CN114543601B - 一种低冲爆炸螺栓解锁捕获装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及火箭发射领域，尤其涉及一种低冲爆炸螺栓解锁捕获装置，包括：捕获器壳体、支撑帽、减振器壳体、主吸能块、减振器缓冲环、吸能支撑环、螺栓捕获帽和卡环。本申请提供的低冲爆炸螺栓解锁捕获装置，通过一系列力的作用与传递，不同吸能结构部件的共同作用，最终通过完成大部分的降冲击作用，极大的提高了能量转换效果；并且可以捕获爆炸断裂后的螺栓杆，使螺栓杆相对静止固定在捕获器内，避免分离后的螺栓杆反弹插回安装孔内，保证航天器的顺利分离。

Description

一种低冲爆炸螺栓解锁捕获装置

技术领域

本申请涉及火箭发射领域，尤其涉及一种低冲爆炸螺栓解锁捕获装置。

背景技术

航天器分离释放是航天任务成败的一个关键环节，通常分离解锁方式有：爆炸螺栓爆炸解锁、记忆合金解锁、电热熔断解锁、聚合物解锁、电机解锁等。

由于爆炸螺栓爆炸解锁的承载能力较大、分离性能相对比较稳定，并且该方式简单有效，因此目前，爆炸螺栓爆炸解锁被广泛地应用在航天器的分离释放。爆炸螺栓爆炸解锁就是利用爆炸螺栓爆炸产生的高温、高压，使航天器的连接结构熔断或被炸断，以达到分离目的。

但是，由于爆炸螺栓爆炸时会产生巨大冲击，会影响分离后航天器，甚至导致分离后航天器偏离轨道，并且爆炸分离后的螺栓杆依然具有较高的动能，会高速作用在止动结构上，极有可能会发生反弹，如果分离后的螺栓杆插回安装孔内，与分离体作用，将会影响分离动作，造成分离失败。

因此，如何降低爆炸螺栓爆炸后产生的冲击，并且避免分离后的螺栓杆反弹插回安装孔内，保证航天器的顺利分离，是目前本领域技术人员需要解决的技术问题。

发明内容

本申请提供了一种低冲爆炸螺栓解锁捕获装置，以降低爆炸螺栓爆炸后产生的冲击，并且避免分离后的螺栓杆反弹插回安装孔内，保证航天器的顺利分离。

为解决上述技术问题，本申请提供如下技术方案：

一种低冲爆炸螺栓解锁捕获装置，包括：捕获器壳体、支撑帽、减振器壳体、主吸能块、减振器缓冲环、吸能支撑环、螺栓捕获帽和卡环；其中，减振器壳体的内部具有减振腔，减振器壳体的下端具有贯通减振腔和外部的减振口，并且减振口的宽度小于减振腔的宽度；主吸能块、吸能支撑环、螺栓捕获帽和卡环由上至下依次设置于减振腔内，并且螺栓捕获帽具有环状的捕获固定翼和由捕获固定翼内侧向上延伸的捕获壁，并且捕获壁围成贯通上下的捕获孔，捕获固定翼的上表面与吸能支撑环的下端面接触，捕获壁的外表面与吸能支撑环的内表面接触，使得捕获壁伸入至吸能支撑环内；捕获器壳体的内部具有捕获腔，并且捕获腔的下段宽度窄于上段的宽度，以在捕获腔内形成定位面；减振器壳体的下端向外侧延伸有减振固定翼，减振固定翼的下表面与捕获腔内的定位面接触，以将减振器壳体卡在捕获腔内；减振器缓冲环设置于减振器壳体的外壁和捕获腔的内壁之间，并且减振器缓冲环的下表面与减振固定翼的上表面接触；捕获器壳体的上端具有连通外部与捕获腔的安装口，支撑帽固定安装于安装口处，并且支撑帽的下表面接触减振器缓冲环的上表面；捕获器壳体的下端具有连通外部与捕获腔的爆炸螺栓接口，用于爆炸螺栓由下至上穿至捕获腔，以将捕获器壳体与分离体连接在一起。

