一种航天器设备冲击防护装置

1.本发明属于航天器防护领域，具体是一种航天器设备冲击防护装置。


背景技术：

2.航天器上广泛采用了火工分离装置，用来完成连接与释放、切割与破碎等功能。火工装置爆炸分离会在瞬时激起高频响高过载的振动级，冲击谱峰值响应频率在10khz以上，冲击幅值高达10000-30000g，持续时间为毫秒级，对火工装置附近的电子仪器设备上的晶体和陶瓷材料有严重的破坏作用。现有在连接界面两端安装硅橡胶垫片，并在安装螺栓外部设置热缩套管，构成设备与安装支架间的弹性隔离，实现对冲击载荷的缓冲。该方式在阿里安-5火箭上面级上得到大量应用，并取得良好效果。在2007年《宇航学报》的28卷6期中，文献“粘弹阻尼减振在导弹隔冲击结构中的应用”提出了一种应用粘弹阻尼材料的缓冲器，用于设备对导弹的火工分离冲击载荷进行防护，设备安装在隔板上，隔板通过粘弹性材料与安装支座弹性隔离，实现对由支座传递而来的冲击载荷进行隔离，试验表明该设计具有良好的隔冲击效果。然而，该设备冲击防护设计均以具有较大阻尼的橡胶或粘弹性材料作为冲击隔离缓冲器的弹性阻尼元件，应用于有高安装精度要求设备的冲击隔离时，缓冲器对安装设备形成弹性隔离，难以保证设备安装精度，并且弹性元件具有材料非线性，高量级冲击载荷衰减后，设备相对初始位置发生无法预计的位移，设备经历冲击后安装精度无法保证。
3.为了解决上述问题，中国专利公告号为cn106882399b的专利公开了一种航天器设备冲击防护装置，用于对航天器的火攻爆炸冲击进行防护，包括：主架结构和托架结构，其中，主架结构和托架结构均为金属骨架，设备被安装在托架结构上，主架结构与托架结构之间、主架结构与航天器的舱体结构之间以及设备与托架结构之间均通过螺栓刚性连接。
4.通过该设备冲击防护装置，可以保证设备安装时的精度，使设备经历冲击环境后的安装精度得到保证，并且通过调整冲击防护装置的肋片数量及位置，可以适应不同重量设备的冲击防护要求。但是，仅依靠刚性连接的金属骨架对航天器的火攻爆炸冲击进行防护，其缓冲能力有限，对于航天器的保护性能较低。因此，本方案提出一种航天器设备冲击防护装置，增强航天器设备的冲击防护。


