星箭包带式连接结构动力学研究进展

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1、2010年第1期导弹与航天运载技术No．12010总第305期MISSILESANDSPACEVEmCLESSumNo．305文章编号：10(14-7182(2010)01．0001-06星箭包带式连接结构动力学研究进展谭雪峰，阎绍泽(清华大学摩擦学国家重点实验室，北京，100084)摘要：介绍包带连接结构动力学及相关问题的国内外发展概况，对包带连接结构的承裁能力、分离冲击、包带动态包络．环境适应性、分离速度与分离姿态等典型工程问题进行了分析评述，指出了包带连接结构动力学的研究方向和研究内容。关键词：包带连接结构；航天器；动力学中图分类号：V421．7文献

2、标识码：AE口lution。、Research1。。‘‘ofClam_I=BandSystembetwevolutionoiResearch0nDynamicsoiClampBandSystembetweenSatelliteandLaunchVehicleTanXuefeng，YanShaoze(StateKeyLabofTribology，TsinghuaUniversity，Beijing，100084)Abstract：Thegenerflresearchevolutionoftheclampbandsystemissummarized．Resea

3、rchcontentsoflaunchcapacity，separationshock，dynamicenvelope，environmentaladaptation，separationspeedandaccuracyarediscussed．Thedirectionandcontentoftheresearchondynamicsoftheclampbandsystemareprovided．KeyWords：Clampbandsystem；Spacecraft；Dynamics0引言星箭包带式连接结构是卫星与火箭连接的主要结构形式，其动力学性能的优劣

4、直接影响卫星及星上高精度仪器的性能，甚至关系到发射的成败⋯。它的功能是在火箭动力飞行时，保证星箭可靠连接；到了预定轨道后，保证星箭按规定要求可靠分离。在包带连接结构设计与动力学研究中，涉及诸多关键技术问题。以下结合有关文献对包带连接结构的研究，对上述技术问题的国内外研究进展进行评述和分析。1星箭包带式连接结构概述早期的航天器使用爆炸螺栓来实现星箭的连接与分离，星箭连接面的连接强度、刚度随着爆炸螺栓数量增加而增强，但是从可靠性角度分析，各爆炸螺栓是串联形式，爆炸螺栓数量越多，星箭分离的可靠性越低。从20世纪70年代起，德国和美国应用的包带连接结构【11，与采

5、用爆炸螺栓直接连接星箭对接框相比，具有可靠性高、分离冲击小的优点。根据包带在连接面的位置可将包带连接结构分为外置式和内置式【2，引，除特殊情况外，一般星箭连接采用外置式包带连接结构。典型的外置式包带连接结构主要由2根或多根金属包带、卡块、爆炸螺栓、限位弹簧、拉伸弹簧、分离弹簧等元件组成，如所示。上框下框分离卡块a)剖视局部图b)俯视局部图图1包带连接结构示意简图14I收稿日期：2009-06-20．修回日期：2009．09．15基金项目：国家高技术研究发展计划(863计划)项目(2009AAIMZ401)，清华大学摩擦学国家重点实验室研究基金项目(SKLT

6、09806)资助作者简介：谭雪峰(1984-)，男，硕士研究生，主要研究方向为星箭包带连接结构动力学2导弹与航天运载技术2010年一般使用螺钉将多个卡块与金属带固结，在卫星与火箭的对接框上沿周向采用卡块将其连接面夹紧，两根包带由爆炸螺栓连接在一起，通过拧紧爆炸螺栓给包带方缸加一定预紧力，实现星箭连接；当实施星箭分离时，由火箭控制系统发出指令，引爆爆炸螺栓，卡块随包带一起脱离星箭对接框，随后在分离弹簧作用下完成星箭分离。由于包带结构中爆炸螺栓是横向并联，只要有一个爆炸螺栓工作完成，包带即可解开，所以包带解锁的可靠性相当高，而且爆炸螺栓不直接与对接框连接，对卫

7、星的冲击小，因而被广泛应用于星箭连接分离结构。2包带连接结构研究中若干问题及研究进展包带连接结构在设计时必须考虑以下问题【11：a)在发射阶段，连接结构必须能够承受由横向和纵向加速度所产生拉力、弯矩、剪力等载荷；b)星箭分离时，爆炸螺栓冲击及结构预应力释放对卫星产生的冲击，不能破坏卫星结构及星上仪器的性能：C)包带解锁后沿径向扩展运动，其运动轨迹不能与卫星附件发生干涉；d)连接结构应能在一40～+80℃的温度变化下正常工作，同时在低于I．013×10qPa的真空环境下，各接触面不能发生冷焊现象：e)星箭相对分离线速度应保证被分离出去的火箭末级不会与在轨继续

8、飞行的卫星发生撞击；f)分离时对卫星产生的姿态干扰必须在卫星姿态控