CN109737831A - 一种基于爆炸螺栓的非火工分离装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及航空航天设备技术领域，具体涉及一种基于爆炸螺栓的非火工分离装置，包括：至少一个爆炸螺栓，内部设有用于容纳高压气体的气腔；至少一个高压气瓶，通过至少一个管路与所述爆炸螺栓的气腔连通，用于将内部储存的高压气体经所述管路输送到所述爆炸螺栓的气腔内，并对所述爆炸螺栓施加使其分离的作用力。本发明提供一种可重复使用，成本低，并且不会产生有害气体的基于爆炸螺栓的非火工分离装置。

Description

一种基于爆炸螺栓的非火工分离装置

技术领域

本发明涉及航空航天设备技术领域，具体涉及一种基于爆炸螺栓的非火工分离装置。

背景技术

传统的火箭部段分离，无论是级间分离还是整流罩分离等多使用爆炸螺栓分离，火工品一次性使用并且价格不菲，不仅分离火工品一次使用，且相关的配套产品等均为一次性使用产品，例如导爆索、歧管、起爆器等。起爆器起爆产生的化学能经歧管、导爆索传到分离火工品进行起爆和分离解锁，由于主装药、次装药等所有火工品为一次起爆后就被耗尽，整套分离解锁装置在使用一次后就不可复用，导致火箭的成本升高，同时，当火药燃烧或爆炸时会产生有害气体，污染环境。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中火工分离解锁装置只能一次性使用、并且在火药燃烧或爆炸时会产生有害气体，污染环境的缺陷，从而提供一种可重复使用，成本低，并且不会产生有害气体的基于爆炸螺栓的非火工分离装置。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于爆炸螺栓的非火工分离装置，包括：

至少一个爆炸螺栓，内部设有用于容纳高压气体的气腔；

至少一个高压气瓶，通过至少一个管路与所述爆炸螺栓的气腔连通，用于将内部储存的高压气体经所述管路输送到所述爆炸螺栓的气腔内，并对所述爆炸螺栓施加使其分离的作用力。

进一步，所述高压气瓶为一个，在所述管路上设有用于调节所述高压气瓶与所述爆炸螺栓通断状态的电磁阀。

进一步，所述爆炸螺栓为至少两个，所述电磁阀包括分别与所述高压气瓶连接的第一电磁阀与第二电磁阀，每个所述爆炸螺栓均通过两条管路分别与所述第一电磁阀与所述第二电磁阀连接。

进一步，所述爆炸螺栓为削弱槽式爆炸螺栓。

进一步，所述削弱槽式爆炸螺栓包括螺栓本体、设于所述螺栓本体内部的活塞杆和设于所述螺栓本体的外周壁上的槽体，所述活塞杆在高压气体的作用下运动至越过所述槽体的位置，对所述爆炸螺栓施加分离力。

进一步，所述气腔成型在所述螺栓本体内部远离所述槽体的一端，且延伸至所述活塞杆的受力端。

进一步，所述爆炸螺栓为剪切销式爆炸螺栓。

进一步，所述剪切销式爆炸螺栓包括螺栓本体、与所述螺栓本体固接的螺栓杆以及用于连接所述螺栓本体和所述螺栓杆的销体，所述气腔设于所述螺栓本体内部，且延伸至所述螺栓杆的受力端。

进一步，所述销体的轴向与所述螺栓杆的轴向垂直设置。

进一步，在所述爆炸螺栓与所述管路的连接处设有防止高压气体回流的单向阀。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的基于爆炸螺栓的非火工分离装置，在高压气瓶中存储有高压气体，通过管路提供给爆炸螺栓，高压气体进入到爆炸螺栓的气腔内，施加一个使爆炸螺栓分离的作用力，使爆炸螺栓分成两部分，从而实现分离面的分离解锁，相比于现有技术，本发明中的除爆炸螺栓之外的产品均可重复使用，有利于降低航空航天的成本，避免现有技术中由主装药、次装药等火工品组成的火工分离装置的一次使用的情况，从而实现降低运载火箭成本的目的；同时也通过选用非污染的高压气体作为起爆能源，避免火药燃烧或爆炸之后产生有害气体，对环境造成污染。