技术实现要素：

5.为了解决上述仅依靠刚性连接的金属骨架对航天器的火攻爆炸冲击进行防护，其缓冲能力有限，对于航天器的保护性能较低的问题，本发明提供一种航天器设备冲击防护装置，以增强航天器设备的冲击防护。
6.为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种航天器设备冲击防护装置，包括缓冲箱，缓冲箱顶部设有开口，缓冲箱中部固定连接有支撑板，支撑板中部固定连接有中空的缓冲块，缓冲块底部固定连接有若干第一弹簧和第二弹簧。
7.第一弹簧内设有第一连接管，第二弹簧内设有第二连接管，第一连接管内滑动配
合有第一活塞，第二滑动板内滑动配合有第二活塞；第一连接管顶端固定连接于支撑板底部，支撑板上设有若干通气孔，第一连接管通过通气孔与缓冲块的中空处连通，第二连接管底端固定连接于缓冲箱内底壁。
8.第一活塞底部固定连接有第三弹簧，第三弹簧远离第一活塞一端固定连接于缓冲箱内底壁；第二活塞底部固定连接有第四弹簧，第四弹簧远离第二活塞一端固定连接有推杆，推杆顶端固定连接于缓冲箱内底壁。
9.采用上述方案的原理及有益效果：航天器受到冲击时，当航天器受到的冲击力小于缓冲块的极限变形力时，缓冲块和支撑板均受到冲击力，此时支撑快按压第一弹簧、第二弹簧、第一连接管和推杆，第一弹簧和第二弹簧直接会被挤压变形，吸收冲击力。当推杆受到冲击力形成的压力后，推杆推动第二活塞在第二连接管内滑动，第二活塞挤压第四弹簧，由此对冲击力进行进一步缓冲。
10.当第一连接管受到冲击力形成的压力时，由于第三弹簧的支撑，第一活塞在第一连接管内竖直向上滑动，此时部分第一活塞上方的气体输入中空的缓冲块内，此时中空的缓冲块内气体增多，气压增大，使缓冲块能够更好地进行回弹，使缓冲块更好地分散反作用力并将能量消耗掉，对航天器进行防护。
11.当航天器受到冲击，并且航天器受到的冲击力大于缓冲块的极限变形力时，缓冲块将变形，同时挤压第一弹簧、第二弹簧、第一连接管和推杆。当缓冲块受到冲击变形时，缓冲块内的气体受到挤压并输送至第一连接管内的第一活塞上方，此时活塞上方的气体挤压第一活塞，第一活塞挤压第三弹簧，对冲击力进行缓冲。同时第一弹簧、第二弹簧和第四弹簧加强对冲击力进行缓冲。
12.该装置能够通过各种不同的弹簧和缓冲设计，有效地吸收外部冲击或振动，并经过缓冲处理后将这些能量逐步释放出去，在航天器受到外部冲击时，通过将能量逐步分散和消耗，从而增强对航天器设备的冲击防护。
13.进一步，缓冲块为由橡胶材质制成的阻尼垫。
14.有益效果：橡胶材质的阻尼垫可以通过吸收和分散能量的方式，减少震动、冲击和噪音，从而保护机械和设备不受损坏；同时橡胶材质具有良好的耐磨性和抗腐蚀性能，不易老化，长期使用不会硬化或变形；并且橡胶阻尼垫结构简单，外观美观，安装使用简便，使用寿命长，维护保养简单方便。
15.进一步，缓冲块顶部固定连接有钢板垫层。
16.有益效果：钢板垫层可以增加缓冲块的强度和抗压能力，并且将阻尼力分布得更加均匀。
17.进一步，支撑板顶部固定连接有若干翅片。
18.有益效果：翅片能够提高支撑板的刚度和强度，增强其抗振动和抗冲击能力。
19.进一步，缓冲箱外固定连接有聚四氟乙烯薄膜。
20.有益效果：聚四氟乙烯薄膜可以有效隔绝装置内部与外界环境的接触，防止装置和材料表面被腐蚀氧化等因素影响。
21.进一步，缓冲箱底部的两侧均固定连接有连接片，连接片上设有螺纹孔，螺纹孔内螺纹连接有第一螺栓。
22.有益效果：连接片固定在箱体两侧，能够防止箱体在受到冲击力时出现过大的变
形或位移，提高整个装置的稳定性和可靠性；同时采用螺纹孔和第一螺栓连接的方式，可以方便地拆卸和更换第一螺栓及其他零部件，使整个装置维修更加便捷，提高了维修效率和维修质量。
23.进一步，缓冲箱与支撑板通过第二螺栓刚性连接。
24.有益效果：第二螺栓作为缓冲箱和支撑板之间的主要连接件之一，可以在承受航天器起降、运行和其他外力作用时，有效防止缓冲箱和支撑板之间出现位移或变形等情况，保证了整个装置的稳定和可靠性；通过刚性连接，缓冲箱直接将承受的外力传递到支撑板上，使得整个装置具有更高的结构强度和承载能力。
25.进一步，第一弹簧与第二弹簧的弹性系数不同，第一弹簧的弹性系数小于第二弹簧的弹性系数。
26.有益效果：当航天器受到冲击时，第二弹簧先受到应力变形，然后才是第一弹簧。第一弹簧弹性系数小，变形程度大，可以吸收更多的冲击能量，并将其转化为弹性势能储存，从而起到增加阻尼效果的作用；第一弹簧与第二弹簧弹性系数不同，能够实现更为科学和精准的缓冲设计，优化整个装置的缓冲特性，提高航天器在起降、运行中的可靠性和安全性。
附图说明
27.图1为本发明实施例的航天器设备冲击防护装置剖视图。
具体实施方式
28.下面通过具体实施方式进一步详细说明：
29.说明书附图中的附图标记包括：缓冲箱1、开口2、支撑板3、缓冲块4、第一弹簧5、第二弹簧6、第一连接管7、第二连接管8、第一活塞9、第二活塞10、通气孔11、第三弹簧12、第四弹簧13、钢板垫层14、翅片15、推杆16连接片17、第一螺栓18。
30.实施例一
31.实施例基本如附图1所示：
