專利名稱:一種小型、快速分離的火工解鎖螺栓的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明 涉及一種導(dǎo)彈、衛(wèi)星及飛船等航天器級(jí)間連接與分離功能用的火工解鎖螺栓，它由半導(dǎo)體橋發(fā)火元件壓力藥筒和解鎖螺栓本體構(gòu)成。
背景技術(shù)：
火工解鎖螺栓與機(jī)械解鎖分離機(jī)構(gòu)相比具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、分離時(shí)間短、同步性高等特點(diǎn)。現(xiàn)有的航天器用火工解鎖螺栓由于要考慮滿足lAlW5min不發(fā)火的安全性指標(biāo)要求，其分離時(shí)間性能最佳水平一般是在十幾至幾十毫秒量級(jí)(5A直流發(fā)火條件下)。一些特殊分離場合例如級(jí)間分離要求分離更加迅速，分離時(shí)間往往不大于10ms，同步性不大于lms?，F(xiàn)有的裝有鈍感發(fā)火元件的壓力藥筒火工解鎖螺栓已不能滿足分離迅速的要求，目前壓力藥筒的鈍感發(fā)火元件一般為橋絲式或橋帶式，這類發(fā)火元件雖然可以實(shí)現(xiàn)lAlW5min 不發(fā)火安全性要求，但要縮短作用時(shí)間必須大大提高發(fā)火電流，如大于直流10A。這樣飛行器上的電源尺寸必須增大，電源載荷成倍增加，有時(shí)飛行器上難以提供如此大的電流和載荷。本發(fā)明通過實(shí)驗(yàn)研究獲得如下認(rèn)識(shí)，火工解鎖螺栓的分離時(shí)間是由壓力藥筒作用時(shí)間和解鎖螺栓機(jī)械分離時(shí)間兩個(gè)部分時(shí)間組成，其中壓力藥筒作用時(shí)間占據(jù)了大部分分離時(shí)間，而本發(fā)明提供的解鎖螺栓機(jī)械分離時(shí)間還不到1毫秒。因此，可以通過縮短壓力藥筒作用時(shí)間的技術(shù)途徑來減小火工解鎖螺栓的分離時(shí)間。本發(fā)明提出采用作用時(shí)間短的半導(dǎo)體橋發(fā)火元件的壓力藥筒作為解鎖螺栓的動(dòng)力源，可以在滿足lAlW5min不發(fā)火的安全性指標(biāo)要求下，實(shí)現(xiàn)使火工解鎖螺栓的分離時(shí)間不大于2ms、同步性不大于0. 2ms的技術(shù)水平。

發(fā)明內(nèi)容
為了實(shí)現(xiàn)導(dǎo)彈、衛(wèi)星及飛船等航天器級(jí)間的快速分離，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種小型、快速分離的火工解鎖螺栓，其軸長介于60 65mm，徑向尺寸不大于16mm，分離時(shí)間不大于 2ms、同步性不大于0. 2msο
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是
一種小型、快速分離的火工解鎖螺栓，其由解鎖螺栓本體、密封圈、半導(dǎo)體橋式壓力藥筒組成。
通過對(duì)解鎖螺栓本體及半導(dǎo)體橋式壓力藥筒進(jìn)行結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)優(yōu)化和小型化設(shè)計(jì)，使整個(gè)解鎖螺栓的軸長介于60 65mm，徑向尺寸不大于16mm，實(shí)現(xiàn)解鎖螺栓的小型化。
解鎖螺栓本體結(jié)構(gòu)通過M14X 1-6H的螺紋連接半導(dǎo)體橋式壓力藥筒。
通過預(yù)先計(jì)算火工解鎖螺栓的分離啟動(dòng)力、藥室體積及裝藥裕度設(shè)計(jì)要求等因素，確定半導(dǎo)體橋式壓力藥筒中裝藥分為兩層，第一層裝填斯蒂芬酸鉛點(diǎn)火藥5mg，第二層裝填2/1樟發(fā)射藥30mg。
通過在半導(dǎo)體橋式壓力藥筒中的腳線與陶瓷塞之間的間隙里填滿固化膠層，增加半導(dǎo)體橋式壓力藥筒與解鎖螺栓本體的裝配強(qiáng)度，密封半導(dǎo)體橋式壓力藥筒中火藥產(chǎn)生的燃?xì)?，防止氣體泄露。[0010]采用半導(dǎo)體橋式壓力藥筒作為火工解鎖螺栓的動(dòng)力源，當(dāng)給半導(dǎo)體橋發(fā)火元件通入3A 5A電流時(shí)，壓力藥筒中的裝藥可以被半導(dǎo)體橋發(fā)火元件引燃，進(jìn)而產(chǎn)生高溫高壓燃?xì)馔苿?dòng)解鎖螺栓實(shí)現(xiàn)分離功能。
采用半導(dǎo)體橋作為壓力藥筒的發(fā)火元件，目的是為了保證壓力藥筒具有l(wèi)AlW5min 不發(fā)火的安全電流，減小壓力藥筒發(fā)火時(shí)間，縮短火工解鎖螺栓的分離時(shí)間，提高火工解鎖螺栓的分離同步性。
