一种用于线式分离装置减震抗冲击功能的超结构的制作方法

本发明涉及航天降冲击结构领域，特别是一种用于线式分离装置减震抗冲击功能的超结构。

背景技术：

1、在航天飞行器爆炸分离过程中，爆炸产生的强冲击波和预紧力释放，均会使飞行器结构产生局部瞬时的高频、高幅值冲击响应，由此产生恶劣的冲击环境。这类冲击环境通常不会对飞行器主体结构造成破坏，但易造成内部许多精密设备或元器件的故障或损伤，对发射任务产生致命影响。

2、声子晶体是以一定的周期性将具有不同弹性模量的材料进行排列而制备成的材料或结构，具有带隙特性。针对航天飞行器面对的爆炸分离冲击环境，基于局域共振带隙，设计局域共振降冲击的超结构，能够极大地降低在特定频率范围内冲击环境的严酷度，对于保证发射任务的顺利完成具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种用于线式分离装置减震抗冲击功能的超结构，解决航天飞行器爆炸分离过程中爆炸产生的强冲击波，使飞行器结构产生局部瞬时的高频、高幅值冲击响应甚至发生损坏的问题，能够实现爆炸分离局域共振降冲击，同时能够实现应力波的散射和衰减，以达到降低爆炸分离冲击环境的目的。

2、本发明的技术解决方案是：提供一种用于线式分离装置减震抗冲击功能的超结构，包括：降冲击结构单元和外部框架；所述外部框架为长方体结构，其内具有中空腔体，所述降冲击结构单元采用声子晶体结构，由2个局域共振单元构成，横向并列设置于中空腔体内，每个局域共振单元的中心位置为1个中心位置质量块，从中心位置质量块上下两端分别通过2个螺旋连接杆与外部框架的上下两侧相连，形成中心谐振腔；降冲击结构单元通过局部共振形成双带隙，以降低爆炸分离冲击。

3、进一步，中心位置质量块上端连接的为第一螺旋连接杆，下端连接的为第二螺旋连接杆；第一螺旋连接杆环绕中心位置质量块一圈，与外部框架上侧相连，第二螺旋连接杆环绕中心位置质量块一圈，与外部框架下侧相连，第一螺旋连接杆和第二螺旋连接杆交错环绕。

4、进一步，所述中心位置质量块为圆柱体。

5、进一步，将所述超结构沿纵向自上而下阵列排布，沿横向贯穿，与线式分离装置长度匹配，上下两侧设置凹槽，通过凹槽与飞行器的线式分离装置结构相连，应用于飞行器爆炸分离情形。

6、进一步，外部框架的截面尺寸为24.4×11.4mm，中心位置质量块为圆柱体，直径为5～6mm，螺旋连接杆厚度为0.3～0.5mm。

7、进一步，所述外部框架的截面尺寸为24.4×11.4mm，中心位置质量块为圆柱体，直径为5.2mm，螺旋连接杆厚度为0.4mm。

8、进一步，超结构的材料采用alsi10mg铝合金。

9、进一步，降冲击结构单元的第一带隙位于第四和第五能带之间，即1125hz-1172hz，第二带隙位于第六阶与第七阶能带曲线之间，即1270hz-1354 hz。

10、进一步，外部框架短边方向的两侧壁厚大于线式分离装置结构断裂位置厚度。

11、进一步，外部框架短边方向的两侧壁厚为2～3mm。

12、本发明与现有技术相比的优点在于：

13、(1)本发明公开的一种用于线式分离装置减震抗冲击功能的超结构即为声子晶体，实现爆炸分离局域共振降冲击，同时能够实现应力波的散射和衰减，以达到降低爆炸分离冲击环境的目的，从而解决航天飞行器爆炸分离过程中爆炸产生的强冲击波，使飞行器结构产生局部瞬时的高频、高幅值冲击响应甚至发生损坏的问题。

14、(2)声子晶体通常在设计过程中，需要同时采用硬相和软相两种材料。但是在航天工业实际设计过程中，其飞行器整体结构需要同时兼顾高承载、耐高温和轻量化等因素，所以在本发明公开的一种用于线式分离装置减震抗冲击功能的超结构中，以螺旋连接结构代替通常研究中采用的如橡胶等软性材料，同时兼顾结构的各项性能。