如上所述的低冲爆炸螺栓解锁捕获装置，其中，优选的是，捕获腔为台阶孔，并且位于下方的一段的直径小于位于上方的一段的直径。

如上所述的低冲爆炸螺栓解锁捕获装置，其中，优选的是，捕获孔的直径由下至上逐渐减小，以使得捕获孔的形状为锥形。

如上所述的低冲爆炸螺栓解锁捕获装置，其中，优选的是，螺栓捕获帽的材质采用聚四氟乙烯。

如上所述的低冲爆炸螺栓解锁捕获装置，其中，优选的是，卡环的下表面的外侧向上凹，并且下表面向上凹的部分卡至减振口的上方。

如上所述的低冲爆炸螺栓解锁捕获装置，其中，优选的是，主吸能块和吸能支撑环与减振器壳体的减振腔均过盈配合。

如上所述的低冲爆炸螺栓解锁捕获装置，其中，优选的是，捕获器壳体的上端的内壁具有内螺纹，支撑帽的外壁具有外螺纹，支撑帽的外螺纹与捕获器壳体上端的内螺纹配合。

如上所述的低冲爆炸螺栓解锁捕获装置，其中，优选的是，爆炸螺栓接口为阶梯孔，位于上方的一阶孔的直径小于位于下方的一阶孔的直径，并且位于下方的一阶孔的直径由上至向逐渐增加，以使位于下方的一阶孔的侧壁为由上至下向外倾斜的斜面。

如上所述的低冲爆炸螺栓解锁捕获装置，其中，优选的是，减振器壳体的上端开设有贯通上下的安装排气孔，用于安装时与拿持手柄配合，以及用于使用时排除爆炸螺栓爆炸后产生的气体。

如上所述的低冲爆炸螺栓解锁捕获装置，其中，优选的是，主吸能块、减振器缓冲环和吸能支撑环的材质为金属橡胶。

相对上述背景技术，本发明所提供的低冲爆炸螺栓解锁捕获装置通过一系列力的作用与传递，不同吸能结构部件的共同作用，最终通过完成大部分的降冲击作用，极大的提高了能量转换效果；同时捕获爆炸断裂后的螺栓杆，使螺栓杆相对静止固定在捕获器内，避免了分离后的螺栓杆反弹插回安装孔内，其可靠性高，保证了航天器的顺利分离。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的低冲爆炸螺栓解锁捕获装置的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。另外，诸如“上”、“上方”、下”、“下方”等的空间关系术语用于使描述方便，以解释两个部件之间的位置关系。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

请参阅图1，图1是本申请实施例提供的低冲爆炸螺栓解锁捕获装置的示意图。

本申请提供了一种低冲爆炸螺栓解锁捕获装置，包括：捕获器壳体110、支撑帽120、减振器壳体130、主吸能块140、减振器缓冲环150、吸能支撑环160、螺栓捕获帽170和卡环180。

其中，捕获器壳体110的内部具有捕获腔，并且捕获腔的下段宽度窄于上段的宽度，从而在捕获腔内形成定位面。作为一个例子，捕获器壳体110的形状为圆柱状，捕获腔的形状也为圆柱体，并且位于下方的一段的直径小于位于上方的一段的直径，从而使得捕获腔为台阶孔。

捕获器壳体110的上端具有连通外部与捕获腔的安装口，用于通过该安装口向捕获腔内安装减振器壳体130、主吸能块140、减振器缓冲环150、吸能支撑环160、螺栓捕获帽170和卡环180。支撑帽120固定安装于安装口处，以从上端封闭捕获腔。作为一个例子，捕获器壳体110的上端的内壁具有内螺纹，支撑帽120的外壁具有外螺纹，将支撑帽120拧入捕获器壳体110的安装口，从而封闭捕获器壳体110的上端。另外，支撑帽120的上端面上具有向上凸出的扳手卡口(例如：正六边形扳手卡扣)，扳手卡口具有标准螺栓卡口尺寸，通过扳手夹持至扳手卡口处而将支撑帽120拧至捕获器壳体110的安装口。为了排除因爆炸而产生的爆炸气体，在支撑帽120的上端面上设置有贯通上下的排气孔121，例如：围绕着扳手卡口均匀分布四个排气孔121。此外，为了在捕获腔内给减振器壳体130留有足够的空间，本申请中支撑帽120的下端具有向上凹陷的凹槽，以容纳减振器壳体130。

