位于所述铝合金转接板远离所述阻尼颗粒板的一侧，所述蜂窝板与所述铝合金转接板连接。
14.进一步地，所述蜂窝板包括蒙皮、铝蜂窝芯、螺钉埋件。
15.优选地，还包括底板，所述蜂窝板设在所述底板上。
16.与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
17.发明提供的航天器帆板火工冲击缓冲装置，基于金属小球填充结构和铝蜂窝夹层结构的火工品冲击缓冲装置，利用巧妙的结构设计，使火工品爆炸所产生的冲击波能够沿着预定的路径传播，依次经过金属小球填充结构的阻尼颗粒板和铝蜂窝芯夹层结构的蜂窝板结构，利用金属小球相互碰撞、摩擦耗散能量，同时利用铝蜂窝芯沿厚度方向、面内方向分散冲击波的方法耗散能量，可实现冲击波传递过程中的逐级衰减作用，达到火工品冲击缓冲的目的，具有高效率、可重复使用的优点。
附图说明
18.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
19.图1为本发明实施例的航天器帆板火工冲击缓冲装置的三维示意图；
20.图2为本发明实施例的阻尼颗粒板结构示意图；
21.图3为本发明实施例的阻尼颗粒板凸台示意图；
22.图4为本发明实施例的蜂窝板结构示意图。
23.图中，1-帆板压紧套，2-火工品，3-适配底座，4-阻尼颗粒板，5-铝合金转接板，6-蜂窝板，7-底板，8-端盖，9-金属小球，10-本体，11-蒙皮，12-铝蜂窝芯，13-螺钉埋件。
具体实施方式
24.下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
25.本发明提供了一种航天器帆板火工冲击缓冲装置，基于金属小球填充结构和铝蜂窝夹层结构的火工品冲击缓冲装置，使火工品爆炸所产生的冲击波能够沿着预定的路径传播，能够经过金属小球填充结构的阻尼颗粒板和铝蜂窝芯夹层结构的蜂窝板结构，利用金属小球相互碰撞、摩擦耗散能量，同时利用铝蜂窝芯沿厚度方向、面内方向分散冲击波的方法耗散能量。本发明的缓冲装置能够实现冲击波传递过程中的逐级衰减作用，达到火工品冲击缓冲的目的；由于缓冲方案不涉及缓冲件的塑性及弹性变形，因此，不仅可以重复使用还能够适用于所有非轴向运动工作原理的火工品。
26.如图所示，在包含了金属小球和铝蜂窝夹层机构两种缓冲机构的一个具体实施例中，帆板压紧套1通过帆板压紧杆的预紧力压紧在火工品2上，火工品2通过4个内六角螺钉固定在适配底座3上，适配底座3通过4个内六角螺钉安装在阻尼颗粒板4上，阻尼颗粒板4通过7个内六角螺钉安装在铝合金转接板5上，铝合金转接板5通过6个内六角螺钉安装在蜂窝
板6上，蜂窝板6通过7个内六角螺钉安装在底板7上。
27.如图2和图3所示，阻尼颗粒板4由端盖8、金属小球9、本体10组成，本体10的上表面设置有4个突出高度为2.5mm的第一凸台，每个第一凸台中间设置有螺纹孔，适配底座3的下表面与本体10的4个第一凸台的端面接触，4个内六角螺钉穿过适配底座3安装进本体10上表面的4个第一凸台中间的螺纹孔中。阻尼颗粒板4的本体10的下表面设置有7个突出高度为2.5mm的第二凸台，每个第二凸台中间设置有螺钉安装沉头光孔，本体10下表面的第二凸台端面与铝合金转接板5接触，7个内六角螺钉穿过第二凸台上的光孔安装在铝合金转接板5上的螺纹孔中。第一凸台将适配底座3安装面腾空，第二凸台将铝合金转接板5安装面腾空，使火工品2产生的冲击波只通过第一凸台和第二凸台进行传递。
28.阻尼颗粒板4的本体10在4个第一凸台的螺纹孔周围设置有深度为10mm的半圆弧槽，在半圆弧槽内填充直径为2mm的金属小球9，最后使用端盖8将金属小球9封闭在本体10内，端盖8为厚度为1.5mm的铝合金盖板，端盖8通过8个内六角沉头螺钉固定在本体10上。
29.本实施例中，火工品2点火后起爆，在火药爆炸瞬间产生高频高量级的冲击，冲击以冲击波的方式向下进行传递。冲击波首先通过火工品2安装面和4个内六角螺钉向适配底座3传递，冲击波在经历安装界面后会由于界面效应衰减小部分能量，大部分能量通过螺钉继续向下传递。冲击波从适配底座3到达阻尼颗粒板4，由于阻尼颗粒板4的本体10上表面设置有4个第一凸台，使得冲击波只能通过该4个第一凸台向下传递，冲击波由阻尼颗粒板4第一凸台上的螺纹孔进入本体10。冲击波从4个螺纹孔向四周扩散，由于螺纹孔周围的半圆弧槽内填充有金属小球9，当冲击波经过金属小球9后，使得金属小球9相互碰撞摩擦，从而实现冲击波能量的衰减。冲击波从阻尼颗粒板4传递到铝合金转接板5，由于界面效应，冲击波经过安装界面后衰减小部分能量，剩余能量从铝合金转接板5螺钉向下传递至蜂窝板6。
30.如图1和图4所示，铝合金转接板5通过6个内六角螺钉固定在蜂窝板6上，蜂窝板6由蒙皮11、铝蜂窝芯12、螺钉埋件13组成，蒙皮11为厚度为0.5mm的铝合金板，铝蜂窝芯12为壁厚0.03mm、格子大小为6
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6的有孔耐久铝蜂窝芯，螺钉埋件13通过胶黏剂预先胶接在铝蜂窝芯12中间。蜂窝板6通过7个内六角螺钉固定在底板7上。冲击波由铝合金转接板5传递至蜂窝板6上，分别通过蒙皮11、螺钉埋件13传递至铝蜂窝芯12，当冲击波经过蒙皮11后被铝蜂窝芯12自上而下沿厚度方向耗散，当冲击波经过螺钉埋件13后沿铝蜂窝芯12面内方向传递，冲击波被铝蜂窝芯12沿面内方向耗散，从而实现冲击波再次衰减。
31.本发明还公开了以下计算例。
32.本计算例中采用10mm厚阻尼颗粒板和40mm厚蜂窝板，金属小球颗粒直径为2mm，未使用本计算例时火工品安装面处的最大冲击为23219g，使用本计算例后，在阻尼颗粒板安装面处测得最大冲击为6795g，在底板上测得最大冲击为3029g，可见，阻尼颗粒板的衰减效率达到70.7％，蜂窝板的衰减效率达到55.4％，总体衰减效率达到86.9％。
33.以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本技术的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