15、(3)本发明的结构材料为alsi10mg铝合金，能带曲线在第四阶与第五阶，第六阶与第七阶能带曲线之间，具有双带隙，绝对带隙宽度分别为47hz和84hz。该结构不仅提升带隙宽度，还能够在频率范围内对爆炸冲击弹性波具有很好的抑制效果。

16、(4)本发明具有承载能力强、结构简单、便于制备、减振频带灵活便于调节等优点。

技术特征：

1.一种用于线式分离装置减震抗冲击功能的超结构，其特征在于，包括：降冲击结构单元(1)和外部框架(4)；所述外部框架(4)为长方体结构，其内具有中空腔体，所述降冲击结构单元(1)采用声子晶体结构，由2个局域共振单元构成，横向并列设置于中空腔体内，每个局域共振单元的中心位置为1个中心位置质量块(3)，从中心位置质量块(3)上下两端分别通过2个螺旋连接杆(2)与外部框架(4)的上下两侧相连，形成中心谐振腔；降冲击结构单元(1)通过局部共振形成双带隙，以降低爆炸分离冲击。

2.根据权利要求1所述的用于线式分离装置减震抗冲击功能的超结构，其特征在于：中心位置质量块(3)上端连接的为第一螺旋连接杆，下端连接的为第二螺旋连接杆；第一螺旋连接杆环绕中心位置质量块(3)一圈，与外部框架(4)上侧相连，第二螺旋连接杆环绕中心位置质量块(3)一圈，与外部框架(4)下侧相连，第一螺旋连接杆和第二螺旋连接杆交错环绕。

3.根据权利要求1所述的用于线式分离装置减震抗冲击功能的超结构，其特征在于：所述中心位置质量块(3)为圆柱体。

4.根据权利要求1所述的用于线式分离装置减震抗冲击功能的超结构，其特征在于：将所述超结构沿纵向自上而下阵列排布，沿横向贯穿，与线式分离装置长度匹配，上下两侧设置凹槽(6)，通过凹槽(6)与飞行器的线式分离装置结构相连，应用于飞行器爆炸分离情形。

5.根据权利要求4所述的用于线式分离装置减震抗冲击功能的超结构，其特征在于：外部框架(4)的截面尺寸为24.4×11.4mm，中心位置质量块(3)为圆柱体，直径为5～6mm，螺旋连接杆(2)厚度为0.3～0.5mm。

6.根据权利要求5所述的用于线式分离装置减震抗冲击功能的超结构，其特征在于：所述外部框架(4)的截面尺寸为24.4×11.4mm，中心位置质量块(3)为圆柱体，直径为5.2mm，螺旋连接杆(2)厚度为0.4mm。

7.根据权利要求4所述的用于线式分离装置减震抗冲击功能的超结构，其特征在于：超结构的材料采用alsi10mg铝合金。

8.根据权利要求4所述的用于线式分离装置减震抗冲击功能的超结构，其特征在于：降冲击结构单元(1)的第一带隙位于第四和第五能带之间，即1125hz-1172hz，第二带隙位于第六阶与第七阶能带曲线之间，即1270hz-1354 hz。

9.根据权利要求4所述的用于线式分离装置减震抗冲击功能的超结构，其特征在于：外部框架(4)短边方向的两侧壁厚大于线式分离装置结构断裂位置厚度。

10.根据权利要求9所述的用于线式分离装置减震抗冲击功能的超结构，其特征在于：外部框架(4)短边方向的两侧壁厚为2～3mm。

技术总结
本发明公开了一种用于线式分离装置减震抗冲击功能的超结构，包括：降冲击结构单元和外部框架；其中，外部框架为长方体结构，其内具有中空腔体，所述降冲击结构单元采用声子晶体结构，由2个局域共振单元构成，横向并列设置于中空腔体内，每个局域共振单元的中心位置为1个中心位置质量块，从中心位置质量块上下两端分别通过2个螺旋连接杆与外部框架的上下两侧相连，形成中心谐振腔；降冲击结构单元通过局部共振形成双带隙，以降低爆炸分离冲击。将本发明应用于飞行器，能够实现爆炸分离局域共振降冲击，同时能够实现应力波的散射和衰减，以达到降低爆炸分离冲击环境之目的。

技术研发人员：曲展龙,冯丽娜,卓柏宇,刘保华,侯金瑛,孙璟,胡振兴,赵宇辉,杨帆,汪锐琼
受保护的技术使用者：北京宇航系统工程研究所
技术研发日：
技术公布日：2025/1/9