CN110631433B - 一种剪切螺钉式头罩分离机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种剪切螺钉式头罩分离机构，用于分离头罩和弹体，头罩内部开设圆台形盲孔，头罩分离机构同轴设置在其内，其一端与圆台形盲孔的内底面相对，另一端与弹体抵触；头罩和弹体的对接处通过剪切螺钉连接；头罩的圆台形盲孔的壁面上开设两个以上通孔；头罩分离机构包括喷管体、活塞、点火器和活塞支撑架，喷管体固定在头罩的圆台形盲孔内；喷管体中心设有台阶形通孔，圆周面上设置有与台阶形通孔连通的两个以上喷管，喷管与头罩壁面上的通孔一一对应，喷管开口方向向头罩的大端倾斜；本发明用推进剂点火后的初始内压作为解锁力剪断剪切螺钉，用活塞启动后喷管体侧面喷管的推力作为头罩和弹体分离的冲量。

Description

一种剪切螺钉式头罩分离机构

技术领域

本发明涉及分离机构技术领域，具体涉及一种剪切螺钉式头罩分离机构。

背景技术

头罩在导弹/火箭飞行过程中提供对导引头、有效载荷及其他内部设备的保护作用，在载荷释放前或导引头工作前需将头罩抛离弹体/箭体。头罩分离机构包括连接解锁机构和分离冲量机构两部分，连接解锁机构具有分离前保持头罩和弹体/箭体的可靠连接和分离时解除连接约束的功能，分离冲量装置提供头罩与弹体/箭体分离的能量。传统的连接解锁机构有爆炸螺栓、切割索、镁带、卡环等，传统的分离冲量机构有抛罩发动机、分离弹簧、火工作动筒等。

传统的头罩分离机构中解锁和分离冲量装置分别由单独的装置完成的。即分离指令发出以后，解锁装置解除头罩与弹体/箭体之间的约束作用，分离冲量装置启动，使得头罩加速运动远离弹体/箭体并偏离其运动轨迹。由于解锁装置和分离冲量装置的串联工作特性，会降低头罩分离的可靠性，任何一个环节故障都会导致分离失败，同时在需要侧向运动速度时还需增加侧向分离冲量装置，增加了系统的复杂性。

《TY-4探空火箭分离装置设计与试验》(中国宇航学会固体推进专业委员会年会论文集，2002年)介绍了一种单系统头体分离方案，并建立导弹分离动力学模型，就不同发射条件和设计参数下进行了级间分离过程仿真分析。《低冲击导弹分离装置设计》(2011年中国兵工学会暨陕西省兵工学会第16届学术年会)介绍了一种利用推进剂产生高压燃气的分离装置，并对分离过程进行了计算仿真与试验。但上述文献均没有应用到固体火箭发动机，也没有涉及使用剪切螺钉的头罩分离技术。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种剪切螺钉式头罩分离机构，能够利用推进剂点火后活塞内的初始内压作为分离解锁的能量并利用活塞启动后喷管体侧面喷管的推力作为头罩和弹体/箭体分离的冲量，降低头罩分离系统的复杂性，提高头罩分离系统的可靠性。

本发明的技术方案为：一种剪切螺钉式头罩分离机构，用于分离头罩和弹体，所述头罩为圆锥状；所述头罩内部从其大端开设圆台形盲孔；所述头罩分离机构同轴设置在头罩的圆台形盲孔内，其一端与圆台形盲孔的内底面相对，另一端与所述弹体抵触；所述头罩和弹体的对接处通过剪切螺钉连接；所述头罩的圆台形盲孔的壁面上开设两个以上通孔；

所述头罩分离机构包括喷管体、活塞、点火器和活塞支撑架，所述喷管体为与头罩的圆台形盲孔对应一致的圆台形结构，固定在头罩的圆台形盲孔内；所述喷管体中心设有台阶形通孔，圆周面上设置有与台阶形通孔连通的两个以上喷管，所述喷管与头罩壁面上的通孔一一对应，喷管开口方向向头罩的大端倾斜；所述活塞为阶梯轴，所述活塞同轴套装在所述喷管体的台阶形通孔内；所述活塞直径较大端的长度小于所述喷管体的台阶形通孔的较大直径端的长度且所述活塞的直径较大端与喷管体台阶形通孔的孔径较大端滑动配合，所述活塞中心设置通孔，初始时所述活塞阻断所述喷管体上的喷管与所述喷管体中心的台阶形通孔之间的连通通路；所述活塞的直径较小端固定在活塞支撑架上，所述活塞支撑架与弹体抵触；

