一種航天器火工分離輕質降沖擊材料制造技術

本發明專利技術提供一種航天器火工分離輕質降沖擊材料，屬于航天器技術領域，包括非自相似混聯層級蜂窩，非自相似混聯層級蜂窩包括一階胞元和二階胞元，一階胞元為正六邊形胞元，在正六邊形胞元的六個頂點處形成二階胞元，二階胞元采用由正三角形和位于正三角形內部的圓形組成。本專利二階胞元對一階正六邊形胞元節點進行替換，基于各階胞元的非自相似性和不同幾何結構的混聯組合，建立具有前期緩沖和后期吸能特性的非自相似混聯層級蜂窩，實現壓潰應力的梯度響應、平穩過渡和強化效應。本發明專利技術提出一種滿足質量輕、沖擊衰減能力強、吸能效果好、變形行程長等原則的航天火工分離降沖擊元件，以確保分離裝置可靠工作，并實現有效的降沖擊。擊。擊。

【技術實現步驟摘要】
一種航天器火工分離輕質降沖擊材料


[0001]本專利技術屬于航天器
，尤其涉及一種航天器火工分離輕質降沖擊材料。

技術介紹

[0002]火工分離裝置是實現火箭運載系統各級分離的關鍵部件，也是整個發射過程中非常典型的易產生高幅值沖擊的來源。分離裝置在爆炸分離過程中產生的強烈沖擊，可能會造成結構或器件的功能性失效，嚴重的甚至會影響到運載火箭的發射安全，以及搭載任務的順利完成。據美國航空航天局((NationalAeronauticsandSpaceAdministration，NASA)的統計數據顯示，僅在1963至1985年間，美國航天飛行故障中由火工分離引起的沖擊故障高達88起。隨著發射任務的多樣化，運載火箭需要攜帶更多的高精密設備，因此對航天發射過程中的低沖擊環境提出了更高要求。
[0003]在航天火工分離裝置中，爆炸螺栓是一種典型和常用的裝置。其主要工作過程是，當火工品收到解鎖分離指令后，點火器工作，爆炸產生的高壓氣體推動支撐環運動，當其運動達到一定程度(稱為解鎖行程)后，分瓣螺母失去約束并分開，此時對接螺栓脫落，原來連接上下部件的螺栓預緊力產生釋放，運動的支撐環最后會撞擊到封裝殼體上。在此過程中存在三部分沖擊，一是點火器內火工品爆炸造成的，二是螺栓連接預緊力釋放導致的，三是支撐環撞擊殼體產生的。研究表明，在這三部分中，火工品爆炸、預緊力釋放和支撐環撞擊產生的沖擊分別占總沖擊能量的15％、25％和60％。因此，支撐環的撞擊是高幅值沖擊的主要來源。
[0004]現有技術方案：一般來說，對于支撐環撞擊的主要降沖擊方法是在支撐環與封裝殼體之間填充緩沖吸能材料，現有的降沖擊材料主要包括金屬蜂窩、金屬橡膠和泡沫鋁等。然而，這些降沖擊方式與分離可靠性存在相互制約的關系：如果使用強度較高的緩沖吸能材料，可能導致沖擊衰減不明顯，同時增加了解鎖阻尼和降低分瓣螺母的解鎖行程，影響分離的可靠性；如果使用強度較低的材料，初始緩沖效果好，但由于整體吸能有限，導致支撐環以較大的剩余速度撞擊到殼體上，仍然會產生比較大的沖擊。因此，如何綜合設計降沖擊材料，使其初始階段能夠平穩衰減沖擊過載，壓縮變形到一定程度后又具有比較大的吸能能力，以在確保分離裝置可靠分離的基礎上有效降沖擊，是一個亟需解決的關鍵技術問題。