32.一种航天器设备冲击防护装置，包括缓冲箱1，缓冲箱1顶部开设有开口2，缓冲箱1中部固定连接有支撑板3，支撑板3中部通过螺钉固定连接有中空的缓冲块4，缓冲块4底部通过螺钉固定连接有若干第一弹簧5和第二弹簧6。
33.第一弹簧5内设有第一连接管7，第二弹簧6内设有第二连接管8，第一连接管7内滑动配合有第一活塞9，第二滑动板内滑动配合有第二活塞10；第一连接管7顶端通过螺钉固定连接于支撑板3底部，支撑板3上开设有若干通气孔11，第一连接管7通过通气孔11与缓冲块4的中空处连通，第二连接管8底端通过螺钉固定连接于缓冲箱1内底壁。
34.第一活塞9底部通过螺钉固定连接有第三弹簧12，第三弹簧12远离第一活塞9一端固定连接于缓冲箱1内底壁；第二活塞10底部通过螺钉固定连接有第四弹簧13，第四弹簧13远离第二活塞10一端通过螺钉固定连接有推杆16，推杆16顶端通过螺钉固定连接于缓冲箱1内底壁。
35.具体实施过程如下：航天器受到冲击时，当航天器受到的冲击力小于缓冲块4的极限变形力时，缓冲块4和支撑板3均受到冲击力，此时支撑快按压第一弹簧5、第二弹簧6、第
一连接管7和推杆16，第一弹簧5和第二弹簧6直接会被挤压变形，吸收冲击力。当推杆16受到冲击力形成的压力后，推杆16推动第二活塞10在第二连接管8内滑动，第二活塞10挤压第四弹簧13，由此对冲击力进行进一步缓冲。
36.当第一连接管7受到冲击力形成的压力时，由于第三弹簧12的支撑，第一活塞9在第一连接管7内竖直向上滑动，此时部分第一活塞9上方的气体输入中空的缓冲块4内，此时中空的缓冲块4内气体增多，气压增大，使缓冲块4能够更好地进行回弹，使缓冲块4更好地分散反作用力并将能量消耗掉，对航天器进行防护。
37.当航天器受到冲击，并且航天器受到的冲击力大于缓冲块4的极限变形力时，缓冲块4将变形，同时挤压第一弹簧5、第二弹簧6、第一连接管7和推杆16。当缓冲块4受到冲击变形时，缓冲块4内的气体受到挤压并输送至第一连接管7内的第一活塞9上方，此时活塞上方的气体挤压第一活塞9，第一活塞9挤压第三弹簧12，对冲击力进行缓冲。同时第一弹簧5、第二弹簧6和第四弹簧13加强对冲击力进行缓冲。
38.该装置能够通过各种不同的弹簧和缓冲设计，有效地吸收外部冲击或振动，并经过缓冲处理后将这些能量逐步释放出去，在航天器受到外部冲击时，通过将能量逐步分散和消耗，从而增强对航天器设备的冲击防护。
39.实施例二
40.本实施例与上述实施例的区别在于：缓冲块4为由橡胶材质制成的阻尼垫。
41.具体实施过程如下：橡胶材质的阻尼垫可以通过吸收和分散能量的方式，减少震动、冲击和噪音，从而保护机械和设备不受损坏；同时橡胶材质具有良好的耐磨性和抗腐蚀性能，不易老化，长期使用不会硬化或变形；并且橡胶阻尼垫结构简单，外观美观，安装使用简便，使用寿命长，维护保养简单方便。
42.实施例三
43.本实施例与上述实施例的区别在于：缓冲块4顶部通过螺钉固定连接有钢板垫层14。
44.具体实施过程如下：钢板垫层14可以增加缓冲块4的强度和抗压能力，并且将阻尼力分布得更加均匀。
45.实施例四
46.本实施例与上述实施例的区别在于：支撑板3顶部通过螺钉固定连接有若干翅片15。
47.具体实施过程如下：翅片15能够提高支撑板3的刚度和强度，增强其抗振动和抗冲击能力。
48.实施例五
49.本实施例与上述实施例的区别在于：缓冲箱1外粘接固定有聚四氟乙烯薄膜。
50.具体实施过程如下：聚四氟乙烯薄膜可以有效隔绝装置内部与外界环境的接触，防止装置和材料表面被腐蚀氧化等因素影响。
51.实施例六
52.本实施例与上述实施例的区别在于：缓冲箱1底部的两侧均通过螺钉固定连接有连接片17，连接片17上开设有螺纹孔，螺纹孔内螺纹连接有第一螺栓18。
53.具体实施过程如下：连接片17固定在箱体两侧，能够防止箱体在受到冲击力时出
现过大的变形或位移，提高整个装置的稳定性和可靠性；同时采用螺纹孔和第一螺栓18连接的方式，可以方便地拆卸和更换第一螺栓18及其他零部件，使整个装置维修更加便捷，提高了维修效率和维修质量。
54.实施例七
55.本实施例与上述实施例的区别在于：缓冲箱1与支撑板3通过第二螺栓刚性连接。
56.具体实施过程如下：第二螺栓作为缓冲箱1和支撑板3之间的主要连接件之一，可以在承受航天器起降、运行和其他外力作用时，有效防止缓冲箱1和支撑板3之间出现位移或变形等情况，保证了整个装置的稳定和可靠性；通过刚性连接，缓冲箱1直接将承受的外力传递到支撑板3上，使得整个装置具有更高的结构强度和承载能力。
57.实施例八
58.本实施例与上述实施例的区别在于：第一弹簧5与第二弹簧6的弹性系数不同，第一弹簧5的弹性系数小于第二弹簧6的弹性系数。
59.具体实施过程如下：当航天器受到冲击时，第二弹簧6先受到应力变形，然后才是第一弹簧5。第一弹簧5弹性系数小，变形程度大，可以吸收更多的冲击能量，并将其转化为弹性势能储存，从而起到增加阻尼效果的作用；第一弹簧5与第二弹簧6弹性系数不同，能够实现更为科学和精准的缓冲设计，优化整个装置的缓冲特性，提高航天器在起降、运行中的可靠性和安全性。
60.以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本技术要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