所述点火器用于在所述活塞中心的通孔内产生高压燃气，所述高压燃气推动所述头罩向前运动，剪断剪切螺钉，所述喷管体相对活塞向前滑动，当其滑动至喷管与活塞的通孔连通时，喷管喷出气体向所述头罩产生分离推力，所述头罩和弹体分离。

作为一种优选方案，所述头罩分离机构还包括活塞盖；

所述活塞盖一端外周与所述喷管体台阶形通孔的较大的直径端螺纹连接，另一端抵触在所述头罩内的圆台形盲孔的底面上；

所述活塞的较大外径等于所述喷管体台阶形通孔的较大直径，所述活塞较小外径等于所述喷管体台阶形通孔的较小直径。

作为一种优选方案，所述喷管沿所述喷管体周向均匀分布。

作为一种优选方案，所述喷管沿所述喷管体周向非均匀分布。

作为一种优选方案，所述点火器包括点火药盒、设置在点火药盒内的点火药和设置在点火药盒外并与点火药连接的推进剂；所述推进剂设置在所述活塞中心的通孔内，所述点火药盒固定在活塞支撑架所在端的活塞中，其端部通过点火电缆与导弹/火箭上的控制单元连接。

作为一种优选方案，当导弹/火箭接到外部的控制中心发出的头罩分离指令后，其上的控制单元通过点火电缆控制点火药点燃进而点燃推进剂，推进剂燃烧并在所述活塞的通孔内产生高压燃气，高压燃气推动所述活塞盖沿轴线向所述头罩的前部移动，所述活塞盖推动所述头罩沿所述弹体的轴线或偏离轴向向前移动，剪断剪切螺钉，解除所述弹体对所述头罩的约束；当所述头罩和活塞盖向前运动到所述喷管体上的喷管与所述活塞的通孔中的高压燃气连通时，所述喷管产生的推力推动所述头罩沿轴向向前移动。

作为一种优选方案，所述头罩圆台形盲孔的底面开设圆柱形/圆台形/圆锥形盲孔作为减重孔，其较大孔径小于圆台形盲孔的较小直径，二者相接处形成一个台阶面；所述头罩分离机构一端与台阶面抵触，另一端和弹体抵触；当所述喷管体的台阶形通孔的较小直径端的末端扩大为圆台形通孔时，所述圆台形通孔为减重孔。

有益效果：

(1)本发明采用喷管体启动后的初始内压作为解锁力剪断剪切螺钉，使用喷管体启动后侧面喷管的推力作为头罩和弹体分离的冲量，本发明机构简单，操作便利，能够适用于中小直径导弹(火箭)对头罩连接分离的需求。

(2)本发明将喷管体的侧面喷管沿周向均匀分布或非均匀分布设计，喷管产生的推力作为头罩轴向分离或侧向分离的冲量，可实现轴向或侧向移动头罩。

附图说明

图1为本发明的剪切螺钉式头罩分离机构的结构示意图。

图2为本发明的喷管体启动后的初始内压剪断剪切螺钉时头罩分离机构的示意图。

图3为本发明的喷管体启动后的推力抛离头罩时头罩分离机构的示意图。

图4为本发明的剪切螺钉式头罩分离机构头罩分离完成示意图。

其中，1-头罩、2-活塞盖、3-安装螺钉、4-喷管体、5-活塞、6-推进剂、7-点火药、8-点火药盒、9-活塞支撑架、10-剪切螺钉、11-点火电缆、12-弹(箭)体

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本实施例提供了一种剪切螺钉式头罩分离机构，能够利用推进剂点火后活塞内的初始内压作为分离解锁的能量并利用活塞启动后喷管体侧面喷管的推力作为头罩和弹体/箭体分离的冲量，降低头罩分离系统的复杂性，提高头罩分离系统的可靠性。

