[发明专利]一种纤维增强复合材料结构的切割分离装置

说明书

一种纤维增强复合材料结构的切割分离装置，包括复合材料板(1)；聚能切割索(2)；缓冲护套(3)；保护罩(4)；复合材料板(1)的分离面一侧安装聚能切割索(2)，缓冲护套(3)的底边带有凹槽，凹槽的尺寸与聚能切割索(2)的背部尺寸匹配；保护罩(4)的主体部分罩在缓冲护套(3)的外表面，通过一侧延伸的安装面与复合材料板(1)的切割分离部分固定；通过聚能切割索(2)产生的聚能射流切断复合材料板(1)，完成分离。

技术领域

本发明属于运载火箭级间、星箭分离和有效载荷释放等结构技术领域，具体是涉及一种能够实现两结构件之间的有效连接与解锁的装置。

背景技术

为了提高航天飞行器的运载能力，国外很早就在飞行器的主承力结构中应用轻质复合材料结构，从而实现航天器结构的轻质化，有效的提高航天飞行器的载荷比，降低发射成本。轻质复合材料的应用满足了航天结构整体性和轻量化的要求，但对于多级航天运载器而言，面临着如何对以轻质复合材料为主承力结构进行级间切割分离的问题。

国内外的初步研究结果已表明，直接将切割金属材料的分离技术用于切割复合材料是不合适的，其分离技术存在着一些技术难点，这主要是因为复合材料结构不同于金属结构，其内部发生塑性变形的能力受到了很大的限制，爆炸冲击能量的吸收常常会导致材料大面积的损伤及破坏，因此直接将切割金属材料的分离技术用于切割复合材料常常会造成分离面不整齐、材料分层及撕裂现象比较严重等。由于存在这些技术难点，复合材料切割分离装置在国内外运载器上均没有应用。

如果复合材料结构切割分离技术得不到妥善解决，只能在航天运载器复合材料主承力结构中另外增加金属分离环壳段作为级间的连接与分离结构，以便利用成熟的金属材料切割分离技术，但这会增加了结构的重量及复杂性。因此，突破复合材料主承力结构的切割分离技术，是实现结构减重和简化设计必要的技术基础，也是未来航天运载器级间分离技术发展方向之一。

发明内容

本发明的技术解决问题是：解决了现有的航天运载器复合材料主承力结构中另外增加金属分离环壳段作为级间的连接与分离结构，难以实现减重和简化设计的问题，从而达到全面的轻质化。

本发明的技术解决方案是：一种纤维增强复合材料结构的切割分离装置，包括复合材料板；聚能切割索；缓冲护套；保护罩；

复合材料板的分离面一侧安装聚能切割索，缓冲护套的底边带有凹槽，凹槽的尺寸与聚能切割索的背部尺寸匹配；保护罩的主体部分罩在缓冲护套的外表面，通过一侧延伸的安装面与复合材料板的切割分离部分固定；通过聚能切割索产生的聚能射流切断复合材料板，完成分离。

还包括压板；通过压板进一步固定保护罩的位置。

压板的截面可以为梯形、异型或者矩形。

缓冲护套的缓冲护套的截面积应不小于装药截面积的12倍。

复合材料板结构外表面无或预置单个或多个凹槽。

凹槽的截面可以是三角形、矩形或半圆形。

缓冲护套的截面是等腰三角形，半圆形或者矩形。

聚能切割索的炸高要求在到达复合材料板前，聚能射流已形成并汇聚。

聚能切割索的聚能射流汇聚点正好位于复合材料板的预分离线或面，并与复合材料板外表面凹槽位置对中。

本发明与现有技术相比有益效果为：

(1)本发明采用聚能切割索进行复合材料切割分离与金属材料的切割分离，其分离面断裂都是由射流侵彻和爆轰崩裂两部分组成。但是不同材料切割分离时射流侵彻厚度和爆轰崩裂厚度的占比是不同的。一般来说复合材料的射流侵彻深度占比应比金属材料大。此外，削弱槽附近结构设计实现了相同的聚能切割索药量下，复合材料与金属材料相当的切割分离厚度。实现了碳纤维增强复合材料切割面整齐，无撕裂、无分层、无多余物；