CN219344839U - 固体火箭发动机点火安全保险机构 - Google Patents

Abstract

本申请涉及火箭发动机点火技术领域，尤其是涉及一种固体火箭发动机点火安全保险机构，包括本体、储气罩、电控点火单元、保险堵头单元、活塞和电磁动作执行单元；本体的内部设置有滑动腔室，滑动腔室的两端开口分别位于本体相对立的两个端面上，活塞沿滑动腔室的轴向滑动装配于滑动腔室内，电磁动作执行单元和储气罩分别密封连接于本体相对立的两个端面上，电磁动作执行单元的局部与活塞相连接，电磁动作执行单元用于驱使活塞在第一位置和第二位置之间来回滑动；本体内设置有第一通道和第二通道，活塞内设置第三通道和第四通道。本申请可以有效防止误点火的风险，可靠性非常好且安全，可以适应点火后的各种强大的冲击力，更加耐用且运行更稳定。

Description

固体火箭发动机点火安全保险机构

技术领域

本申请涉及火箭发动机点火技术领域，尤其是涉及一种固体火箭发动机点火安全保险机构。

背景技术

固体火箭发动机(Solid propellant rocket engine)使用固体推进剂的化学火箭发动机。又称固体推进剂火箭发动机。固体推进剂点燃后在燃烧室中燃烧，化学能转化为热能，生产高温高压的燃烧产物。燃烧产物流经喷管，在其中膨胀加速，热能转变为动能，以高速从喷管排出而产生推力。

固体火箭发动机由药柱、燃烧室、喷管组件和点火装置等组成。药柱是由推进剂与少量添加剂制成的中空圆柱体(中空部分为燃烧面，其横截面形状有圆形、星形等)。药柱置于燃烧室(一般即为发动机壳体)中。在推进剂燃烧时，燃烧室须承受2500～3500度的高温和102～2×107bar的高压力，所以须用高强度合金钢、钛合金或复合材料制造，并在药柱与燃烧内壁间装备隔热衬。

点火器是固体火箭发动机工作的启动装置，是最危险的部件，也是最易发生故障的部件，点火器一般由电发火管、火药和连接座组成。

一篇申请号为201911137927.9的中国专利公开了一种电磁机械保险式固体火箭发动机点火器，将一套电磁机械保险置于点火器中发火管与点火药盒之间的燃气传火通道中，通过电信号控制电磁机械保险来控制燃气传火通道的打开和关闭，所述电磁机械保险主要由电磁吸盘、电磁吸盘供电电缆、燃气传火通道阀门、弹簧组成；电磁机械保险置于连接座中，电磁吸盘与连接座位置固定，弹簧一端固定于连接座上，另一端固定于燃气通道阀门上，燃气通道阀门可在电磁吸盘及弹簧的作用下在连接座内做往复运动，燃气通道阀门内设置燃气传火通道。

针对上述中的相关技术，发明人认为存在以下缺陷：

常规设计的点火保险机构，通道转换器仅仅只是用弹簧连接，没办法对抗冲击振动，很容易因为冲击振动导致状态改变，安全隐患大；在安全状态，仅仅只是把点火器出口给堵住，此时如果误发火，高温高压气体没有出路，此时高温高压气体很容易将整个机构炸裂。

实用新型内容

本申请提供一种固体火箭发动机点火安全保险机构，以改善以下技术问题：

常规设计的点火保险机构，通道转换器仅仅只是用弹簧连接，没办法对抗冲击振动，很容易因为冲击振动导致状态改变，安全隐患大；在安全状态，仅仅只是把点火器出口给堵住，此时如果误发火，高温高压气体没有出路，此时高温高压气体很容易将整个机构炸裂。

本申请提供一种保险堵头单元，采用如下的技术方案：

一种固体火箭发动机点火安全保险机构，包括本体、储气罩、电控点火单元、活塞、电磁动作执行单元和保险堵头单元；

所述本体的内部设置有滑动腔室，所述滑动腔室的两端开口分别位于所述本体相对立的两个端面上，所述活塞沿所述滑动腔室的轴向滑动装配于所述滑动腔室内，所述活塞和所述滑动腔室的内壁之间留有实现两者微密封滑动连接的缝隙，所述电磁动作执行单元和所述储气罩分别密封连接于所述本体相对立的两个端面上，所述电磁动作执行单元的局部与所述活塞相连接，所述电磁动作执行单元用于驱使所述活塞在第一位置和第二位置之间来回滑动；

