[发明专利]一种小型、快速分离的火工解锁螺栓

说明书

技术领域

本发明涉及一种导弹、卫星及飞船等航天器级间连接与分离功能用的火工解锁螺栓，它由半导体桥发火元件压力药筒和解锁螺栓本体构成。

背景技术

火工解锁螺栓与机械解锁分离机构相比具有体积小、结构简单、分离时间短、同步性高等特点。现有的航天器用火工解锁螺栓由于要考虑满足1A1W5min不发火的安全性指标要求，其分离时间性能最佳水平一般是在十几至几十毫秒量级(5A直流发火条件下)。一些特殊分离场合例如级间分离要求分离更加迅速，分离时间往往不大于10ms，同步性不大于1ms。现有的装有钝感发火元件的压力药筒火工解锁螺栓已不能满足分离迅速的要求，目前压力药筒的钝感发火元件一般为桥丝式或桥带式，这类发火元件虽然可以实现1A1W5min不发火安全性要求，但要缩短作用时间必须大大提高发火电流，如大于直流10A。这样飞行器上的电源尺寸必须增大，电源载荷成倍增加，有时飞行器上难以提供如此大的电流和载荷。本发明通过实验研究获得如下认识，火工解锁螺栓的分离时间是由压力药筒作用时间和解锁螺栓机械分离时间两个部分时间组成，其中压力药筒作用时间占据了大部分分离时间，而本发明提供的解锁螺栓机械分离时间还不到1毫秒。因此，可以通过缩短压力药筒作用时间的技术途径来减小火工解锁螺栓的分离时间。本发明提出采用作用时间短的半导体桥发火元件的压力药筒作为解锁螺栓的动力源，可以在满足1A1W5min不发火的安全性指标要求下，实现使火工解锁螺栓的分离时间不大于2ms、同步性不大于0.2ms的技术水平。

发明内容

为了实现导弹、卫星及飞船等航天器级间的快速分离，本发明设计了一种小型、快速分离的火工解锁螺栓，其轴长介于60～65mm，径向尺寸不大于16mm，分离时间不大于2ms、同步性不大于0.2ms。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种小型、快速分离的火工解锁螺栓，其由解锁螺栓本体、密封圈、半导体桥式压力药筒组成。

通过对解锁螺栓本体及半导体桥式压力药筒进行结构尺寸参数优化和小型化设计，使整个解锁螺栓的轴长介于60～65mm，径向尺寸不大于16mm，实现解锁螺栓的小型化。

解锁螺栓本体结构通过M14×1-6H的螺纹连接半导体桥式压力药筒。

通过预先计算火工解锁螺栓的分离启动力、药室体积及装药裕度设计要求等因素，确定半导体桥式压力药筒中装药分为两层，第一层装填斯蒂芬酸铅点火药5mg，第二层装填2/1樟发射药30mg。

通过在半导体桥式压力药筒中的脚线与陶瓷塞之间的间隙里填满固化胶层，增加半导体桥式压力药筒与解锁螺栓本体的装配强度，密封半导体桥式压力药筒中火药产生的燃气，防止气体泄露。

采用半导体桥式压力药筒作为火工解锁螺栓的动力源，当给半导体桥发火元件通入3A～5A电流时，压力药筒中的装药可以被半导体桥发火元件引燃，进而产生高温高压燃气推动解锁螺栓实现分离功能。

采用半导体桥作为压力药筒的发火元件，目的是为了保证压力药筒具有1A1W5min不发火的安全电流，减小压力药筒发火时间，缩短火工解锁螺栓的分离时间，提高火工解锁螺栓的分离同步性。

本发明的有益效果：经过性能测试，火工解锁螺栓的分离时间为1.0～1.1ms，分离同步性为0.10～0.15ms，连接承载力为21～25kN，具有结构尺寸小、分离时间短、同步性高及发火能量低四大特点，能保证航天器级间实现安全、快速、同步的分离功能，可供高速导弹、飞船及卫星等航天器级间分离系统直接应用，同时为类似动力源火工机构的设计提供了有益参考。

附图说明

下面结合附图和实例对本发明作进一步说明。

图1是由解锁螺栓本体与半导体桥式压力药筒通过螺纹连接后的火工解锁螺栓。其中1.解锁螺栓本体，2.密封圈，3.半导体桥式压力药筒。

图2是解锁螺栓本体。其中4.内筒，5.定位销，6.楔块，7.活塞，8.密封圈，9.双O型环密封挡板，10.外筒。

图3是火工解锁螺栓的半导体桥式压力药筒。其中11.脚线，12.外壳，13.钎焊封接层，14.环氧树脂胶，15.焊点，16.金线，17.金属膜收口，18.金属膜，19.半导体桥芯片，20.2/1樟发射药，21.斯蒂芬酸铅点火药，22.陶瓷环，23.陶瓷塞，24.固化胶。

图4是火工解锁螺栓分离前后的状态，其中a.分离前状态，b.分离后状态。

具体实施方式