捕获器壳体110的下端具有连通外部与捕获腔的爆炸螺栓接口111，以便于爆炸螺栓(图中未示出)的螺栓杆由爆炸螺栓接口111由下至上伸入至捕获腔内，而通过爆炸螺栓将捕获器壳体110与分离体(图中未示出)连接在一起，并且将爆炸螺栓的火工品设置于分离体的下方。为了便于将爆炸螺栓连接在一起的捕获器壳体110和其位于其下方的分离体分离，本申请中的爆炸螺栓接口111为阶梯孔，位于上方的一阶孔的直径小于位于下方的一阶孔的直径，并且位于下方的一阶孔的直径由上至向逐渐增加，从而使得位于下方的一阶孔的侧壁为由上至下向外倾斜的斜面，进而使得分离更加顺利。

减振器壳体130的内部具有减振腔，用于盛放主吸能块140、吸能支撑环160、螺栓捕获帽170和卡环180。并且，减振器壳体130的下端具有贯通减振腔和外部的减振口131，并且减振口131的宽度小于减振腔的宽度，以将主吸能块140、吸能支撑环160、螺栓捕获帽170和卡环180限制在减振腔内。

主吸能块140、吸能支撑环160、螺栓捕获帽170和卡环180由上至下依次设置于减振腔内。其中，主吸能块140为板状吸能装置，主吸能块140的上表面与减振器壳体130的上端的内壁接触；吸能支撑环160为环状吸能装置，其上端面与主吸能块140的下表面接触。螺栓捕获帽170具有环状的捕获固定翼和由捕获固定翼内侧向上延伸的捕获壁，并且捕获壁围成贯通上下的捕获孔171，以在断裂的螺栓杆插入捕获孔171后对螺栓杆吸能。为了使得螺栓捕获帽170的吸能程度较大，优选的，捕获孔171的直径由下至上逐渐减小，以使得捕获孔171的形状为锥形。当断裂后的螺栓杆作用于捕获孔171的锥面时，捕获孔171的锥面材料塑性变形吸能，然后螺栓杆的部分杆体穿过螺栓捕获帽170，待螺栓杆完全静止后，捕获孔171的锥面还可以夹持螺栓杆使其保持相对静止固定，实现螺栓杆的捕获，避免其反生反弹。另外，由于聚四氟乙烯的力学性能良好，拉伸强度大于20MPa、弯曲强度大于11MPa、延伸率可达300％，因此为了使得吸能程度较大，本申请中的螺栓捕获帽170的材质采用聚四氟乙烯。并且，螺栓捕获帽170的捕获固定翼的上表面与吸能支撑环160的下端面接触，捕获壁的外表面与吸能支撑环160的内表面接触，从而使得捕获壁伸入至吸能支撑环160内。卡环180的形状为环状，并且卡环180的上表面与螺栓捕获帽170的捕获固定翼的下表面接触，卡环180的部分下表面卡至减振口131的上方。优选的，卡环180的下表面的外侧向上凹，并且下表面向上凹的部分卡至减振口131的上方。在本申请中，优选地，主吸能块140和吸能支撑环160与减振器壳体130的减振腔均属于过盈配合，由于卡环180的下表面的外侧卡至减振口131的上方，那么卡环180的下表面的内侧卡入减振口131内，从而利用主吸能块140和吸能支撑环160的弹性特征形成自锁装配。