所述本体内设置有第一通道和第二通道，所述第一通道和所述第二通道分别连通于所述滑动腔室相对立的两侧，所述电控点火单元安装于所述第一通道远离所述滑动腔室的一端，所述保险堵头单元安装于所述第二通道远离所述滑动腔室的一端；

所述活塞内设置第三通道和第四通道，所述活塞的外表面设置有第一工作孔、第二工作孔、第一安全孔和第二安全孔，所述第一工作孔和所述第二工作孔分别位于所述第三通道的两端，所述第一安全孔和所述第二安全孔分别位于所述第四通道的两端；

当所述活塞滑动至第一位置时，所述第一通道、所述第三通道和所述第二通道依次连通；当所述活塞滑动至第二位置时，所述第一通道、所述第四通道和所述储气罩依次连通。

可选的，所述保险堵头单元包括堵膜架、膜片、固定件和环形氟硅橡胶垫圈，所述堵膜架密封安装于点火后高温高压气体所通过的点火通道中，所述堵膜架临近高温高压气体进入的一端设置有安装槽，所述膜片设于所述安装槽的槽底，所述固定件安装于所述安装槽内，所述膜片夹紧于所述安装槽的槽底和所述固定件之间，所述堵膜架和所述固定件上均设置有供高温高压气体通过的穿孔，所述环形氟硅橡胶垫圈夹设于所述堵膜架和所述本体之间。

可选的，所述固定件包括压盖和螺钉，所述压盖为环形结构，所述堵膜架为筒状结构，所述压盖上设置有多个供所述螺钉穿过的通孔，所述堵膜架的端部设置有螺纹孔，所述通孔和所述螺纹孔一一对应布置，所述螺钉依次穿过所述通孔和所述膜片后螺纹装配于所述螺纹孔中。

可选的，所述膜片为铝箔，当点火通道中内的气体压强高于7Mpa时，所述铝箔被冲破。

可选的，所述电磁动作执行单元为双向保持式电磁铁。

可选的，所述第四通道为L形状，所述第二安全孔位于所述活塞远离所述电磁动作执行单元的端面，所述第一安全孔位于所述活塞的外周壁。

可选的，所述第三通道为直线形且沿所述活塞的直径方向布置，所述第一工作孔和所述第二工作孔均位于所述活塞的外周壁。

可选的，所述活塞临近所述电磁动作执行单元的端面设置有连接筒。

可选的，所述滑动腔室的内壁设置有导向导向槽，所述活塞上设置有在所述导向槽内来回滑动的导向销。

可选的，所述第一通道为Y形状，所述第一通道远离所述滑动腔室的一端设置两个开口，所述电控点火单元设置有两个分别安装于所述第一通道的两个开口处。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

通过启动电磁动作执行单元并带动活塞滑动，即可实现安全状态到工作状态之间的切换和锁定，结构简单且设计合理，所需要的部件较少，零部件结构强度高，可靠性非常好，可以适应点火后的各种强大的冲击力，更加耐用且运行更稳定；

于点火通道中增加设计的保险堵头单元，当活塞处于安全状态时，如果电控点火单元误发火，则高温高压气体会通过活塞内通道到达储气罩，由于储气罩的容积足够大，使高温高压气体的压强不会超过7MPa，由于其形成的压强不够大，不会将膜片冲破，所以点火通道依旧处于封闭状态，无法正常点火；当活塞转换到工作状态时，活塞内通道直接连通电控点火单元到达保险堵头单元，此时的高温高压气体通过活塞和腔体缝隙很难在短时间内到达储气罩，高温高压气体主要集中在通道内，此时通道内的压强将会远远超过7MPa，可以迅速将膜片冲破，所以点火通道处于连通状态，实现正常点火，因此保险堵头单元可以有效防止误点火的风险，更加安全。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，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是本申请实施例中固体火箭发动机点火安全保险机构的结构示意图。