2.本发明提供的基于爆炸螺栓的非火工分离装置，所述高压气瓶为一个，在所述管路上设有用于调节所述高压气瓶与所述爆炸螺栓通断状态的电磁阀。通过电磁阀来控制高压气体进入到爆炸螺栓中的时间、流量、流速等其他参数，使得高压气瓶中的高压气体精准的进入到爆炸螺栓中，从而控制爆炸螺栓的爆炸时间，以及火箭分离部段的分离时间。

3.本发明提供的基于爆炸螺栓的非火工分离装置，所述爆炸螺栓为至少两个，所述电磁阀包括分别与所述高压气瓶连接的第一电磁阀与第二电磁阀，每个所述爆炸螺栓均通过两条管路分别与所述第一电磁阀与所述第二电磁阀连接。将电磁阀与管路设置为冗余的形式，在实际操作的过程中，避免其中的一个电磁阀或管路失效时，任一个电磁阀和管路仍可以正常使用，提高了分离装置的可靠性。

4.本发明提供的基于爆炸螺栓的非火工分离装置，在所述爆炸螺栓与所述管路的连接处设有防止高压气体回流的单向阀。单向阀有效的防止高压气体进入到爆炸螺栓之后，回流至管路中，防止爆炸螺栓中充入的高压气体压力减小，导致爆炸所需要的高压气体不足，从而影响爆炸螺栓的爆炸时间。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的基于爆炸螺栓的非火工分离装置的结构示意图；

图2为图1中削弱槽式爆炸螺栓的结构示意图；

图3为图1中剪切销式爆炸螺栓的结构示意图；

附图标记说明：

1-管路接头；2-螺栓本体；3-气腔；4-密封圈；5-螺母；6-连接件；

7-槽体；8-活塞顶杆；9-销体；10-螺栓杆；11-充气阀；12-高压气瓶；

13-第一电磁阀；14-第二电磁阀；15-管路；16-爆炸螺栓；

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

如图1-3所示的基于爆炸螺栓的非火工分离装置的一种具体的实施方式，包括：

至少一个爆炸螺栓16，内部设有用于容纳高压气体的气腔3；

至少一个高压气瓶12，通过至少一个管路15与所述爆炸螺栓16的气腔3连通，用于将内部储存的高压气体经所述管路15输送到所述爆炸螺栓16的气腔3内，并对所述爆炸螺栓16施加使其分离的作用力。

在高压气瓶12的前端还设有充气阀11，运载火箭发射前，预先通过充气阀11为高压气瓶12充入高压气体(高压气体在30-90Mpa左右)，从而将高压气体存储在高压气瓶12中，至少一个高压气瓶12通过至少一个管路15将高压气体运送到爆炸螺栓16的气腔3中，在高压气体的作用下，将爆炸螺栓16与火箭分离端连接的部分分离。

作为一种具体的实施方式，所述高压气瓶12为一个，在所述管路15上设有用于调节所述高压气瓶12与所述爆炸螺栓16通断状态的电磁阀。在分离部段分离前，预先对电磁阀充电，在分离时收到控制系统发射的分离信号，从而控制高压气瓶12中的高压气体以超音速沿管路15到达爆炸螺栓16的气腔3中，依靠高压气体作用在爆炸螺栓6上的作用力使爆炸螺栓6分离解锁，实现运载火箭部件间的分离。

