[其他]航天飞行器用的夹紧连接装置

说明书

提供了一种航天飞行器可分离部件用的改进的夹紧连接装置，它包括一个包带，用来使多个夹持器将航天飞行器可分离部件法兰上的斜面夹紧。另外法兰周边上有止动槽，分别纳入每个夹持器上安装的一个承剪销。这些承剪销承受任何切力和扭力，并在航天飞行器部件的结构件之间传递这些力，而不会对包带产生附加的力。

本发明涉及连接航天飞行器可分离部件的夹紧连接装置，特别是不改变轴向载荷就能够防止相对转动并传递切力和扭力的V形夹紧连接装置。通常这个轴向载荷是由连接航天飞行器可分离部件的包带产生的。

连接航天飞行器可分离部件的连接装置在助推段的爬升飞行段以及如果必要还再入大气层段给航天飞行器主要载荷传递提供重要的结构连接环节。例如卫星进入一个永久性轨道时常常抛出它自身结构的一部分，如推进发动机。显而易见，航天飞行器连接装置必须设计得不但重量轻，而且要有十分高的可靠度。这是因为发射航天飞行器花费很高，而且出了毛病一般难于去修理。

由于这一特殊技术领域从二十世纪五十年代发展到了今天，人们对把可能失效的零部件减到最少的设计要求已经有了认识。即使在实现了从航天飞机上发射卫星和航天飞行器的今天使人进入太空所包含的高昂代价，也仍然需要设计自动的不需要人操纵的而且可靠性极高的连接装置。把航天飞行器有效载荷送到外层空间需花费高额代价，这使得把重量减到最小的设计准则仍然同以往一样重要。这一领域的设计者认识到用包带夹紧装置把航天飞行器可分离部件固定在一起比用爆炸连接装置更符合客观需要。这样可以使对航天飞行器有效载荷（如电子器件）产生不利振动的爆炸冲击减到最小。

二十世纪六十年代推荐了一种叫Marman带的连接装置，这种带子包含有许多V形夹持器或楔形靴，这些器件给航天飞行器可分离部件外表面的法兰提供V形夹紧。用一对间隔开的爆炸螺栓（Pyrotechnic tension bolts）将一对可分离的包带连接在一起，爆炸螺栓可以调整固定住V形连接件的包带，包带被用来在V形夹持器上产生向内的径向力，进而使夹持器在轴向上楔紧航天飞行器可分离部件圆柱形外壳结构上的法兰。这种V形带连接件通过连接装置的结构接头基本上形成对轴向载荷和弯矩的传递。小的切力和扭力载荷通过这个接头靠法兰表面和楔块之间的摩擦力来传递。如果航天飞行器要承受相当大的会产生很大剪切扭转载荷的力的话，要么在法兰之间加键，要么考虑到预期的切力扭力的量值而必须仔细地控制给包带加载时加上去的摩擦载荷。

因此在航天飞机出现以前，为连接航天飞行器可分离部件所依赖的主要连接装置是V形带连接件。这些连接件用包带围起来以保持飞船部件之间的轴向加载。通常是靠操纵切力和扭力来产生V形带连接件的摩擦力和航天飞行器部件法兰或圆柱形结构的轴向加载的摩擦力。

产生切力和扭力的原因很多，如由于火箭特别是固体燃料火箭燃烧产生的周期性、烧完时燃料箱重心的变化、控制火箭的喷管方向的变化、为达到预定轨道火箭弹道的改变、飞行当中火箭自身的弯曲、振动等等原因而产生的瞬时力，然而一般来说，飞行中纵向力对任一横向载荷的比值大约为10∶1。

但是，当航天飞行器要从航天飞机的底座上发射时，剪切力和扭力会大大增加。如图4所示，航天飞行器有效载荷的位置偏离于火箭102的主火箭推力，这个位置可能产生的轴向载荷与横向载荷之比大约为1∶1。另外，由于最少的约束点产生最少的可能断裂点，因此航天飞行器通常吊装在容许产生横向附加振动的可以脱开的约束点上。另外，如果需要的话，考虑到再入着陆的可能性及与它有关的大的横向载荷，航天飞机100也需要设计某种夹紧连接装置。

当横向载荷相当大时，要在航天飞行器可分离部件的法兰之间加键来解决这个问题。大家公认，传递切力和扭力的能力提高了，可分离部件之间就有可能卡住。大家也公认，在一起摩擦的金属零件在外层空间比在地球上更有可能卡住，甚至于焊在一起。

另外，同火箭发射航天飞行器比较，使用航天飞机还可以增加航天飞行器的直径。有了更大的直径，就更需要传递切力和扭力，从而防止航天飞行器可分离部件之间的相对转动。

航天飞机发射的航天飞行器所增加的承剪要求由下式导出：

（1）

式中：

S＝mgT 横向力