图2是本申请实施例中固体火箭发动机点火安全保险机构的剖视结构示意图。

图3是本申请实施例中活塞的结构示意图。

图4是本申请实施例中保险堵头单元的剖视结构示意图。

附图标记说明：

1、本体；11、滑动腔室；12、第一通道；13、第二通道；14、导向槽；2、储气罩；3、电控点火单元；4、保险堵头单元；41、堵膜架；42、膜片；43、压盖；44、螺钉；5、活塞；51、第三通道；511、第一工作孔；512、第二工作孔；52、第四通道；521、第一安全孔；522、第二安全孔；53、连接筒；54、导向销；6、电磁动作执行单元；7、安装板；71、安装孔；8、第一法兰结构；9、第二法兰结构。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

以下结合附图1-4对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种固体火箭发动机点火安全保险机构，参照图1、图2和图3，包括本体1、储气罩2、电控点火单元3、保险堵头单元4、活塞5和电磁动作执行单元6；

本体1的内部设置有滑动腔室11，滑动腔室11的两端开口分别位于本体1相对立的两个端面上，活塞5沿滑动腔室11的轴向滑动装配于滑动腔室11内，活塞5和滑动腔室11的内壁之间留有实现两者微密封滑动连接的缝隙，电磁动作执行单元6和储气罩2分别密封连接于本体1相对立的两个端面上，电磁动作执行单元6的局部与活塞5相连接，电磁动作执行单元6用于驱使活塞5在第一位置和第二位置之间来回滑动；

本体1内设置有第一通道12和第二通道13，第一通道12和第二通道13分别连通于滑动腔室11相对立的两侧，电控点火单元3安装于第一通道12远离滑动腔室11的一端，保险堵头单元4安装于第二通道13远离滑动腔室11的一端；

活塞5内设置第三通道51和第四通道52，活塞5的外表面设置有第一工作孔511、第二工作孔512、第一安全孔521和第二安全孔522，第一工作孔511和第二工作孔512分别位于第三通道51的两端，第一安全孔521和第二安全孔521分别位于第四通道52的两端；

当活塞5滑动至第一位置时，第一通道12、第三通道51和第二通道13依次连通，即工作状态；当活塞5滑动至第二位置时，第一通道12、第四通道52和储气罩2依次连通，即安全状态。

第四通道52为L形状，第二安全孔522位于活塞5远离电磁动作执行单元6的端面，第一安全孔521位于活塞5的外周壁。

第三通道51为直线形且沿活塞5的直径方向布置，第一工作孔511和第二工作孔512均位于活塞5的外周壁。

第一通道12为Y形状，第一通道12远离滑动腔室11的一端设置两个开口，电控点火单元3设置有两个分别安装于第一通道12的两个开口处。

通过上述技术方案，活塞5和本体1的结构设计更加紧凑，空间布局更加合理，不仅方便零部件前期加工，后期组装，而且两个电控点火单元3可以互为备用，无论是安全状态，还是工作状态，都非常稳定。

活塞5临近电磁动作执行单元6的端面设置有连接筒53，连接筒53的设计，有利于活塞5与电磁动作执行单元6的伸缩杆牢固连接。

为了确保活塞5在滑动腔室11直线滑动时不易发生转动，滑动腔室11的内壁设置有导向导向槽14，活塞5上设置有在导向槽14内来回滑动的导向销54，导向销54和导向导向槽14相互配合，具有良好的限位隔挡效果，有效防止活塞5转动。

本体1远离电控点火单元3的一侧设置有安装板7，安装板7的两侧设置有多个安装孔71，安装板7的设计有利于整个点火安全保险机构安装固定。

电磁动作执行单元6和本体1之间通过第一法兰结构8密封连接，二者之间有O型密封圈进行密封，储气罩2和本体1之间通过第二法兰结构9密封连接，二者之间也有O型密封圈进行密封，可以使储气罩2、电磁动作执行单元6和本体1三者之间牢固连接，而且气密性非常高。