技術實現思路

[0005]為了解決上述技術問題，本專利采用由正三角形和圓形組成的二階胞元對一階正六邊形胞元節點進行替換，基于各階胞元的非自相似性和不同幾何結構的混聯組合，建立具有前期緩沖和后期吸能特性的非自相似混聯層級蜂窩，實現壓潰應力的梯度響應、平穩過渡和強化效應。本專利技術提出一種滿足質量輕、沖擊衰減能力強、吸能效果好、變形行程長等原則的航天火工分離降沖擊元件，以確保分離裝置可靠工作，并實現有效的降沖擊。
[0006]本專利技術是通過如下的技術方案實現的：一種航天器火工分離輕質降沖擊材料，包括非自相似混聯層級蜂窩，所述非自相似混聯層級蜂窩包括一階胞元和二階胞元，所述一
階胞元為正六邊形胞元，在正六邊形胞元的六個頂點處形成二階胞元，所述二階胞元采用由正三角形和位于正三角形內部的圓形組成。
[0007]作為優選，所述圓形位于所述正三角形內部，且正三角形內表面與圓孔外表面相切。
[0008]作為優選，所述二階胞元的正三角形形心和圓形的圓孔中心均位于一階正六邊形胞元頂點處。
[0009]作為優選，設定一階胞元和二階胞元的幾何約束條件為0＜γ＝l1/其中，l0和l1分別為一階胞元和二階胞元初始邊長，γ為層級設計因子；選取不同的γ值可獲得具有不同緩沖和吸能行程的層級蜂窩胞元，即γ越大，層級蜂窩的緩沖行程越小，而吸能行程越大。
[0010]作為優選，所述一階胞元和二階胞元壁厚分別表示為t0和t1，通過改變一階胞元壁厚t0和二階胞元壁厚t1來控制降沖擊元件的緩沖吸能水平，即t0值越小，降沖擊元件的緩沖水平越高，t1值越大，降沖擊元件的吸能水平越高。
[0011]作為優選，所述一階胞元主結構的個數不低于15，一階胞元邊長為5mm≤l0≤150mm，二階胞元邊長為0≤l1≤130mm。
[0012]作為優選，一階胞元壁厚為0.2mm≤t0≤5mm，一階胞元壁厚為0.2mm≤t1≤5mm。
[0013]作為優選，所述非自相似混聯層級蜂窩材料選用316L鋼、AlSi10Mg合金、鈦合金中的一種或者多種組合。
[0014]作為優選，所述非自相似混聯層級蜂窩采用選區激光熔融增材技術進行制備。
[0015]與傳統方案相比，本申請提供的方案的基礎是：
[0016]1.本專利技術針對航天發射過程中火工分離裝置降沖擊的迫切需求，提出一種兼具前期緩沖、后期吸能特性的非自相似混聯層級蜂窩有序多孔拓撲構型，為航天器火工分離裝置的有效解鎖及高幅值沖擊環境中的輕質緩沖吸能構件設計提供借鑒。
[0017]2.本專利技術采用由正三角形和圓形組成的二階胞元對一階正六邊形胞元節點進行替換，基于各階胞元的非自相似性和不同幾何結構的混聯組合，建立具有前期緩沖和后期吸能特性的非自相似混聯層級蜂窩，實現壓潰應力的梯度響應、平穩過渡和強化效應。
[0018]3.本專利技術提出一種滿足質量輕、沖擊衰減能力強、吸能效果好、變形行程長等原則的航天火工分離降沖擊元件，以確保分離裝置可靠工作，并實現有效的降沖擊。
附圖說明
[0019]為了更清楚地說明本專利技術實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本專利技術的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0020]圖1為非自相似混聯層級蜂窩面內幾何結構示意圖。
[0021]圖中，1、一階胞元，2、二階胞元。
具體實施方式
[0022]下面通過對本申請進行詳細說明，本申請的特點和優點將隨著這些說明而變得更
為清楚、明確。
[0023]在本申請的描述中，需要說明的是，術語“上”、“下”、“內”、“外”、“前”、“后”、“左”和“右”等指示的方位或位置關系為基于本申請工作狀態下的方位或位置關系，僅是為了便于描述本申請和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本申請的限制。此外，術語“第一”、“第二”、“第三”和“第四”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。
[0024]下面將結合本申請實施例中的附圖，對本申請實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本申請一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本申請中的實施例，本領域技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本申請保護的范圍。
[0025]首先，對本方案的使用場景作簡要介紹。
[0026]如
技術介紹
所述的，現有的分離降沖擊材料主要包括金屬蜂窩、金屬橡膠和泡沫鋁等。然而，這些材料力學特性比本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種航天器火工分離輕質降沖擊材料，其特征在于：包括非自相似混聯層級蜂窩，所述非自相似混聯層級蜂窩包括一階胞元和二階胞元，所述一階胞元為正六邊形胞元，在正六邊形胞元的六個頂點處形成二階胞元，所述二階胞元采用由正三角形和位于正三角形內部的圓形組成。2.根據權利要求1所述的航天器火工分離輕質降沖擊材料，其特征在于：所述圓形位于所述正三角形內部，且正三角形內表面與圓孔外表面相切。3.根據權利要求1所述的航天器火工分離輕質降沖擊材料，其特征在于：所述二階胞元的正三角形形心和圓形的圓孔中心均位于一階正六邊形胞元頂點處。4.根據權利要求1所述的航天器火工分離輕質降沖擊材料，其特征在于：設定一階胞元和二階胞元的幾何約束條件為其中，l0和l1分別為一階胞元和二階胞元初始邊長，γ為層級設計因子；選取不同的γ值可獲得具有不同緩沖和吸能行程的層級蜂窩胞元,即γ越大，層級蜂窩的緩沖行程越小，而吸能行程越大。5.根據權利要求1所述的航天器火工分離輕質降沖...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張玉武，李穎，林玉亮，祁子真，李志斌，陳榮，梁民族，彭永，李翔宇，盧芳云，
申請(專利權)人：中國人民解放軍國防科技大學，
類型：發明
國別省市：