减振器壳体130的下端向外侧延伸有减振固定翼，减振固定翼的下表面与捕获腔内的定位面接触，从而将减振器壳体130卡在捕获腔内。另外，减振器壳体130的上端还开设有贯通上下的安装排气孔132，优选安装排气孔132为螺纹孔，从而通过安装排气孔132与拿持手柄配合，方便地将减振器壳体130连同安装至减振腔内的主吸能块140、吸能支撑环160、螺栓捕获帽170和卡环180一起旋入捕获腔111内，待安装完成将拿持手柄拆下后，该安装排气孔132就可以用于排除爆炸螺栓爆炸后产生的气体。

减振器缓冲环150为环状减振装置，其设置于减振器壳体130的外壁和捕获腔的内壁之间，并且减振器缓冲环150的下表面与减振器壳体130的减振固定翼的上表面接触，而减振器缓冲环150的上表面与支撑帽120的下表面接触，从而通过减振器缓冲环150对减振器壳体130进行吸能，从而进一步地对断裂的螺栓杆进行吸能。

在上述基础上，主吸能块140、减振器缓冲环150和吸能支撑环160的材质均优选是金属橡胶。金属橡胶是一种可调质弹性阻尼新材料，它一般由1Cr18Ni9Ti不锈钢丝编织缠绕再冲压制成。由于不锈钢的强度和弹性模量比较大，使金属橡胶受载荷作用时，残余变形很小；另外，由于金属橡胶具有空间网格结构，其动力学性能比较好，阻尼特性可应用于降冲击载荷。

安装本申请的低冲爆炸螺栓解锁捕获装置时，首先将爆炸螺栓的螺栓杆由捕获器壳体110的下端的爆炸螺栓接口111伸入至捕获腔内，在捕获腔内向螺栓杆上拧入锁紧螺母，以将爆炸螺栓固定；然后依次将主吸能块140、吸能支撑环160、螺栓捕获帽170和卡环180由减振器壳体130下端的减振口131卡装至减振腔内；接着将减振器壳体130由捕获器壳体110的安装口安装至捕获腔内，并且使减振器壳体130的减振固定翼的下表面与捕获腔内的定位面接触；再将减振器缓冲环150卡装在减振器壳体130的外壁和捕获腔的内部之间，并且使得减振器缓冲环150的下表面与减震器壳体130的减振固定翼的上表面接触；最后将支撑帽120固定安装于捕获器壳体110的安装口处，并且使得支撑帽120的下表面与减振器缓冲环150的上表面接触，从而压装减震器壳体130。

在使用本申请的低冲爆炸螺栓解锁捕获装置过程中，爆炸螺栓起爆后，爆炸螺栓的螺栓杆与爆炸螺栓的火工体断裂分离，螺栓杆具有极高的动能，沿轴向安装反方向高速飞出；螺栓捕获帽170先与断裂后的螺栓杆接触，螺栓杆插入捕获孔171内，起到部分吸能、捕获以及力传递的作用；此时螺栓杆仍然具有较高的动能冲量，继续沿轴向运动，带动螺栓捕获帽170压缩吸能支撑环160，并传力作用于主吸能块140；同时，螺栓杆也直接作用于主吸能块140上，主吸能块140发生形变继续吸能，完成部分能量转换；此时，减振器壳体130也会获得一定量的冲击，由于减振器壳体130的材质一般为钢材，硬度刚度均较大，会将其获取的能量作用于减振器缓冲环150；减振器缓冲环150再进一步变形吸能，完成部分能量转换。