本体1的制作材料为钛合金，具有非常高的机械结构强度，而且重量比较轻。

活塞5的制作材料为铝青铜合金，为了保证耐磨，活塞5的材料最好选铝青铜合金，鉴于以最低的成本满足设计要求的原则，故将活塞5的材料定为铝青铜合金，铝青铜合金具有加工性能好、机械性能高，耐疲劳、耐磨、耐蚀、耐低温，冲击时不发生火花等优点。

储气罩2的制作材料为符合GJB2294-95标准的2Cr13，具有良好的加工性能好、机械性能高，而且不易塑性变形，不易发生漏气现象。

本申请实施例的点火安全保险机构分为两种状态：

安全状态：此时即使电控点火单元3被误起爆，但是电控点火单元3产生的高温高压气体直通储气罩2，由于储气罩2的容积足够大，此时压力不会超过7MPa，即使通过活塞5和腔体的缝隙微漏到保险堵头单元4，铝箔也不会被冲破，高温高压气体被关闭在点火安全保险机构内部，无法到达点火火药盒(连接于第二通道13的外端)，所以火药盒不会被点燃，从而确保固体火箭发动机不被误点火；

工作状态，此时点火安全保险机构打开了电控点火单元3和火药盒之间的通道，如果电控点火单元3被起爆，则高温高压气体会短时间集中在气体通道内，即使有少量气体微漏到储气罩2，也不足以降低压力，此时的压强会远远超过7MPa，会直接点燃火药盒，进而与火药盒相连接的点火发动机被点燃，然后主发动机被点燃，固体火箭发动机成功点火。

点火安全保险机构的作用有二：

安全状态：即使电控点火单元3被误起爆，要确保固体火箭发动机也不会被点火；

工作状态，如果此时电控点火单元3被起爆，要确保能够成功点火。

所以，通过启动电磁动作执行单元6并带动活塞5滑动，即可实现安全状态到工作状态之间的切换和锁定，结构简单且设计合理，所需要的部件较少，零部件结构强度高，可靠性非常好，可以适应点火后的各种强大的冲击力，更加耐用且运行更稳定。

请参照图3和图4，保险堵头单元4包括堵膜架41、膜片42、固定件和环形氟硅橡胶垫圈45，堵膜架41密封安装于点火后高温高压气体所通过的点火通道中，堵膜架41临近高温高压气体进入的一端设置有安装槽，膜片42设于安装槽的槽底，固定件安装于安装槽内，膜片42夹紧于安装槽的槽底和固定件之间，堵膜架41和固定件上均设置有供高温高压气体通过的穿孔，环形氟硅橡胶垫圈45夹设于堵膜架41和本体1之间，环形氟硅橡胶垫圈45为1.5毫米左右，保险堵头单元4安装时，环形氟硅橡胶垫圈45会受到挤压，从而增加了密封效果。

固定件包括压盖43和螺钉44，压盖43为环形结构，堵膜架41为筒状结构，压盖43上设置有多个供螺钉44穿过的通孔，堵膜架41的端部设置有螺纹孔，通孔和螺纹孔一一对应布置，螺钉44依次穿过通孔和膜片42后螺纹装配于螺纹孔中。

膜片42为铝箔，当点火通道中内的气体压强高于7Mpa时，铝箔被冲破。

于点火通道中增加设计的保险堵头单元4，在泄露的高温高压气体不多时，其形成的压强不够大，难以将膜片42冲破，所以点火通道依旧处于封闭状态，无法正常点火，当高温高压气体很多时，其形成的压强非常大，可以迅速将膜片42冲破，所以点火通道处于连通状态，实现正常点火，因此保险堵头单元4可以有效防止误点火的风险，更加安全。

由于活塞5和滑动腔室11之间并没有完全密封，而是有一定间隙，本申请称之为“微密封”。

安全状态时，也会有高温高压气体微漏到堵膜架41和膜片42(即保险堵头单元4)上去，但因为此时绝大部分高温高压气体都已经到达储气罩2，将储气罩2的容积设计为103ml左右，此时高温高压气体的压强不会超过7MPa，所以膜片42不会被冲破；

