整流罩的作用和原理DOC.docx

息整流罩的作用和原理（DOC）卫星整流罩设计与“三化”卫星整流罩设计与“三化”李耀民摘要对国内外几个典型的运载火箭整流罩进行了综合论述，较系统地阐述了 卫星整流罩的组成、功能、结构形式、分离系统以及抛罩试验情况，并对卫星 整流罩的设计思想、设计要求及今后如何开展卫星整流罩的“三化”（系列化, 规范化，组合化）设计提出了具体意见和建议1刖言当运载火箭在大气中飞行时，卫星整流罩用于保护卫星及其它有效载荷，以防 止卫星受气动力,气动加热及声振等有害环境的影响它是运载火箭的重要组成 部分根据运载任务的不同，每种型号的运载火箭都具有一种或多种形状的卫星整 流罩，如单星罩、双星罩、多星罩等就长征系列运载火箭而言，也有各自系统 的卫星整流罩随着长征系列运载火箭逐步进入国际发射市场及国内发射任务 的不断增加，一种型号运载火箭也将具有多种形状的卫星整流罩，以满足不同发 射任务的需求如果按任务来设计卫星整流罩，势必增加研制周期，提高发射成 本国外统计数据表明，完全定制的卫星整流罩的费用，大约比标准整流罩的费用 高出75%,为此各国正在积极开展卫星（有效载荷）接口标准化，分离通用化以及 卫星整流罩标准化和罩内预封装技术的研究。

这不但可以大大降低发射费用，缩 短发射准备时间，而且可以提高发射的成功率和可*性目前，长征系列各型号在卫星整流罩设计方面，出现了结构雷同、形状各异的 多品种卫星整流罩，造成人力、物力、财力和研制周期的浪费开展卫星整流罩 的“三化”（系列化,规范化，组合化）设计已成为当务之急本文针对目前存在的问题，通过对国内外几个典型运载火箭卫星整流罩的设计 进行综合论述，从中获取一些有益于开展“三化”设计的东西，以提高卫星整流 罩设计的标准化水平卫星整流罩的组成及功能2.1卫星整流罩的组成卫星整流罩一般为蚌壳式（两半）结构，由端头、前锥段、圆筒段、倒锥段和纵 向及横向分离机构等组成2.2卫星整流罩的功能卫星整流罩的功能有：a） 保护卫星不受气动力的作用；b） 保护卫星不受气动加热的作用；c） 解锁分离系统保证卫星整流罩顺利分离；d） 当运载火箭处于临射状态时，可对整流罩内的温度、湿度进行调节，以保证 卫星不受低温和环境的影响；e） 保护罩内卫星不受各种烟雾环境的污染3卫星整流罩的结构形式卫星整流罩可以分圆锥-圆筒形（图2）和圆锥-圆筒-倒锥形（图3）两种3.2按结构形式分3.2.1半硬壳式铝合金铆接结构半硬壳式铝合金铆接结构是由蒙皮/桁条/隔框铆接而成的半硬壳式结构。

美 国宇宙神和宇宙神/人马座运载火箭卫星整流罩就是采用这种结构欧洲阿里安 1运载火箭卫星整流罩也是半硬壳式结构，其端头为不锈钢半球形鼻锥,前锥段 用铝合金加软木保护层制成，圆筒段由金属蒙皮和隔框/桁条制成,倒锥段为在两 层凯夫拉纤维壁板间充填环氧树脂的蜂窝结构，倒锥段内壁为金属桁条加强结 构3.2.2复合材料夹层结构和铝合金蜂窝夹芯结构共用的复合结构根据卫星整流罩部位的不同，采用了多种复合结构，如美国的大力神3运载火 箭卫星整流罩采用了碳/环氧蒙皮和铝蜂窝夹芯结构，欧洲阿里安4采用了碳纤 维、玻璃钢纤维混合增强的环氧复合材料蒙皮和铝蜂窝夹芯胶接夹层结构阿 里安5则改为碳纤维增强塑料蒙皮和铝蜂窝芯的夹层结构日本H-2运载火箭 卫星整流罩的端头帽是用铝合金制成的一体成形件，锥段和筒段均采用了铝合金 蜂窝夹层结构为了防止气动加热的影响，在端头帽和锥段涂有二氧化硅系的耐 热涂层CZ-3运载火箭卫星整流罩的端头采用了玻璃钢结构，前锥段采用了非金属玻 璃钢蜂窝夹芯结构,筒段为铝合金蜂窝夹芯结构，而倒锥段则为化铣网格结构 到CZ-3A时，端头改用玻璃钢复合材料，前锥和筒段均为铝合金蜂窝夹层复合结 构,外表面贴软木防热。