技术特征：
1.一种航天器设备冲击防护装置，其特征在于：包括缓冲箱，缓冲箱顶部设有开口，缓冲箱中部固定连接有支撑板，支撑板中部固定连接有中空的缓冲块，缓冲块底部固定连接有若干第一弹簧和第二弹簧；第一弹簧内设有第一连接管，第二弹簧内设有第二连接管，第一连接管内滑动配合有第一活塞，第二滑动板内滑动配合有第二活塞；第一连接管顶端固定连接于支撑板底部，支撑板上设有若干通气孔，第一连接管通过通气孔与缓冲块的中空处连通，第二连接管底端固定连接于缓冲箱内底壁；第一活塞底部固定连接有第三弹簧，第三弹簧远离第一活塞一端固定连接于缓冲箱内底壁；第二活塞底部固定连接有第四弹簧，第四弹簧远离第二活塞一端固定连接有推杆，推杆顶端固定连接于缓冲箱内底壁。2.根据权利要求1所述的航天器设备冲击防护装置，其特征在于：缓冲块为由橡胶材质制成的阻尼垫。3.根据权利要求2所述的航天器设备冲击防护装置，其特征在于：缓冲块顶部固定连接有钢板垫层。4.根据权利要求3所述的航天器设备冲击防护装置，其特征在于：支撑板顶部固定连接有若干钢板垫层。5.根据权利要求4所述的航天器设备冲击防护装置，其特征在于：缓冲箱外固定连接有聚四氟乙烯薄膜。6.根据权利要求5所述的航天器设备冲击防护装置，其特征在于：缓冲箱底部的两侧均固定连接有连接片，连接片上设有螺纹孔，螺纹孔内螺纹连接有第一螺栓。7.根据权利要求6所述的航天器设备冲击防护装置，其特征在于：缓冲箱与支撑板通过第二螺栓刚性连接。8.根据权利要求7所述的航天器设备冲击防护装置，其特征在于：第一弹簧与第二弹簧的弹性系数不同，第一弹簧的弹性系数小于第二弹簧的弹性系数。

技术总结
本发明公开了航天器防护领域的一种航天器设备冲击防护装置，包括缓冲箱，缓冲箱上设有开口和支撑板。当航天器受到的冲击力小于缓冲块的极限变形力时，第一弹簧和第二弹簧直接会被挤压变形，吸收冲击力。推杆推动第二活塞在第二连接管内滑动，第二活塞挤压第四弹簧，对冲击力进行进一步缓冲。同时第一活塞上方的气体输入中空的缓冲块内，此时中空的缓冲块内气体增多，气压增大，使缓冲块更好地分散反作用力并将能量消耗掉。当航天器受到的冲击力大于缓冲块的极限变形力时，缓冲块变形，通过各种不同的弹簧和缓冲设计，有效地吸收外部冲击或振动，并经过缓冲处理后将这些能量逐步释放出去，从而增强对航天器设备的冲击防护。从而增强对航天器设备的冲击防护。从而增强对航天器设备的冲击防护。


技术研发人员：巩庆涛 滕瑶 王寿军 胡鑫 李康强 韩彦青 孙忠玉 神克常 何士龙
受保护的技术使用者：鲁东大学
技术研发日：2023.05.24
技术公布日：2023/8/14