作为一种具体的实施方式，所述爆炸螺栓16为两个，所述电磁阀包括分别与所述高压气瓶12连接的第一电磁阀13与第二电磁阀14，每个所述爆炸螺栓16均通过两条管路15分别与所述第一电磁阀13与所述第二电磁阀14连接。电磁阀为并联的第一电磁阀13和第二电磁阀14，均与一个高压气瓶12连接，第一电磁阀13和第二电磁阀14需要选用相同的零件，从而保证分离的一致性，采用相同的第一电磁阀13和第二电磁阀14，每个爆炸螺栓16连接两路管路15，只要其中有一路管路15中的高压气体到达爆炸螺栓16就可引起爆炸螺栓16的分离。

在本实施例中，一个分离面上设有4个爆炸螺栓16，一个第一电磁阀13和一个第二电磁阀14，管路采用2×4路冗余的形式与爆炸螺栓16连接，只要其中一条管路15可以将高压气体输送至爆炸螺栓16中，就可以实现爆炸螺栓16的分离，防止其中一路管路15失效，导致火箭分离部段不能准确分离，从而保证分离时的高可靠性。当然，当需要分离部段，也可以布置多个爆炸螺栓16，根据分离部段面积的大小判定。

如图2所示，所述爆炸螺栓16为削弱槽式爆炸螺栓。所述削弱槽式爆炸螺栓包括螺栓本体2、设于所述螺栓本体2内部的活塞杆8和设于所述螺栓本体2的外周壁上的槽体7，所述活塞杆8在高压气体的作用下运动至越过所述槽体7的位置，对所述爆炸螺栓16施加分离力。所述气腔3成型在所述螺栓本体2内部远离所述槽体7的一端，且延伸至所述活塞杆8的受力端。

螺栓本体2的左端设有管路接头1，螺栓本体2用于将两个连接件6连接在一起，螺栓本体2的右端设有用于将两个连接6紧固的螺母5，气腔3设置在螺栓本体2中，在螺栓本体2中设有活塞杆8，在活塞杆8与气腔3的交界面上设有用于密封的密封圈4，当高压气瓶12中的高压气体进入到爆炸螺栓16中的气腔3中，高压气体推动活塞杆8沿轴向运动，运动到螺栓本体2中气腔3的最右侧，此时，螺栓本体2外周壁上的槽体7处的应力超过材料的强度极限，在高压气体的不断冲击下，螺栓本体2从槽体7开始断裂，实现爆炸螺栓16的分离，从而实现火箭分离部段的分离。

槽体7为设置在螺栓本体2外周壁上的环形凹槽，当然槽体7也可以设置为其他形式的，例如V形的。

需要预先设置好进入到爆炸螺栓16中的高压气体，根据分离部段需要分离的面积设置爆炸螺栓16的数量，基于推动活塞杆8运动的气体压力F＝高压气体压强P×气腔3内的作用面积S,通过调节高压气体压强和气腔3内作用面积，实现对不同规格下不同承载能力的削弱槽式爆炸螺栓处槽体7的高压气体压力F的控制。

作为一种替换的实施方式，在螺栓本体2的气腔3中不设置活塞杆8，直接向气腔3中通入高压气体，通过高压气体的不断冲击，螺栓本体2也可以在槽体7开始断裂，实现爆炸螺栓16的分离，从而实现火箭分离部段的分离。

如图3所示，所述爆炸螺栓16为剪切销式爆炸螺栓。所述剪切销式爆炸螺栓包括螺栓本体2、与所述螺栓本体2固接的螺栓杆10以及用于连接所述螺栓本体2和所述螺栓杆10的销体9，所述气腔3设于所述螺栓本体2内部，且延伸至所述螺栓杆10的受力端。所述销体9的轴向与所述螺栓杆10的轴向垂直设置。

在螺栓本体2的左端设有管路接头1，在螺栓本体2的右端设有螺栓杆10，螺栓本体2与螺栓杆10之间通过销体9连接在一起，当高压气瓶12中的高压气体进入到爆炸螺栓16中的气腔3中，在高压气体的不断冲击下，销体9断裂，实现爆炸螺栓16的分离，从而实现火箭分离部段的分离。销体9垂直固定在螺栓10内，当然也可以斜插入到螺栓杆10和螺栓本体2中将二者连接。