本申请通过一系列力的作用与传递，不同吸能结构部件的共同作用，通过材料性能互补，利用强度、塑形、延伸率、阻尼、位移等特性，最终通过完成大部分的降冲击作用，极大的提高了能量转换效果，并且本申请通过曲向传力、拟合蝶形弹簧，在有限的空间里，完成大限度的降冲击载荷的作用；同时捕获爆炸断裂后的螺栓杆，使螺栓杆相对静止固定在捕获器内，避免了分离后的螺栓杆反弹插回安装孔内，其可靠性高，保证了航天器的顺利分离。另外，本申请的低冲爆炸螺栓解锁捕获装置的结构紧凑、体积小、质量轻、易安装、易于加工制造、成本低，通过捕获器壳体110的改变，可应用于多种航天器或地面设备内，使用范围较大。此外，本申请的低冲爆炸螺栓解锁捕获装置工作时不产生任何多余物，无碎屑、粉尘、烟雾、废气等污染。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种低冲爆炸螺栓解锁捕获装置，其特征在于，包括：捕获器壳体、支撑帽、减振器壳体、主吸能块、减振器缓冲环、吸能支撑环、螺栓捕获帽和卡环；

其中，减振器壳体的内部具有减振腔，减振器壳体的下端具有贯通减振腔和外部的减振口，并且减振口的宽度小于减振腔的宽度；主吸能块、吸能支撑环、螺栓捕获帽和卡环由上至下依次设置于减振腔内，并且螺栓捕获帽具有环状的捕获固定翼和由捕获固定翼内侧向上延伸的捕获壁，并且捕获壁围成贯通上下的捕获孔，捕获孔的直径由下至上逐渐减小，以使得捕获孔的形状为锥形，捕获固定翼的上表面与吸能支撑环的下端面接触，捕获壁的外表面与吸能支撑环的内表面接触，使得捕获壁伸入至吸能支撑环内；

捕获器壳体的内部具有捕获腔，并且捕获腔为台阶孔，位于下方的一段的直径小于位于上方的一段的直径，以在捕获腔内形成定位面；减振器壳体的下端向外侧延伸有减振固定翼，减振固定翼的下表面与捕获腔内的定位面接触，以将减振器壳体卡在捕获腔内；减振器缓冲环设置于减振器壳体的外壁和捕获腔的内壁之间，并且减振器缓冲环的下表面与减振固定翼的上表面接触；

捕获器壳体的上端具有连通外部与捕获腔的安装口，支撑帽固定安装于安装口处，并且支撑帽的下表面接触减振器缓冲环的上表面；

捕获器壳体的下端具有连通外部与捕获腔的爆炸螺栓接口，用于爆炸螺栓由下至上穿至捕获腔，以将捕获器壳体与分离体连接在一起。

2.根据权利要求1所述的低冲爆炸螺栓解锁捕获装置，其特征在于，螺栓捕获帽的材质采用聚四氟乙烯。

3.根据权利要求1或2所述的低冲爆炸螺栓解锁捕获装置，其特征在于，卡环的下表面的外侧向上凹，并且下表面向上凹的部分卡至减振口的上方。

4.根据权利要求1或2所述的低冲爆炸螺栓解锁捕获装置，其特征在于，主吸能块和吸能支撑环与减振器壳体的减振腔均过盈配合。

5.根据权利要求1或2所述的低冲爆炸螺栓解锁捕获装置，其特征在于，捕获器壳体的上端的内壁具有内螺纹，支撑帽的外壁具有外螺纹，支撑帽的外螺纹与捕获器壳体上端的内螺纹配合。

6.根据权利要求1或2所述的低冲爆炸螺栓解锁捕获装置，其特征在于，爆炸螺栓接口为阶梯孔，位于上方的一阶孔的直径小于位于下方的一阶孔的直径，并且位于下方的一阶孔的直径由上至向逐渐增加，以使位于下方的一阶孔的侧壁为由上至下向外倾斜的斜面。

7.根据权利要求1或2所述的低冲爆炸螺栓解锁捕获装置，其特征在于，减振器壳体的上端开设有贯通上下的安装排气孔，用于安装时与拿持手柄配合，以及用于使用时排除爆炸螺栓爆炸后产生的气体。

8.根据权利要求1或2所述的低冲爆炸螺栓解锁捕获装置，其特征在于，主吸能块、减振器缓冲环和吸能支撑环的材质为金属橡胶。