本發(fā)明的有益效果經(jīng)過性能測試，火工解鎖螺栓的分離時(shí)間為1. 0 1. 1ms，分離同步性為0. 10 0. 15ms，連接承載力為21 25kN，具有結(jié)構(gòu)尺寸小、分離時(shí)間短、同步性高及發(fā)火能量低四大特點(diǎn)，能保證航天器級(jí)間實(shí)現(xiàn)安全、快速、同步的分離功能，可供高速導(dǎo)彈、飛船及衛(wèi)星等航天器級(jí)間分離系統(tǒng)直接應(yīng)用，同時(shí)為類似動(dòng)力源火工機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供了有益參考。


下面結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
圖1是由解鎖螺栓本體與半導(dǎo)體橋式壓力藥筒通過螺紋連接后的火工解鎖螺栓。 其中1.解鎖螺栓本體，2.密封圈，3.半導(dǎo)體橋式壓力藥筒。
圖2是解鎖螺栓本體。其中4.內(nèi)筒，5.定位銷，6.楔塊，7.活塞，8.密封圈，9.雙 0型環(huán)密封擋板，10.外筒。
圖3是火工解鎖螺栓的半導(dǎo)體橋式壓力藥筒。其中11.腳線，12.外殼，13.釬焊封接層，14.環(huán)氧樹脂膠，15.焊點(diǎn)，16.金線，17.金屬膜收口，18.金屬膜，19.半導(dǎo)體橋芯片，20. 2/1樟發(fā)射藥，21.斯蒂芬酸鉛點(diǎn)火藥，22.陶瓷環(huán)，23.陶瓷塞，24.固化膠。
圖4是火工解鎖螺栓分離前后的狀態(tài)，其中a.分離前狀態(tài)，b.分離后狀態(tài)。
具體實(shí)施方式
一種小型、快速分離的火工解鎖螺栓，其由解鎖螺栓本體、密封圈、半導(dǎo)體橋式壓力藥筒組成。通過對(duì)解鎖螺栓本體及半導(dǎo)體橋式壓力藥筒進(jìn)行結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)優(yōu)化和小型化設(shè)計(jì)，使整個(gè)解鎖螺栓的軸長介于60 65mm，徑向尺寸不大于16mm，實(shí)現(xiàn)解鎖螺栓的小型化。解鎖螺栓本體結(jié)構(gòu)通過M14X1-6H的螺紋連接半導(dǎo)體橋式壓力藥筒。通過預(yù)先計(jì)算火工解鎖螺栓的分離啟動(dòng)力、藥室體積及裝藥裕度設(shè)計(jì)要求等因素，確定半導(dǎo)體橋式壓力藥筒中裝藥分為兩層，第一層裝填斯蒂芬酸鉛點(diǎn)火藥5mg，第二層裝填2/1樟發(fā)射藥30mg。通過在半導(dǎo)體橋式壓力藥筒中的腳線與陶瓷塞之間的間隙里填滿固化膠層，增加半導(dǎo)體橋式壓力藥筒與解鎖螺栓本體的裝配強(qiáng)度，密封半導(dǎo)體橋式壓力藥筒中火藥產(chǎn)生的燃?xì)猓乐箽怏w泄露。采用半導(dǎo)體橋式壓力藥筒作為火工解鎖螺栓的動(dòng)力源，當(dāng)給半導(dǎo)體橋發(fā)火元件通入3A 5A電流時(shí)，壓力藥筒中的裝藥可以被半導(dǎo)體橋發(fā)火元件引燃，進(jìn)而產(chǎn)生高溫高壓燃?xì)馔苿?dòng)解鎖螺栓實(shí)現(xiàn)分離功能。采用半導(dǎo)體橋作為壓力藥筒的發(fā)火元件，目的是為了保證壓力藥筒具有l(wèi)AlW5min不發(fā)火的安全電流，減小壓力藥筒發(fā)火時(shí)間，縮短火工解鎖螺栓的分離時(shí)間，提高火工解鎖螺栓的分離同步性。經(jīng)過性能測試，火工解鎖螺栓的分離時(shí)間為 1. 0 1. lms，分離同步性為0. 10 0. 15ms，連接承載力為21 25kN，具有結(jié)構(gòu)尺寸小、分離時(shí)間短、同步性高及發(fā)火能量低四大特點(diǎn)，能保證航天器級(jí)間實(shí)現(xiàn)安全、快速、同步的分離功能，可供高速導(dǎo)彈、飛船及衛(wèi)星等航天器級(jí)間分離系統(tǒng)直接應(yīng)用，同時(shí)為類似動(dòng)力源火工機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供了有益參考。
圖1是一個(gè)小型、快速分離的火工解鎖螺栓結(jié)構(gòu)。其中解鎖螺栓本體1與半導(dǎo)體橋式壓力藥筒3通過螺紋連接，為了使密封性更好，在半導(dǎo)體橋式壓力藥筒3上安裝密封圈 2。
在圖2中，內(nèi)筒4、外筒10和活塞7由定位銷5進(jìn)行定位安裝；三個(gè)楔塊6鎖定內(nèi)筒4與外筒10 ；帶有兩個(gè)密封圈8的雙0型環(huán)密封擋板9與活塞7細(xì)桿端接觸配合。此外， 內(nèi)筒4的螺紋端與導(dǎo)彈等航天器的一級(jí)螺紋連接，并通過外筒10的前端與另外一級(jí)進(jìn)行對(duì)位配合安裝，形成連接。