CZ-2E运载火箭卫星整流罩的端头为玻璃钢层压结构， 前锥段为玻璃钢面板和玻璃钢夹芯的胶接夹层结构，圆筒段和倒锥段采用铝合金 面板和铝合金蜂窝夹芯的胶接夹层结构3.3按分离方式分3.3.1过顶式分离的整体罩结构卫星整流罩为一整体，分离时整流罩向前推，直到卫星完全脱离3.3.2剥离式分离的蚌式结构整流罩沿纵向分开成两半，象一个蚌壳,*箍带或锁销、爆炸螺栓和无污染导爆 索连接在一起，成为一个受力构件分离冲量装置有弹簧、火药弹射筒、冷气射 流和无污染导爆索目前大型卫星整流罩普遍采用这种结构运载火箭卫星整流罩的结构参数见表1〜24卫星整流罩结构设计准则a） 卫星整流罩外形选择要使抖振载荷和迎面阻力达到最小头部半锥角一般 取15°忍^25°，端头半径r与罩的最大直径D之比应在0.3^2r/D^0.7范 围内倒锥角6的选取要考虑下面3个因素：1）火箭的静稳定度下降;2）抖振 载荷是否增大；3）附面层分离的可能性b） 整流罩要有良好的无线电波穿透性为了满足有效载荷与地面站之间通信 联系和遥测的需要,要专门设计透过无线电波的倒锥段而在圆筒段上可以开无 线电波窗口c） 要有相当大的有效空间（净空间）整流罩内有效空间容积为35〜40 m3 , 净空间过小会发生机械卡死使分离失败。

d） 整流罩上要开若十个窗口为了便于对各种仪器进行检修和更换,要开若 十个操作窗口，如卫星与地面设备相连的脱落插头插口此外，还要开若十个放 气孔，以保证在飞行过程中泄放罩内气体，使罩内气压与罩外气压保持平衡，以免 在飞行过程中罩内过压导致结构破坏e） 整流罩结构的轻量化虽然卫星整流罩在飞出大气层（大约100〜140 km 上空）后被抛掉，但减轻整流罩的结构重量仍然是十分重要的目前采用的复合 材料蜂窝结构和铝蜂窝夹芯结构比半硬壳式结构轻约30%考虑到玻璃钢结构 重量比常规铝蜂窝夹层结构和半硬壳式结构重，在不要求全向透波时，尽量少用 玻璃钢结构f） 整流罩防热及降噪设计根据环境条件要求，整流罩内温度和声载环境要 进行控制质子号运载火箭卫星整流罩射前罩内温度控制在14〜26.7°C，最大 湿度50%,分离前最高温度为33C，最大声载130 dB宇宙号罩内最高温度可达 180C，最大声载140 dBH-2罩内壁热辐射500 W/m2 ,声载141 dBCZ-3罩 内温度^70C，罩内壁温度＞300C，声载约148 dB为此,在整流罩结构设计时, 要采取防热和降噪措施g） 整流罩的吊装和运输随着运载能力的不断提高，卫星整流罩的结构尺寸 由过去的罩长2.4 m增加到13.3 m。

罩径由1 m增加到5.5 m,这对产品的吊装 和运输带来诸多的不便为此在结构设计时均采用了分瓣运输，整体吊装方案 CZ-2E卫星整流罩就采用了四瓣运输，两两对接组合成两半罩再组合吊装5卫星整流罩分离系统分离系统的功能是当运载火箭飞出大气层后，卫星整流罩的作用已完成，就将 其从运载火箭上分离出去，并且使整流罩与卫星和运载火箭之间有足够的分离距 离分离系统包括纵向分离系统和横向分离系统当两套系统引爆时，几乎同时 分离（仅差0.1 s）,完成抛罩任务5.1.1平推分离方案采用横向包带解锁,纵向无污染导爆索平推分离其原理是:导爆索点火后产 生的燃气通过内外衰减管进到软胶囊,体积膨胀的胶囊剪切断铆钉，将半罩以一 定的速度推开，实现分离这种方案对卫星不会有任何污染，解锁与分离机构合 一,简化了结构，提高了可*性,是一种比较理想的分离方案德尔它、阿里安、 H-1等运载火箭都采用了此种方案分离系统工作原理图见图4〜6。