一种新型气缸分离结构

技术领域

本发明属于运载火箭分离技术领域，更具体地，涉及一种火箭级间新型气缸分离结构。

背景技术

目前，运载火箭为提升运载效率一般采用多级结构，为了保证级间分离过程中分离体不碰撞前一级火箭，需要让分离体沿箭体轴向方向运行一段距离，通常采用气缸作动的方式进行分离。

传统的气缸分离时一般气缸杆从气缸筒伸出后采用铰链的方式将气缸杆抛出，存在着前一级火箭在飞行过程中与气缸杆发生碰撞的风险。因此需要研发一种新型气缸分离结构来避免这种风险的发生。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一款气缸杆随分离体分离的新型气缸分离结构，减少分离动作次数，避免气缸杆与前一级火箭碰撞，提升分离可靠性，且可以实现在多次功能检测后仍能正常工作。

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种新型气缸分离结构，包括气缸杆、气缸筒、底座和翻转机构，所述气缸筒固定安装于所述底座，所述气缸杆套装于所述气缸筒内，所述气缸筒内还设置有端头和活塞，所述气缸杆装入气缸筒内的一端与所述端头的一端通过连接组件转动连接，所述端头的另一端与所述活塞相连接，所述活塞可推动所述端头向气缸筒出口端移动，所述气缸筒的尾部设置有后端盖，外部气源通过所述后端盖进入到所述气缸筒内；

所述翻转机构固定安装于所述底座上，包括安装座和翻转组件，所述翻转组件与所述安装座转动连接，所述气缸杆的一端穿过所述翻转组件；

所述气缸杆与所述端头连接的一端开设有凹槽，所述端头为一端开口、侧壁开设有贯穿槽的中空结构，中空结构内部嵌入锁销和弹簧，当所述气缸杆转动一定角度，所述锁销恰能插入所述气缸杆的凹槽内。

优选地，所述连接组件包括U形轴套和轴钉，所述气缸杆装入气缸筒内的一端插入所述U形轴套的开口端，所述U形轴套的底部开设有供所述锁销通过的通孔，所述U形轴套的底部固定连接于所述端头的一端，所述U形轴套的两侧壁开设有第一安装孔，所述气缸杆的一端开设有第二安装孔，通过插入与所述第一安装孔和第二安装孔相配合的轴钉使所述端头与气缸杆绕轴钉转动连接。

优选地，所述翻转组件包括连杆、扭杆，和两个固定连接在所述连杆和扭杆之间的摆臂，带有扭矩的所述扭杆转动连接于所述安装座。

优选地，所述连杆和扭杆相互平行，两个所述摆臂相互平行，且两个所述摆臂分别垂直于所述连杆和扭杆。

优选地，所述气缸筒的出口端设置有前挡圈，用于限制气缸杆轴向位置。

优选地，所述气缸杆前端连接有顶头，所述顶头与前一级火箭抵接。

优选地，所述连杆为圆筒，所述圆筒可沿轴线方向滚动。

优选地，所述锁销为阶梯状，锁销的大径端与所述弹簧抵接，大径端垂直于所述锁销长度方向开设有销轴孔，供与之配合的销轴穿过。

优选地，还包括卡箍，所述气缸筒通过所述卡箍固定安装于所述底座上。

优选地，所述气缸杆的转动角度为10-30度。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案能够取得下列有益效果：

1、气缸杆随分离体一起分离，减少分离动作次数，避免气缸杆与前一级火箭碰撞的风险；

2、分离时气缸杆向远离箭体的方向偏转一定角度并锁定，将不会来回摆动，避免与前一级火箭碰撞，进一步提高分离的可靠性；

3、销轴可以往回运动压缩弹簧，实现复位功能，方便进行地面功能检测，且可以保证在多次功能检测后仍能正常工作；

4、翻转机构与气缸杆接触端为可以滚动的圆筒，滚动摩擦可以减小分离过程中翻转机构与气缸杆的摩擦力，从而减小对分离速度及姿态的影响。

附图说明

图1是本发明一实施例中提供的新型气缸分离结构的剖面示意图；

图2是本发明一实施例中提供的新型气缸分离结构不包含气缸筒的结构示意图；

图3是本发明一实施例中提供的翻转机构示意图；

图4是本发明一实施例中提供的端头内锁销、销轴的结构示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1-气缸杆、101-凹槽、102-第二安装孔、2-顶头、3-连接组件、301-U形轴套、302-第一安装孔、4-轴钉、5-端头、501-贯穿槽、6-活塞、7-弹簧、8-锁销、801-小径端、802-大径端、803-销轴孔、9-销轴、10-气缸筒、11-前挡圈、12-后端盖、13-卡箍、14-底座、15-翻转机构、151-安装座、152-翻转组件、1521-连杆、1522-扭杆、1523-摆臂。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；另外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

