[发明专利]一种实现整齐切割的复合材料结构火工分离装置

说明书

本发明公开了一种实现整齐切割的复合材料结构火工分离装置，所述装置包括复合材料板、聚能切割索、缓冲套、保护罩，其中：所述复合材料板的外表面预留削弱槽，复合材料板的内表面一侧安装聚能切割索；所述削弱槽通过减少复合材料铺层数实现，铺层数需要递减或做成小台阶状并在表面铺设一层连续铺层；所述缓冲套包围在聚能切割索周围，缓冲套与复合材料板贴合面一侧留有凹槽，尺寸大小刚好放置聚能切割索；所述保护罩罩在缓冲套的外表面，保护罩的上边倚靠复合材料板凸起处以实现定位，保护罩的安装面与复合材料板通过固定螺栓连接。本发明使用的复合材料经过编织或Z‑PIN工艺增强提高整体性，从而降低切割后复合材料损伤。

技术领域

本发明属于航天器舱段分离技术领域，涉及一种复合材料结构火工分离装置，具体涉及一种实现整齐切割的复合材料结构火工分离装置。

背景技术

先进复合材料的应用，对于航天飞行器结构的轻质化、多功能化和制造的整体化有着十分重要的作用。面对航天器执行任务日益复杂化的需求，复合材料优异的力学性能以及高度可设计性使得其成为航天技术领域研究的重点。但是对于将复合材料应用于主承力结构的航天器，如何在需要时实现级间分离是目前仍然存在的问题。

相较于其他类型的分离装置，航天器常用的火工分离装置具有重量轻、体积小、比能量大、技术成熟、性能可靠的优点，但是目前只能适用于金属结构，难以在复合材料结构上直接应用。这主要是因为：不同于金属材料通过塑性变形吸收能量，复合材料主要是通过产生内部损伤吸收爆炸冲击能量，导致材料在切割分离时会发生纤维拉伸断裂失效，面内沿纤维方向产生撕裂，厚度方向出现分层，结构分离区域附近材料失去承载能力，对航天飞行器的后续任务产生影响。这样的问题阻碍了复合材料在航天器结构上的进一步使用。

分离装置关系到航天器飞行任务的成败，对作用的安全性和可靠性有非常高的要求。针对复合材料的切割问题，为了避免增加结构的重量和分离装置的复杂程度，减小连接分离装置的占据空间，设计一种适用于复合材料切割的火工分离装置，简单有效地实现级间分离是当前迫切需要完成的研究内容。

发明内容

为了克服现有的火工分离装置切割复合材料后切断面不整齐，复合材料大面积撕裂并且出现分层现象的问题，本发明提供了一种实现整齐切割的复合材料结构火工分离装置，以聚能切割索切割复合材料结构实现分离，其中使用的复合材料经过编织或Z-PIN工艺增强提高整体性，从而降低切割后复合材料损伤。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种实现整齐切割的复合材料结构火工分离装置，包括复合材料板、聚能切割索、缓冲套、保护罩，其中：

所述复合材料板的外表面预留削弱槽，复合材料板的内表面一侧安装聚能切割索；

所述削弱槽通过减少复合材料铺层数实现，铺层数需要递减或做成小台阶状并在表面铺设一层连续铺层，以保证复合材料结构的强度；

所述缓冲套包围在聚能切割索周围，缓冲套与复合材料板贴合面一侧留有凹槽，尺寸大小刚好放置聚能切割索；

所述保护罩罩在缓冲套的外表面，保护罩的上边倚靠复合材料板凸起处以实现定位，保护罩的安装面与复合材料板通过固定螺栓连接。

相比于现有技术，本发明具有如下优点：

（1）常用的复合材料均为单层板铺叠而成的层合结构，这类复合材料由于层与层之间缺乏纤维增强，其层间性能远远低于面内性能，往往容易出现分层破坏。考虑到复合材料结构的削弱槽处截面积变化可能导致分层，本发明所设计的分离方案在削弱槽处设置复合材料铺层数递减或做成小台阶状并在表面铺设一层连续铺层。另外，为了降低由于爆炸冲击导致的分层，分离区域附近的复合材料采用编织工艺增强或Z-PIN工艺增强复合材料。编织工艺使得增强纤维之间形成了有效的缠结，贯穿于空间中的各个方向的纤维提供了增强结构的整体性和稳定性，显著增加了厚度方向上的强度；Z-PIN工艺则是将垂直的纤维束以刺针钉入叠层复合材料纤维布中，使得纤维束和面内纤维相互缠绕，相互约束，形成平面与厚度方向均有一定强度的准三维独特的网格结构。