技术特征：
1.一种航天器帆板火工冲击缓冲装置，其特征在于，包括阻尼颗粒板，所述阻尼颗粒板具有第一侧面和第二侧面，所述第一侧面上设有第一凸台，所述第二侧面上设有第二凸台，所述阻尼颗粒板内容纳有金属小球。2.根据权利要求1所述的航天器帆板火工冲击缓冲装置，其特征在于，所述第一凸台内开有螺纹孔，所述第二凸台内开有光孔。3.根据权利要求2所述的航天器帆板火工冲击缓冲装置，其特征在于，所述阻尼颗粒板的第一侧面上开有凹槽，所述金属小球容纳在所述凹槽内，所述阻尼颗粒板的第一侧面上连接有盖板。4.根据权利要求3所述的航天器帆板火工冲击缓冲装置，其特征在于，所述金属小球的直径为1.5-2.5mm。5.根据权利要求3所述的航天器帆板火工冲击缓冲装置，其特征在于，所述凹槽为半圆弧槽，所述凹槽的数量与所述第一凸台的数量相同，一个所述凹槽半环绕一个所述第一凸台。6.根据权利要求5所述的航天器帆板火工冲击缓冲装置，其特征在于，还包括适配底座，所述适配底座通过所述第一凸台与所述阻尼颗粒板连接。7.根据权利要求5所述的航天器帆板火工冲击缓冲装置，其特征在于，还包括铝合金转接板，所述铝合金转换板通过所述第二凸台与所述阻尼颗粒板连接。8.根据权利要求7所述的航天器帆板火工冲击缓冲装置，其特征在于，还包括蜂窝板，所述蜂窝板位于所述铝合金转接板远离所述阻尼颗粒板的一侧，所述蜂窝板与所述铝合金转接板连接。9.根据权利要求8所述的航天器帆板火工冲击缓冲装置，其特征在于，所述蜂窝板包括蒙皮、铝蜂窝芯、螺钉埋件。10.根据权利要求9所述的航天器帆板火工冲击缓冲装置，其特征在于，还包括底板，所述蜂窝板设在所述底板上。

技术总结
本发明提供了一种航天器帆板火工冲击缓冲装置，包括阻尼颗粒板，所述阻尼颗粒板具有第一侧面和第二侧面，所述第一侧面上设有第一凸台，所述第二侧面上设有第二凸台，所述阻尼颗粒板内容纳有金属小球。本发明的航天器帆板火工冲击缓冲装置，还可以包括蜂窝板，实现冲击波的再次衰减。本发明实现冲击波传递过程中的逐级衰减作用，达到火工品冲击缓冲的目的，具有高效率、可重复使用的优点。可重复使用的优点。可重复使用的优点。


技术研发人员：蒋延达 崔崎峰 刘涛 臧旭 姬鸣 陈胜珉 肖望强
受保护的技术使用者：上海宇航系统工程研究所
技术研发日：2023.03.22
技术公布日：2023/6/27