如图1至图2所示，本发明提供的一种新型气缸分离结构，包括气缸杆、气缸筒、底座和翻转机构，气缸筒通过卡箍固定安装于底座上，底座与分离体壳体内壁固定连接，气缸杆套装于气缸筒内，气缸筒内还设置有端头和活塞，气缸杆装入气缸筒内的一端与端头的一端通过连接组件转动连接，端头的另一端与活塞螺纹连接，活塞可推动端头向气缸筒出口端移动，气缸筒的尾部设置有后端盖，通过气缸筒尾部的外螺纹和后端盖的内螺纹外部气源通过后端盖进入到气缸筒内，以推动活塞沿气缸筒长度方向移动。为了对气缸杆进行轴向限位，使其沿气缸筒长度方向移动时不发生偏移，在气缸筒的前端，即出口端螺纹连接有前挡圈，前挡圈中心开孔，孔径大小略大于气缸杆的直径。

气缸杆与端头连接的一端开设有凹槽，端头为一端开口、侧壁开设有贯穿槽的中空结构，中空结构内部嵌入锁销和弹簧，在分离动作开始前，弹簧处于压缩状态，当气缸杆转动一定角度，端头内的锁销被弹簧推出，且恰能插入气缸杆的凹槽内。为了使锁销更顺利的插入气缸杆的凹槽内，本实施例中锁销为阶梯状，锁销的大径端与弹簧抵接，小径端朝向气缸杆，凹槽的直径略大于小径端的直径、小于大径端的直径。如图4所示，为了使锁销在被推出后可以反方向运动压缩弹簧，实现复位功能，以方便在地面进行功能检测，在大径端垂直于锁销长度方向开设有销轴孔，与之配合的销轴穿过销轴孔，推动销轴来带动锁销移动压缩弹簧实现复位。

本实施例中，连接组件包括U形轴套和轴钉，气缸杆装入气缸筒内的一端插入U形轴套的开口端，为了使端头内的锁销能进入到气缸杆的凹槽，在U形轴套的底部开设有供锁销通过的通孔，供锁销通过，U形轴套的底部通过焊接或者螺纹连接的方式固定连接于端头的一端，U形轴套的两侧壁开设有第一安装孔，气缸杆的一端开设有第二安装孔，通过插入与第一安装孔和第二安装孔相配合的轴钉使端头与气缸杆绕轴钉转动连接，端头与气缸杆构成转动副。

如图3所示，翻转机构固定安装于底座上，包括安装座和翻转组件，安装座通过螺钉安装在底座上，翻转组件与安装座转动连接，气缸杆伸出气缸筒的一端穿过翻转组件，并与翻转组件抵接。其中，翻转机构包括连杆、扭杆，和两个固定连接在连杆和扭杆之间的摆臂，连杆和扭杆相互平行，两个所述摆臂相互平行，且两个所述摆臂分别垂直于所述连杆和扭杆，带有扭矩的扭杆两端分别插入到安装座两端的安装孔内，与安装座转动连接，扭矩通过摆臂传递至连杆，再由连杆作用于气缸杆上。本实施例中，连杆为可以滚动的圆筒，滚动摩擦可减小分离过程中翻转机构与气缸杆的摩擦力。

为了更好的避免在分离期间，前一级火箭在飞行过程中与气缸杆碰撞的风险，提供分离安全性，翻转机构使气缸杆转动的角度范围取10-30度之间。本实施例中，气缸杆转动的角度为10度；另一实施例中，气缸杆转动的角度为20度；又一实施例中，气缸杆转动的角度为30度。

为了使分离时推离更加顺利，在气缸杆的前端螺纹连接有顶头，顶头与前一级火箭抵接。

本发明提供的一种新型气缸分离结构工作原理如下：

气缸杆前端连接顶头,顶头与前一级火箭接触，后端通过连接组件与端头转动连接，端头与活塞连接在一起，端头内部安装弹簧与锁销，锁销上安装销轴用于锁销的复位功能，气缸杆、端头和活塞整体插入在气缸筒内部；连接在锁销上的销轴可以往回运动压缩弹簧，实现复位功能；气缸筒出口端连接前挡圈用于限制气缸杆轴向位置，气缸筒尾部连接后端盖，后端盖用于连接管路；卡箍将气缸筒固定于底座上，底座上安装带有扭矩的翻转机构，气缸杆穿过翻转机构，翻转机构的扭力始终作用于气缸杆上，底座与分离体壳体连接。

分离时，前一级火箭与分离体解锁，气源产生的气体从后端盖进入推动活塞作动，活塞推动气缸杆向气缸筒出口端移动，气缸杆前端的顶头推动前一级火箭，与前一级火箭脱开，气缸杆继续向前作直线移动，当气缸杆的尾端移出气缸筒出口端时，气缸杆解除了气缸筒出口端前挡圈的径向约束，此时翻转机构给气缸杆施加转动力矩，气缸杆绕轴钉向远离箭体的方向转动，当转动到一定角度时，安装于端头内部的弹簧在压缩弹力的作用下推动锁销进入气缸杆上与锁销相配合的凹槽内，实现锁定，气缸杆不再转动，避免与前一级火箭碰撞，提高了分离的安全性；当活塞运动到与前挡圈接触时，气缸行程到位，分离体带动气缸杆远离前一级火箭，完成分离。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围。