CN108502213A - 一种爆炸螺栓连接解锁装置 - Google Patents

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诸成
郭彤
李晓莉
赵学聪
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    • B64G1/64—Systems for coupling or separating cosmonautic vehicles or parts thereof, e.g. docking arrangements
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Abstract

本申请涉及一种爆炸螺栓连接解锁装置，其包括一复合减振垫，一上转接筒，一下转接筒，一爆炸螺栓，一加载螺母，一球形垫片，一收集板，和一蜂窝。

Description

一种爆炸螺栓连接解锁装置
技术领域
本申请涉及一种连接解锁装置，特别是涉及一种适用于航天部件基于爆炸螺栓的连接解锁装置。
背景技术
由于运载火箭空间的限制及其振动环境的影响，航天器发射飞行过程中许多部件都必须处于收拢、压紧状态，但当航天器到达预定轨道后这些部件再解锁、展开。连接解锁装置正是随着在轨展开及分离技术的发展逐渐发展起来的。它既可以实现航天器部件的压紧，或航天器舱体之间的连接，又可以按规定实现解锁和分离。根据连接解锁装置解锁或分离动力的不同，通常把它分为火工装置和非火工装置两种。爆炸螺栓是使用最早的火工装置，可以通过爆炸螺栓方便的将目标体连接起来。
与火工装置相比，非火工装置具有冲击小的显著特点，但是受限于其作用形式(电磁、热切割、记忆合金相变等)，通常作用时间较长(秒级)，同步性较差(100ms级)。而火工装置作用时间和同步性都可以控制在10ms级。
现有爆炸螺栓连接解锁装置结构复杂，随之可靠性降低。不能承受较大剪力，且解锁冲击较大。
为此，本领域迫切需要开发一种机械结构的，能满足卫星在各种载荷工况下的连接要求的，和能够通过指令实现可靠解锁的爆炸螺栓连接解锁装置。其可显著减少火工品爆炸对被连接件产生的冲击，可实现频域5000Hz范围内，冲击小于1000g。
发明内容
本申请之目的在于提供一种爆炸螺栓连接解锁装置。
为了实现上述目的，本申请提供一种爆炸螺栓连接解锁装置，其包括一复合减振垫，一上转接筒，一下转接筒，一爆炸螺栓，一加载螺母，一球形垫片，一收集板，和一蜂窝。
其中所述上转接筒的上端面通过复合减振垫与被连接件对接。
其中所述下转接筒与所述上转接筒的下端面对接。
其中所述上转接筒的下端面开有锥形槽和通孔，与下转接筒锥台对接，并连接爆炸螺栓。
其中所述加载螺母和蜂窝位于所述上转接筒的内腔中。
其中所述下转接筒的内腔内放置所述收集板。
其中所述下转接筒的下端面中间开有球形槽，放置球型垫片。
在一种实施方式中，所述上转接筒、下转接筒的制作材料选自铝合金、钛合金和高强度不锈钢。
在另一种实施方式中，所述复合减振垫外圈自上而下依次为不锈钢环、镁合金环、和玻璃钢环，中间为圆形橡胶垫。
在另一种实施方式中，所述上转接筒的上端面预留有3到6个均匀分布的螺钉孔。
在另一种实施方式中，所述上转接筒是采用整体机加工的锻件。
在另一种实施方式中，所述上转接筒高25mm～40mm。
在另一种实施方式中，所述上转接筒与下转接筒的连接面涂覆有。
在另一种实施方式中，所述下转接筒的下端面预留3到9个均匀分布的螺纹孔。
在另一种实施方式中，所述球形垫片是GB/T 849-1988标准件。
与现有技术相比，本申请的有益效果在于能够通过连接解锁装置，实现航天部件的机械连接，满足卫星在各种载荷工况下连接要求，并按指令实现可靠解锁。再通过减振设计，减少火工品爆炸对被连接件产生的冲击，可实现频域5000Hz范围内，冲击小于1000g。
附图说明
图1是本申请的连接解锁装置的示意图。
图2是本申请的上转接筒的示意图。
图3是本申请的下转接筒的示意图。
图4是本申请的球形垫片的示意图。
图5是本申请的爆炸螺栓的示意图。
具体实施方式
下面将结合附图以及本申请的实施例，对本申请的技术方案进行清楚和完整的描述。
连接解锁装置将两个被连接件连接，通常多个一起使用。
连接解锁装置包括爆炸螺栓、加载螺母、上转接筒、下转接筒、球形垫片、收集板、复合减振垫及蜂窝等，其结构形式见图1。
根据受载荷情况，上转接筒、下转接筒材料可选用铝合金，包括2A14-T6，2A12-T4，AL6061，AL7075，和AL2024等牌号的铝合金；钛合金，包括TC4R，TA7，TA8，TB1，和TB2等牌号的钛合金；或高强度不锈钢，包括05Cr17Ni4Cu4Nb，40CrNiMo，45CrNiMoV，30CrMnSiNi2A，和43CrNiSiMoV等牌号的高强度不锈钢。
如图1和图2所示，上转接筒下端设计为锥形槽结构，此结构和下转接筒上端的锥形台配合，承受被连接件之间的横向剪切载荷；对加载螺母施加一定的力矩，上下转接筒被爆炸螺栓拉紧实现连接，承受被连接件之间的纵向载荷和弯矩。当要求被连接件分离时，爆炸螺栓工作，爆炸螺栓在削弱槽处断裂，实现星箭解锁。上转接筒内设置抗冲击缓冲材料--蜂窝，以减小螺栓头和加载螺母在爆炸解锁时对被连接件的冲击。解锁后螺栓下半部分向下运动，被收集板收集。
如图1和图2所示，上转接筒上端面安装复合减振垫，复合减振垫与被连接件对接，下端与下转接筒对接。上转接筒的上端面预留3到6个，优选4个均匀分布的螺钉孔；螺钉孔的通孔直径型号为φ3.2～φ6，优选为φ5.5；上转接筒的下端面开有锥形槽和通孔，用于和下转接筒锥台对接，通孔用于爆炸螺栓的连接。上转接筒是采用整体机加工锻件，在内腔留有加载螺母的安装平台和缓冲蜂窝的放置空间；下端中间开有通孔，用于爆炸螺栓的安装。上转接筒高度可在25mm～40mm范围内，优选为25mm～35mm,更优选为25mm～30mm，最优选为25mm～27.5mm。
在上转接筒与下转接筒的连接面可以涂覆二硫化钼或者喷涂碳化钨，从而防止因长期接触，在真空环境下发生冷焊现象，影响解锁功能。
如图3所示，下转接筒下端面与被连接件对接，上端与上转接筒对接。下端面预留3～9个，优选为6个均匀分布的螺纹孔,螺纹孔可为M4、M5、或M6螺纹孔；上端面开有锥形台和通孔，用于和上转接筒锥形槽对接，通孔用于爆炸螺栓的连接；下转接筒是采用整体机加工锻件，在内腔留有收集板的放置空间；下端中间开有球型槽，用于放置球型垫片(如图4所示)。
如图1所示，复合减振垫外圈自上而下依次为不锈钢环、镁合金环及玻璃钢环，中间为圆形橡胶垫。复合减振垫可有效减少爆炸螺栓爆炸对被连接件产生的高频冲击，由频域13000g减少到1000g以内。
为方便爆炸螺栓的安装和对接，扩散预紧力并释放剪切应力，爆炸螺栓与下筒连接处安装球形垫片，结构示意图如下所示。球形垫片为GB/T 849-1988标准件，规格12mm。材料为不锈钢。
如图5所示，爆炸螺栓为航空航天用成熟产品，内部装载火药，通电后火药引爆，产生大量推力推动内部推杆运动。结构设计一处削弱的薄壁环，内部推杆推动下，削弱处受拉断裂，实现解锁。
爆炸螺栓的典型指标如下：
(1)桥路直流电阻：0.9～1.2Ω；
(2)绝缘电阻大于10MΩ；
(3)单个桥丝的起爆供电电流大于5A，两路并联大于10A；
(4)通电时间不小于200ms；
(5)使用载荷：爆炸螺栓设计拉伸载荷400 +5kN；
(6)工作时间不大于10ms，同步性不大于10ms；
(7)可靠度指标：0.999(置信度0.95)；
(8)单桥发火电流要求不小于5A，不大于10A；
(9)桥路直流电阻：0.9～1.2Ω；
(10)不发火电流：1A/1W/5min；
(11)静电感度：25000±500V的500±25PF的电容器通过5000±500Ω的串联电阻对脚壳之间进行静电放电，每次放电时间60s，应不发火。
收集板安装于下筒底部，用于限制爆炸螺栓断裂后的运动，以免发生意外碰撞。
加载螺母与爆炸螺栓的连接螺纹配合，用于加载预紧力矩压紧两个被连接件。预紧力Fe一般为爆炸螺栓设计拉伸载荷的三分之一。
根据测试数据和经验，预紧力矩M和预紧力Fe之间有如下关系：
M＝kdFe
其中，k取0.19，d是爆炸螺栓螺纹直径。对于设计拉伸载荷为40KN的爆炸螺栓，M可计算得到为20NM。
上述对实施例的描述是为了便于本技术领域的普通技术人员能理解和应用本申请。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其它实施例中而不必付出创造性的劳动。因此，本申请不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本申请披露的内容，在不脱离本申请范围和精神的情况下做出的改进和修改都本申请的范围之内。

Claims (9)

1.一种爆炸螺栓连接解锁装置，其特征在于，包括一复合减振垫，一上转接筒，一下转接筒，一爆炸螺栓，一加载螺母，一球形垫片，一收集板，和一蜂窝；
所述上转接筒的上端面通过复合减振垫与被连接件对接；所述下转接筒与所述上转接筒的下端面对接；所述上转接筒的下端面开有锥形槽和通孔，与下转接筒锥台对接，并连接爆炸螺栓；所述加载螺母和蜂窝位于所述上转接筒的内腔中；所述下转接筒的内腔内放置所述收集板；所述下转接筒的下端面中间开有球形槽，放置球型垫片。
2.如权利要求1所述的爆炸螺栓连接解锁装置，其特征在于，所述上转接筒、下转接筒的制作材料选自铝合金、钛合金和高强度不锈钢。
3.如权利要求1所述的爆炸螺栓连接解锁装置，其特征在于，所述复合减振垫外圈自上而下依次为不锈钢环、镁合金环和玻璃钢环，中间为圆形橡胶垫。
4.如权利要求1所述的爆炸螺栓连接解锁装置，其特征在于，所述上转接筒的上端面预留有3到6个均匀分布的螺钉孔。
5.如权利要求1所述的爆炸螺栓连接解锁装置，其特征在于，所述上转接筒是采用整体机加工的锻件。
6.如权利要求1所述的爆炸螺栓连接解锁装置，其特征在于，所述上转接筒高度为25mm～40mm。
7.如权利要求1所述的爆炸螺栓连接解锁装置，其特征在于，所述上转接筒与下转接筒的连接面涂覆有二硫化钼或喷涂有碳化钨。
8.如权利要求1所述的爆炸螺栓连接解锁装置，其特征在于，所述下转接筒的下端面预留3到9个均匀分布的螺纹孔。
9.如权利要求1所述的爆炸螺栓连接解锁装置，其特征在于，所述球形垫片是GB/T849-1988标准件。
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