需要预先设置好进入到爆炸螺栓16中的高压气体，根据分离部段需要分离的面积设置多少个爆炸螺栓16，基于推动螺栓杆10运动的气体压力F＝高压气体压强P×气腔3内的作用面积S，通过调节高压气体压强和气腔3内作用面积，实现对不同规格下不同承载能力的剪切销式爆炸螺栓剪切销体9所需要的高压气体压力F的控制。

作为一种具体的实施方式，在所述爆炸螺栓16与所述管路15的连接处设有防止高压气体回流的单向阀。在爆炸螺栓16与管路15的管路接头1处，设有防止高压气体回流至管路15中的单向阀，同时还设有传感器，用于检测爆炸螺栓16中充入高压气体的含量。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种基于爆炸螺栓的非火工分离装置，其特征在于，包括：

至少一个爆炸螺栓(16)，内部设有用于容纳高压气体的气腔(3)；

至少一个高压气瓶(12)，通过至少一个管路(15)与所述爆炸螺栓(16)的气腔(3)连通，用于将内部储存的高压气体经所述管路(15)输送到所述爆炸螺栓(16)的气腔(3)内，并对所述爆炸螺栓(16)施加使其分离的作用力。

2.根据权利要求1所述的基于爆炸螺栓的非火工分离装置，其特征在于，所述高压气瓶(12)为一个，在所述管路(15)上设有用于调节所述高压气瓶(12)与所述爆炸螺栓(16)通断状态的电磁阀。

3.根据权利要求2所述的基于爆炸螺栓的非火工分离装置，其特征在于，所述爆炸螺栓(16)为至少两个，所述电磁阀包括分别与所述高压气瓶(12)连接的第一电磁阀(13)与第二电磁阀(14)，每个所述爆炸螺栓(16)均通过两条管路(15)分别与所述第一电磁阀(13)与所述第二电磁阀(14)连接。

4.根据权利要求1-3任一项所述的基于爆炸螺栓的非火工分离装置，其特征在于，所述爆炸螺栓(16)为削弱槽式爆炸螺栓。

5.根据权利要求4所述的基于爆炸螺栓的非火工分离装置，其特征在于，所述削弱槽式爆炸螺栓包括螺栓本体(2)、设于所述螺栓本体(2)内部的活塞杆(8)和设于所述螺栓本体(2)的外周壁上的槽体(7)，所述活塞杆(8)在高压气体的作用下运动至越过所述槽体(7)的位置，对所述爆炸螺栓(16)施加分离力。

6.根据权利要求5所述的基于爆炸螺栓的非火工分离装置，其特征在于，所述气腔(3)成型在所述螺栓本体(2)内部远离所述槽体(7)的一端，且延伸至所述活塞杆(8)的受力端。

7.根据权利要求1-3任一项所述的基于爆炸螺栓的非火工分离装置，其特征在于，所述爆炸螺栓(16)为剪切销式爆炸螺栓。

8.根据权利要求7所述的基于爆炸螺栓的非火工分离装置，其特征在于，所述剪切销式爆炸螺栓包括螺栓本体(2)、与所述螺栓本体(2)固接的螺栓杆(10)以及用于连接所述螺栓本体(2)和所述螺栓杆(10)的销体(9)，所述气腔(3)设于所述螺栓本体(2)内部，且延伸至所述螺栓杆(10)的受力端。

9.根据权利要求8所述的基于爆炸螺栓的非火工分离装置，其特征在于，所述销体(9)的轴向与所述螺栓杆(10)的轴向垂直设置。

10.根据权利要求1-3任一项所述的基于爆炸螺栓的非火工分离装置，其特征在于，在所述爆炸螺栓(16)与所述管路(15)的连接处设有防止高压气体回流的单向阀。