实施例1：

如图1所示，该头罩分离机构用于分离头罩1和弹体12，头罩1为圆锥状，其中心从大端开设圆台形盲孔；头罩1和弹体12的对接处通过剪切螺钉10连接；分离机构设置在头罩1的圆台形盲孔内，其一端与圆台形盲孔的内底面抵触，另一端和弹体12抵触；

其中，头罩1的壁面上设置两个以上通孔；

该头罩分离机构包括活塞盖2、喷管体4、活塞5、点火器和活塞支撑架9；喷管体4为与头罩1的圆台形盲孔对应一致的圆台形结构，套装在头罩1的圆台形盲孔内；喷管体4的轴向设置台阶形通孔，喷管体4的周向上设置两个以上喷管，喷管为拉瓦尔喷管；喷管与头罩1壁面上的通孔一一对应，用于连通喷管体4中心的台阶形通孔和头罩1壁面上的通孔；喷管开口方向向头罩1的大端倾斜；喷管体4和活塞盖2均同轴安装在头罩1的圆台形盲孔内，喷管体4通过安装螺钉3固定在圆台形盲孔的内壁面上，活塞盖2一端外周与喷管体4中台阶形通孔的直径较大端螺纹连接后通过密封胶密封，另一端抵触在头罩1内的内底面上；活塞5为阶梯轴状，其中心设置通孔，活塞5直径较大端的外径等于喷管体4台阶形通孔的较大直径，活塞5直径较小端的外径等于喷管体4台阶形通孔的较小直径，活塞5同轴设置在喷管体4台阶形通孔内并与喷管体4滑动配合，活塞5直径较大端的长度小于喷管体4台阶形通孔的较大直径段的长度，初始时活塞5的直径较大端与活塞盖2抵触，使活塞5的轴肩和喷管体4的轴肩之间具有设定长度的滑动空间，活塞5的直径较大端阻断喷管体4中心的台阶形通孔与喷管之间的连通通路。活塞5直径较小端与活塞支撑架9的一端螺纹连接，活塞支撑架9的另一端与弹体12抵触；点火器包括点火药盒8、设置在点火药盒8内的点火药7和设置在点火药盒8外并与点火药7连接的推进剂6，推进剂6设置在活塞5中心的通孔内，点火药盒8通过螺纹连接固定在活塞支撑架9所在端的活塞5的开口处，其端部通过点火电缆11与导弹(火箭)上的控制单元连接。

具体地：如图2和3所示，当导弹(火箭)接到外部的控制中心发出的头罩1分离指令后，其上的控制单元通过点火电缆11控制点火药7点燃进而点燃推进剂6，推进剂6燃烧并在活塞5的通孔内产生高压燃气，高压燃气推动活塞盖2沿轴线向头罩1的前部移动，由于喷管体4与活塞盖2固定在一起，活塞盖2带动头罩1和喷管体4沿弹体12的轴线向前移动，剪断剪切螺钉10，解除弹体12对头罩1的约束，在此过程中，喷管体4与活塞5产生相对滑动；当头罩1和喷管体4在惯性力的作用下向前运动到喷管体4上的喷管与活塞5中心的通孔连通时，高压燃气从该喷管中喷出，其产生的推力用于推动头罩1偏离轴向或沿轴向向前移动，最终实现头罩1和弹体12的分离。

当喷管体4上的喷管沿周向均匀分布时，该分离机构的喷管产生的推力推动头罩1沿轴向向前移动；

当喷管体4上的喷管沿周向非均匀分布时，该分离机构的喷管产生的推力推动头罩1偏离轴向向左前方或右前方移动。

实施例2：

在实施例1的基础上，从头罩1的圆台形盲孔的底面向头罩1的小端开设减重孔，减重孔用于减轻该头罩分离机构的重量盲孔；当喷管体4的阶梯孔的直径最小端的端部扩大为圆台形通孔时，该通孔也作为减重孔。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种剪切螺钉式头罩分离机构，用于分离头罩(1)和弹体(12)，所述头罩(1)为圆锥状；其特征在于，所述头罩(1)内部从其大端开设圆台形盲孔；所述头罩分离机构同轴设置在头罩(1)的圆台形盲孔内，其一端与圆台形盲孔的内底面相对，另一端与所述弹体(12)抵触；所述头罩(1)和弹体(12)的对接处通过剪切螺钉(10)连接；所述头罩(1)的圆台形盲孔的壁面上开设两个以上通孔；

所述头罩分离机构包括喷管体(4)、活塞(5)、点火器和活塞支撑架(9)，所述喷管体(4)为与头罩(1)的圆台形盲孔对应一致的圆台形结构，固定在头罩(1)的圆台形盲孔内；所述喷管体(4)中心设有台阶形通孔，圆周面上设置有与台阶形通孔连通的两个以上喷管，所述喷管与头罩(1)壁面上的通孔一一对应，喷管开口方向向头罩(1)的大端倾斜；所述活塞(5)为阶梯轴，所述活塞(5)同轴套装在所述喷管体(4)的台阶形通孔内；所述活塞(5)直径较大端的长度小于所述喷管体(4)的台阶形通孔的较大直径端的长度且所述活塞(5)的直径较大端与喷管体(4)台阶形通孔的孔径较大端滑动配合，所述活塞(5)中心设置通孔，初始时所述活塞(5)阻断所述喷管体(4)上的喷管与所述喷管体(4)中心的台阶形通孔之间的连通通路；所述活塞(5)的直径较小端固定在活塞支撑架(9)上，所述活塞支撑架(9)与弹体(12)抵触；

所述点火器用于在所述活塞(5)中心的通孔内产生高压燃气，所述高压燃气推动所述头罩(1)向前运动，剪断剪切螺钉(10)，所述喷管体(4)相对活塞(5)向前滑动，当其滑动至喷管与活塞(5)的通孔连通时，喷管喷出气体向所述头罩(1)产生分离推力，所述头罩(1)和弹体(12)分离。

2.如权利要求1所述的剪切螺钉式头罩分离机构，其特征在于，所述头罩分离机构还包括活塞盖(2)；

所述活塞盖(2)一端外周与所述喷管体(4)台阶形通孔的较大的直径端螺纹连接，另一端抵触在所述头罩(1)内的圆台形盲孔的底面上；

所述活塞(5)的较大外径等于所述喷管体(4)台阶形通孔的较大直径，所述活塞(5)较小外径等于所述喷管体(4)台阶形通孔的较小直径。

3.如权利要求1或2所述的剪切螺钉式头罩分离机构，其特征在于，所述喷管沿所述喷管体(4)周向均匀分布。

4.如权利要求1或2所述的剪切螺钉式头罩分离机构，其特征在于，所述喷管沿所述喷管体(4)周向非均匀分布。

5.如权利要求2所述的剪切螺钉式头罩分离机构，其特征在于，所述点火器包括点火药盒(8)、设置在点火药盒(8)内的点火药(7)和设置在点火药盒(8)外并与点火药(7)连接的推进剂(6)；所述推进剂(6)设置在所述活塞(5)中心的通孔内，所述点火药盒(8)固定在活塞支撑架(9)所在端的活塞(5)中，其端部通过点火电缆(11)与导弹/火箭上的控制单元连接。

6.如权利要求5所述的剪切螺钉式头罩分离机构，其特征在于，当导弹/火箭接到外部的控制中心发出的头罩(1)分离指令后，其上的控制单元通过点火电缆(11)控制点火药(7)点燃进而点燃推进剂(6)，推进剂(6)燃烧并在所述活塞(5)的通孔内产生高压燃气，高压燃气推动所述活塞盖(2)沿轴线向所述头罩(1)的前部移动，所述活塞盖(2)推动所述头罩(1)沿所述弹体(12)的轴线或偏离轴向向前移动，剪断剪切螺钉(10)，解除所述弹体(12)对所述头罩(1)的约束；当所述头罩(1)和活塞盖(2)向前运动到所述喷管体(4)上的喷管与所述活塞(5)的通孔中的高压燃气连通时，所述喷管产生的推力推动所述头罩(1)沿轴向向前移动。

7.如权利要求1所述的剪切螺钉式头罩分离机构，其特征在于，所述头罩(1)圆台形盲孔的底面开设圆柱形或圆台形或圆锥形盲孔作为减重孔，其较大孔径小于圆台形盲孔的较小直径，二者相接处形成一个台阶面；所述头罩分离机构一端与台阶面抵触，另一端和弹体(12)抵触；当所述喷管体(4)的台阶形通孔的较小直径端的末端扩大为圆台形通孔时，所述圆台形通孔为减重孔。

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