在圖3中，當(dāng)電流通過帶有焊點(diǎn)15的腳線11并傳到的金線16時(shí)，半導(dǎo)體橋芯片中的重?fù)诫s硅橋在高輸入能量下迅速汽化后產(chǎn)生等離子體，一段時(shí)間后開始引燃斯蒂芬酸鉛點(diǎn)火藥21，進(jìn)而引燃2/1樟發(fā)射藥20，并迅速釋放燃?xì)庑纬筛邷馗邏喝細(xì)馔苿?dòng)解鎖螺栓本體中部件運(yùn)動(dòng)。陶瓷塞23與陶瓷環(huán)22不僅實(shí)現(xiàn)腳線11及半導(dǎo)體橋芯片19的固定安裝作用，還起到散熱作用；釬焊封接層13是為了粘結(jié)穩(wěn)固陶瓷塞23與陶瓷環(huán)22，起到增加他們的強(qiáng)度；環(huán)氧樹脂膠14是為了把半導(dǎo)體橋芯片19粘結(jié)在陶瓷塞23上；此外，采用金屬膜 19封裝藥室，并采用金屬膜收口 17裝置。最后，為了使半導(dǎo)體橋式壓力藥筒能與解鎖螺栓本體緊密配合，按照本體接口尺寸設(shè)計(jì)外殼12裹裝半導(dǎo)體橋式壓力藥筒各組件，并使用固化膠M穩(wěn)固外殼12、陶瓷塞23及腳線11，既起到固定作用，又起到密封效果。
圖4是火工解鎖螺栓分離前后的狀態(tài)。其中a是分離前狀態(tài)，隨著半導(dǎo)體橋式壓力藥筒發(fā)火后產(chǎn)生高溫高壓燃?xì)鈮毫?，推?dòng)解鎖螺栓本體鎖定機(jī)構(gòu)解鎖，最終使螺栓分離， 達(dá)到分離后狀態(tài)b。
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權(quán)利要求
1.一種火工解鎖螺栓，其特征是由解鎖螺栓本體(1)、密封圈O)、半導(dǎo)體橋式壓力藥筒⑶組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的火工解鎖螺栓，其特征是解鎖螺栓本體結(jié)構(gòu)通過M14X1-6H 的螺紋連接半導(dǎo)體橋式壓力藥筒(3)。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1或2所述的火工解鎖螺栓，其特征是半導(dǎo)體橋式壓力藥筒(3)內(nèi)第一層裝藥為5mg的斯蒂芬酸鉛點(diǎn)火藥，第二層裝藥為30mg的2/1樟發(fā)射藥。
4.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的火工解鎖螺栓，其特征是通過在半導(dǎo)體橋式壓力藥筒(3) 中的腳線與陶瓷塞之間的間隙里填滿固化膠層，增加半導(dǎo)體橋式壓力藥筒(3)與解鎖螺栓本體(1)的裝配強(qiáng)度，密封半導(dǎo)體橋式壓力藥筒(3)中火藥產(chǎn)生的燃?xì)狻?br>5.根據(jù)權(quán)利要求
4所述的火工解鎖螺栓，其特征是采用半導(dǎo)體橋式壓力藥筒作為火工解鎖螺栓的動(dòng)力源實(shí)現(xiàn)分離功能。
6.根據(jù)權(quán)利要求
5所述的火工解鎖螺栓，其特征是采用半導(dǎo)體橋作為壓力藥筒的發(fā)火元件去縮短火工解鎖螺栓的分離時(shí)間，提高分離同步性。
專利摘要
一種小型、快速分離的火工解鎖螺栓，它包括解鎖螺栓本體(1)、密封圈(2)、半導(dǎo)體橋式壓力藥筒(3)。它是一種采用半導(dǎo)體橋發(fā)火元件作為發(fā)火元件的火工連接與分離機(jī)構(gòu)，整體軸向長度介于60～65mm，徑向尺寸不大于16mm；它的分離時(shí)間為1.0～1.1ms，分離同步性為0.10～0.15ms，連接承載力為21～25kN。具有結(jié)構(gòu)尺寸小、分離時(shí)間短、同步性高及發(fā)火能量低等特點(diǎn)。能保證航天器級(jí)間實(shí)現(xiàn)安全、快速、同步的分離功能，可供高速導(dǎo)彈、飛船及衛(wèi)星等航天器級(jí)間分離系統(tǒng)直接應(yīng)用，同時(shí)為類似動(dòng)力源火工機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供了有益參考。
文檔編號(hào)F42B15/36GKCN102155883SQ201010607006
公開日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2010年12月27日
發(fā)明者嚴(yán)楠, 何春全, 何愛軍, 葉耀坤, 曾雅琴, 楊立欣, 畢文輝 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan