CN113911403B - 一种采用燃气控制解锁时序的解锁装置 - Google Patents

Abstract

一种采用燃气控制解锁时序的解锁装置，主要包括：上连接座、外筒、内筒、分瓣螺母、下连接座、推杆、压紧环、楔块、支座、圆锥弹簧、螺栓、端盖、剪切销、信号反馈装置、装药和发火元件。解锁装置基于解锁器和分离螺母的工作原理进行设计，通过燃气通道的设计，控制解锁装置内部结构的解锁时序，进而降低了结构解锁所需的燃气压力，从而降低装药量，最终将解锁装置的工作冲击降低到700g。

Description

一种采用燃气控制解锁时序的解锁装置

技术领域

本发明属于火工装置领域，涉及一种能够承载高强度轴向拉力、压力和径向载荷，并且内部解锁机构动作有时序的火工解锁装置。

背景技术

目前常用的火工分离装置主要有爆炸螺栓、解锁螺栓和分离螺母等产品。爆炸螺栓是利用炸药爆炸产生的拉伸、剪切力学效应，使指定的部位断裂来完成解锁功能。爆炸螺栓在分离机构中的安装比较简单，通过拧紧螺母或螺栓体将两个分离体连为一体，爆炸螺栓爆炸分离后需借助外力实现分离体的分离。解锁螺栓是由爆炸螺栓演变而来，结构较爆炸螺栓稍复杂，其连接功能的实现与爆炸螺栓一样。与爆炸螺栓的不同之处在于解锁螺栓的解锁分离是通过释放钢球或楔块来实现。分离螺母是20世纪中后期发展起来的火工分离装置，其作用原理是在火药燃气驱动下，分离瓣沿轴向移动一定行程后解除径向约束，从而分离瓣沿径向往外移动与螺栓的螺纹脱离，释放螺栓。

爆炸螺栓和解锁螺栓的轴向承载能力较强，有部分解锁螺栓也具有一定的径向承载能力，但在分离时产生的冲击较大。分离螺母轴向连接承载能力大，分离冲击较小，但其径向抗弯矩能力相对较弱，且分离后需借助外力实现分离体的分离。

发明内容

本发明解决的技术问题为：克服现有技术不足，提供一种采用燃气控制解锁时序的可承受拉压弯承载能力的火工解锁装置，其具备承载高强度轴向拉力、压力和径向载荷的能力，并且通过燃气控制解锁时序，有效的利用了燃气做功能力，降低了分离过程的冲击，从而解决了高强度承载和低冲击自主分离的技术难题，可以广泛用于实现遥感相机、陀螺仪等精密有效载荷与卫星的连接与分离功能。

本发明解决的技术方案为：

一种采用燃气控制解锁时序的解锁装置，包括：上连接座(1)、外筒(2)、内筒(3)、分瓣螺母(4)、下连接座(5)、推杆(6)、压紧环(7)、楔块(8)、支座(9)、圆锥弹簧(10)、螺栓(11)、端盖(12)、剪切销(13)、信号反馈装置(14)、装药(15)和发火元件(16)；

两个发火元件(16)安装于下连接座(5)上，装药(15)装于下连接座(5)内，与发火元件(16)的输出端连接；内筒(3)装于下连接座(5)上方，与下连接座(5)同轴，所述内筒(3)为空心圆柱结构，内部装有压紧环(7)和支座(9)，内筒(3)的外径下端细、上端粗，在粗端、细端台阶处周向均开有小孔，在粗端开有四个方槽用于安装楔块(8)；外筒(2)内径下端细、上端粗，与内筒(3)外径配合，在外筒(2)内径粗端上开有环形槽，楔块(8)的一部分插入环形槽内；压紧环(7)为上下两端粗中间细的环形，上面粗端外部用于支撑楔块(8)、内部用于压紧分瓣螺母(4)，下面粗端用于支撑推杆(6)；分瓣螺母(4)内部为螺纹，与螺栓(11)连接，上端开有凹槽；支座(9)下端用于支撑分瓣螺母(4)，上面有三个对称分布的凸台，与分瓣螺母(4)的凹槽配合；上连接座(1)下部开有环形槽，外筒(2)粗端插入该环形槽内，从而实现上连接座(1)与下连接座(5)之间的径向承载能力；螺栓(11)为T字形，下端为螺纹，穿过上连接座(1)中心开孔后与分瓣螺母(4)螺纹连接，上端平面与上连接座(1)支撑；端盖(12)安装于上连接座(1)上端的螺纹孔内；剪切销(13)穿在压紧环(7)与分瓣螺母(4)之间；圆锥弹簧(10)套在螺栓(11)外，并被约束在螺栓(11)和上连接座(1)之间。

进一步的，所述信号反馈装置(14)包括信号反馈支架(17)、顶板(18)、圆销(19)和电缆(20)，电缆(20)焊接于圆销(19)两端，圆销(19)穿于信号反馈支架(17)和顶板(18)内。

进一步的，发火元件(16)接收到点火信号后发火并引燃装药(15)，产生气体推动压紧环(7)剪断剪切销(13)并继续运动，运动一段距离后，解除对楔块(8)和分瓣螺母(4)的径向约束，楔块(8)向内收缩解除对外筒(2)的轴向约束，分瓣螺母(4)向外分开解除对螺栓(11)的轴向约束；燃气通过内筒(3)上的小孔流入内筒(3)与外筒(2)之间的空腔内，燃气压力推动外筒(2)轴向运动与上连接座(1)分离，外筒(2)运动一定距离后，压紧信号反馈装置(14)的顶板(18)，剪断信号反馈装置的圆销(19)，外筒(2)继续运动撞击在下连接座(5)上，底端的薄边变形锁定；螺栓(11)在圆锥弹簧(10)的作用下顶在端盖(12)上，解锁装置工作完成。

进一步的，两个发火元件(16)通过螺纹安装于下连接座(5)的径向方向上，两个发火元件(16)的中间位置为装药(15)；分瓣螺母(4)为三等分的螺纹瓣，组合以后为一个内螺纹套筒。

进一步的，内筒(3)上开有多个方孔，楔块(8)安装在方孔中，楔块(8)底部压紧在内筒(3)上，楔块(8)顶部卡紧在外筒(2)内侧的环形槽中，楔块(8)内部压紧在压紧环(7)上面的粗端上。

进一步的，上连接座(1)上设有多个螺钉孔，上连接座(1)通过多个螺钉孔与遥感相机相连，下连接座(5)上设有多个螺钉孔，下连接座(5)通过多个螺钉孔与卫星星体相连。

进一步的，外筒(2)在燃气作用下向下连接座(5)运动，并且螺栓(11)从分瓣螺母(4)中弹出，并在圆锥弹簧(10)的作用下顶在端盖(12)上，从而在解锁装置工作后能够产生3mm的分离面并保持此间隙，保证两个分离体后续动作无相互干扰。

进一步的，外筒(2)细端底部留有薄边突起，在外筒(2)运动到位撞击到下连接座(5)时，薄边变形，将外筒(2)限位，防止外筒(2)反弹影响分离间隙。

进一步的，通过楔块(8)实现内筒(3)与外筒(2)锁定，通过螺栓(11)、支座(9)、分瓣螺母(4)、压紧环(7)、内筒(3)、外筒(2)实现上连接座(1)与内筒(3)锁定，内筒(3)与下连接座(5)固连，从而实现上连接座(1)与下连接座(5)的高强度轴向拉力和压力承载能力。

进一步的，外筒(2)与内筒(3)可以轴向相对运动，内筒(3)细端周向开的小孔在压紧环(7)运动一定距离后露出，并始终保持在内筒(3)与外筒(2)套接后相对运动形成的空间内，从而实现燃气先推动压紧环(7)完成解锁，再流入内筒(3)、外筒(2)套接后的空间内并推动外筒(2)运动的先后时序。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明的解锁装置除具备高强度轴向拉压力和径向弯矩承载能力外，通过燃气控制解锁时序，有效的利用了燃气作功，降低了分离过程的冲击，从而解决了高强度承载和低冲击自主分离的技术难题，可以广泛用于实现遥感相机、陀螺仪等精密有效载荷与卫星的连接与分离功能。

(2)本发明的解锁装置具有信号反馈功能，通过外筒运动到位时推动顶板剪断圆销，中断电缆的信号连接，最终给整星提供解锁完成的反馈信号。

附图说明

图1是燃气控制解锁时序的解锁装置示意图；

图2是燃气控制解锁时序的解锁装置工作前状态图；

图3是燃气控制解锁时序的解锁装置工作后状态图；

图4是本发明的信号反馈装置示意图；

图5是本发明的外筒结构示意图；

其中，附图中的(a)和(b)为各图不同视角的视图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细描述。

如图1～5所示，本发明提出一种采用燃气控制解锁时序的解锁装置，包括：上连接座1、外筒2、内筒3、分瓣螺母4、下连接座5、推杆6、压紧环7、楔块8、支座9、圆锥弹簧10、螺栓11、端盖12、剪切销13、信号反馈装置14、装药15和发火元件16；

两个发火元件16安装于下连接座5上，装药15装于下连接座5内，与发火元件16的输出端连接；内筒3装于下连接座5上方，与下连接座5同轴，所述内筒3为空心圆柱结构，内部装有压紧环7和支座9，内筒3的外径下端细、上端粗，在粗端、细端台阶处周向均开有小孔，在粗端开有四个方槽用于安装楔块8；外筒2内径下端细、上端粗，与内筒3外径配合，在外筒2内径粗端上开有环形槽，楔块8的一部分插入环形槽内；压紧环7为上下两端粗中间细的环形，上面粗端外部用于支撑楔块8、内部用于压紧分瓣螺母4，下面粗端用于支撑推杆6；分瓣螺母4内部为螺纹，与螺栓11连接，上端开有凹槽；支座9下端用于支撑分瓣螺母4，上面有三个对称分布的凸台，与分瓣螺母4的凹槽配合；上连接座1下部开有环形槽，外筒2粗端插入该环形槽内，从而实现上连接座1与下连接座5之间的径向承载能力；螺栓11为T字形，下端为螺纹，穿过上连接座1中心开孔后与分瓣螺母4螺纹连接，上端平面与上连接座1支撑；端盖12安装于上连接座1上端的螺纹孔内；剪切销13穿在压紧环7与分瓣螺母4之间；圆锥弹簧10套在螺栓11外，并被约束螺栓11和上连接座1之间。

所述信号反馈装置14包括信号反馈支架17、顶板18、圆销19和电缆20，电缆20焊接于圆销19两端，圆销19穿于信号反馈支架17和顶板18内。

两个发火元件16通过螺纹安装于下连接座5的径向方向上，两个发火元件16的中间位置为装药15；分瓣螺母4为三等分的螺纹瓣，组合以后为一个内螺纹套筒。

内筒3上开有多个方孔，楔块8安装在方孔中，楔块8底部压紧在内筒3上，楔块8顶部卡紧在外筒2内侧的环形槽中，楔块8内部压紧在压紧环7上面的粗端上。

上连接座1上设有多个螺钉孔，上连接座1通过多个螺钉孔与遥感相机相连，下连接座5上设有多个螺钉孔，下连接座5通过多个螺钉孔与卫星星体相连。

外筒2在燃气作用下向下连接座5运动，并且螺栓11从分瓣螺母4中弹出，并在圆锥弹簧10的作用下顶在端盖12上，从而在解锁装置工作后能够产生3mm的分离面并保持此间隙，保证两个分离体后续动作无相互干扰。

外筒2细端底部留有薄边突起，在外筒2运动到位撞击到下连接座5时，薄边变形，将外筒2限位，防止外筒2反弹影响分离间隙。

工作原理：

发火元件16接收到点火信号后发火并引燃装药15，产生气体推动压紧环7剪断剪切销13并继续运动，运动一段距离后，解除对楔块8和分瓣螺母4的径向约束，楔块8向内收缩解除对外筒2的轴向约束，分瓣螺母4向外分开解除对螺栓11的轴向约束；燃气通过内筒3上的小孔流入内筒3与外筒2之间的空腔内，燃气压力推动外筒2轴向运动与上连接座1分离，外筒2运动一定距离后，压紧信号反馈装置14的顶板18，剪断信号反馈装置的圆销19，外筒2继续运动撞击在下连接座5上，底端的薄边变形锁定，螺栓11在圆锥弹簧10的作用下顶在端盖12上，解锁装置工作完成。

通过楔块8实现内筒3与外筒2锁定，通过螺栓11、支座9、分瓣螺母4、压紧环7、内筒3、外筒2实现上连接座1与内筒3锁定，内筒3与下连接座5固连，从而实现上连接座1与下连接座5的高强度轴向拉力和压力承载能力。

外筒2与内筒3可以轴向相对运动，内筒3细端周向开的小孔在压紧环7运动一定距离后露出，并始终保持在内筒3与外筒2套接后相对运动形成的空间内，从而实现燃气先推动压紧环7完成解锁，再流入内筒3、外筒2套接后的空间内并推动外筒2运动的先后时序。

本发明的解锁装置除具备高强度轴向拉压力和径向弯矩承载能力外，通过燃气控制解锁时序，有效的利用了燃气作功，降低了分离过程的冲击，从而解决了高强度承载和低冲击自主分离的技术难题，可以广泛用于实现遥感相机、陀螺仪等精密有效载荷与卫星的连接与分离功能。

实施例：

本实施例给出一种采用燃气控制解锁时序的解锁装置，主要包括：上连接座1、外筒2、内筒3、分瓣螺母4、下连接座5、推杆6、压紧环7、楔块8、支座9、圆锥弹簧10、螺栓11、端盖12、剪切销13、信号反馈装置14、装药15和发火元件16，如图1所示。

解锁装置基于解锁螺栓和分离螺母的工作原理进行设计，通过燃气通道的设计，控制解锁装置内部结构的解锁时序，进而降低了结构解锁所需的燃气压力，从而降低装药量，最终将解锁装置的工作冲击降低到700g以内。

所述2个发火元件16安装于下连接座5的径向上，装药15装于下连接座5内发火元件16的输出端；内筒3装于下连接座5轴向上，所述内筒3为空心圆柱，内部装有压紧环7和支座9，外径下端细、上端粗，在粗端、细端台阶处周向开有小孔，在粗端开有四个方槽用于安装楔块；外筒2内径下端细、上端粗，与内筒3外径配合，在外筒2内径粗端上开有环形槽，楔块8的一部分插入环形槽内；压紧环7为上下两端粗中间细的环形，上面粗端外部用于支撑楔块8、内部用于压紧分瓣螺母4，下面粗端用于支撑推杆6；分瓣螺母4内部为螺纹，与螺栓11连接，上端开有凹槽；支座9下端用于支撑分瓣螺母4，上面有3个对称分布的凸台，与分瓣螺母4的凹槽配合；上连接座1下部开有环形槽，外筒2粗端插入凹槽内；螺栓11为T字形，下端为螺纹，穿过上连接座1中心开孔后与分瓣螺母4螺纹连接，上端平面与上连接座1支撑；端盖12安装于上连接座1上端的螺纹孔内；剪切销13穿在压紧环7与分瓣螺母4之间；圆锥弹簧10套在螺栓11外，并被约束螺栓11和上连接座1之间。

发火元件16接收到点火信号后发火并引燃装药15，产生气体推动压紧环7剪断剪切销13并继续运动，运动一端距离后，解除对楔块8和分瓣螺母4的径向约束，楔块8向内收缩解除对外筒2的轴向约束，分瓣螺母4向外分开解除对螺栓11的轴向约束；螺栓11在圆锥弹簧10的作用下顶在端盖12上，燃气通过内筒3上的小孔流入内筒3与外筒2的空腔内，燃气压力推动外筒2轴向运动与上连接座1分离，外筒2运动一定距离后，解锁装置完全分离为两部分，如图3所示，两部分之间形成3mm的分离面；外筒2继续压紧信号反馈装置14的顶板18剪断信号反馈装置的圆销19，如图4所示，外筒2继续运动撞击在下连接座5上，底端的薄边变形锁定，如图5所示，解锁装置工作完成。

解锁装置研制完成后先后进行了承载性能测试和解锁性能测试。实测解锁装置的轴向承载30000N，径向承载13500N后产品无明显变形，发火后能够正常工作。解锁试验实测分离机构的工作时间不大于10ms，分离峰值冲击不大于700g，因此，分离机构解锁冲击小，且在多个解锁装置共同工作时，分离同步性好。

Claims (9)

1.一种采用燃气控制解锁时序的解锁装置，其特征在于包括：上连接座(1)、外筒(2)、内筒(3)、分瓣螺母(4)、下连接座(5)、推杆(6)、压紧环(7)、楔块(8)、支座(9)、圆锥弹簧(10)、螺栓(11)、端盖(12)、剪切销(13)、信号反馈装置(14)、装药(15)和发火元件(16)；

两个发火元件(16)安装于下连接座(5)上，装药(15)装于下连接座(5)内，与发火元件(16)的输出端连接；内筒(3)装于下连接座(5)上方，与下连接座(5)同轴，所述内筒(3)为空心圆柱结构，内部装有压紧环(7)和支座(9)，内筒(3)的外径下端细、上端粗，在粗端、细端台阶处周向均开有小孔，在粗端开有四个方槽用于安装楔块(8)；外筒(2)内径下端细、上端粗，与内筒(3)外径配合，在外筒(2)内径粗端上开有环形槽，楔块(8)的一部分插入环形槽内；压紧环(7)为上下两端粗中间细的环形，上面粗端外部用于支撑楔块(8)、内部用于压紧分瓣螺母(4)，下面粗端用于支撑推杆(6)；分瓣螺母(4)内部为螺纹，与螺栓(11)连接，上端开有凹槽；支座(9)下端用于支撑分瓣螺母(4)，上面有三个对称分布的凸台，与分瓣螺母(4)的凹槽配合；上连接座(1)下部开有环形槽，外筒(2)粗端插入该环形槽内，从而实现上连接座(1)与下连接座(5)之间的径向承载能力；螺栓(11)为T字形，下端为螺纹，穿过上连接座(1)中心开孔后与分瓣螺母(4)螺纹连接，上端平面与上连接座(1)支撑；端盖(12)安装于上连接座(1)上端的螺纹孔内；剪切销(13)穿在压紧环(7)与分瓣螺母(4)之间；圆锥弹簧(10)套在螺栓(11)外，并被约束在螺栓(11)和上连接座(1)之间；

所述信号反馈装置(14)包括信号反馈支架(17)、顶板(18)、圆销(19)和电缆(20)，电缆(20)焊接于圆销(19)两端，圆销(19)穿于信号反馈支架(17)和顶板(18)内。

2.根据权利要求1所述的一种采用燃气控制解锁时序的解锁装置，其特征在于：发火元件(16)接收到点火信号后发火并引燃装药(15)，产生气体推动压紧环(7)剪断剪切销(13)并继续运动，运动一段距离后，解除对楔块(8)和分瓣螺母(4)的径向约束，楔块(8)向内收缩解除对外筒(2)的轴向约束，分瓣螺母(4)向外分开解除对螺栓(11)的轴向约束；燃气通过内筒(3)上的小孔流入内筒(3)与外筒(2)之间的空腔内，燃气压力推动外筒(2)轴向运动与上连接座(1)分离，外筒(2)运动一定距离后，压紧信号反馈装置(14)的顶板(18)，剪断信号反馈装置的圆销(19)，外筒(2)继续运动撞击在下连接座(5)上，底端的薄边变形锁定；螺栓(11)在圆锥弹簧(10)的作用下顶在端盖(12)上，解锁装置工作完成。

3.根据权利要求1所述的一种采用燃气控制解锁时序的解锁装置，其特征在于：两个发火元件(16)通过螺纹安装于下连接座(5)的径向方向上，两个发火元件(16)的中间位置为装药(15)；分瓣螺母(4)为三等分的螺纹瓣，组合以后为一个内螺纹套筒。

4.根据权利要求1所述的一种采用燃气控制解锁时序的解锁装置，其特征在于：内筒(3)上开有多个方槽，楔块(8)安装在方槽中，楔块(8)底部压紧在内筒(3)上，楔块(8)顶部卡紧在外筒(2)内侧的环形槽中，楔块(8)内部压紧在压紧环(7)上面的粗端上。

5.根据权利要求1所述的一种采用燃气控制解锁时序的解锁装置，其特征在于：上连接座(1)上设有多个螺钉孔，上连接座(1)通过多个螺钉孔与遥感相机相连，下连接座(5)上设有多个螺钉孔，下连接座(5)通过多个螺钉孔与卫星星体相连。

6.根据权利要求1所述的一种采用燃气控制解锁时序的解锁装置，其特征在于：外筒(2)在燃气作用下向下连接座(5)运动，并且螺栓(11)从分瓣螺母(4)中弹出，并在圆锥弹簧(10)的作用下顶在端盖(12)上，从而在解锁装置工作后能够产生3mm的分离面并保持此间隙，保证两个分离体后续动作无相互干扰。

7.根据权利要求1所述的一种采用燃气控制解锁时序的解锁装置，其特征在于：外筒(2)细端底部留有薄边突起，在外筒(2)运动到位撞击到下连接座(5)时，薄边变形，将外筒(2)限位，防止外筒(2)反弹影响分离间隙。

8.根据权利要求1所述的一种采用燃气控制解锁时序的解锁装置，其特征在于：通过楔块(8)实现内筒(3)与外筒(2)锁定，通过螺栓(11)、支座(9)、分瓣螺母(4)、压紧环(7)、内筒(3)、外筒(2)实现上连接座(1)与内筒(3)锁定，内筒(3)与下连接座(5)固连，从而实现上连接座(1)与下连接座(5)的高强度轴向拉力和压力承载能力。

9.根据权利要求1所述的一种采用燃气控制解锁时序的解锁装置，其特征在于：外筒(2)与内筒(3)可以轴向相对运动，内筒(3)细端周向开的小孔在压紧环(7)运动一定距离后露出，并始终保持在内筒(3)与外筒(2)套接后相对运动形成的空间内，从而实现燃气先推动压紧环(7)完成解锁，再流入内筒(3)、外筒(2)套接后的空间内并推动外筒(2)运动的先后时序。

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