工作状态时，此时第一通道12、第三通道51和第二通道13依次连通(即点火通道)且对准膜片42，此时即使也有部分高温高压气体通过活塞5和滑动腔室11之间之间的缝隙，也会微漏到储气罩，但点火通道内部依然压力远高于7MPa，膜片42会很容易就被冲破，从而点燃了火药盒。

本申请中，电控点火单元3可以为常见的电爆管，电磁动作执行单元6于本实施例中为双向保持式电磁铁，双向保持式电磁铁不需要长时间通电，只需要短时间通电不到0.5秒，即可完成状态转换，且断电后，依然可以保持状态不变。由于电磁铁内部采用了超强磁力的钕铁硼永磁体，所以断电后的保持力非常大，足以对抗强冲击振动。在其他实施例中，电磁动作执行单元6也可以为常见的电控制推杆或类似于气缸、油缸封伸缩构件。

由于本申请采用“微密封”技术，所以活塞5上就不再需要O形圈来密封(全密封)，同时活塞5的滑动转换也会非常顺畅，几乎没有阻力。由于阻力很小，所以本申请才可以采用双向保持式电磁铁来拉动活塞5做状态切换，相较于常见的电磁吸盘，不需要长时间供电即可工作，对于火箭发动机这种上天设备而言，可以进一步节省电量，更加安全。

如果不是采用“微密封”技术，而是采用了“全密封”(即在活塞5上曾加O形圈来密封)，那么就没办法通过电磁铁来驱动，而只能采用电机驱动。电机的驱动力虽然比电磁铁更大，但是动作速度却很慢，不能满足快速转换的要求，而且电机及减速机构的结构复杂、故障率高、低温性能远不及电磁铁，成本也非常高。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种固体火箭发动机点火安全保险机构，其特征在于，包括本体(1)、储气罩(2)、电控点火单元(3)、活塞(5)、电磁动作执行单元(6)和保险堵头单元(4)；

所述本体(1)的内部设置有滑动腔室(11)，所述滑动腔室(11)的两端开口分别位于所述本体(1)相对立的两个端面上，所述活塞(5)沿所述滑动腔室(11)的轴向滑动装配于所述滑动腔室(11)内，所述活塞(5)和所述滑动腔室(11)的内壁之间留有实现两者微密封滑动连接的缝隙，所述电磁动作执行单元(6)和所述储气罩(2)分别密封连接于所述本体(1)相对立的两个端面上，所述电磁动作执行单元(6)的局部与所述活塞(5)相连接，所述电磁动作执行单元(6)用于驱使所述活塞(5)在第一位置和第二位置之间来回滑动；

所述本体(1)内设置有第一通道(12)和第二通道(13)，所述第一通道(12)和所述第二通道(13)分别连通于所述滑动腔室(11)相对立的两侧，所述电控点火单元(3)安装于所述第一通道(12)远离所述滑动腔室(11)的一端，所述保险堵头单元(4)安装于所述第二通道(13)远离所述滑动腔室(11)的一端；

所述活塞(5)内设置第三通道(51)和第四通道(52)，所述活塞(5)的外表面设置有第一工作孔(511)、第二工作孔(512)、第一安全孔(521)和第二安全孔(522)，所述第一工作孔(511)和所述第二工作孔(512)分别位于所述第三通道(51)的两端，所述第一安全孔(521)和所述第二安全孔(522)分别位于所述第四通道(52)的两端；

当所述活塞(5)滑动至第一位置时，所述第一通道(12)、所述第三通道(51)和所述第二通道(13)依次连通；当所述活塞(5)滑动至第二位置时，所述第一通道(12)、所述第四通道(52)和所述储气罩(2)依次连通。

2.根据权利要求1所述的固体火箭发动机点火安全保险机构，其特征在于，所述保险堵头单元(4)包括堵膜架(41)、膜片(42)、固定件和环形氟硅橡胶垫圈(45)，所述堵膜架(41)密封安装于点火后高温高压气体所通过的点火通道中，所述堵膜架(41)临近高温高压气体进入的一端设置有安装槽，所述膜片(42)设于所述安装槽的槽底，所述固定件安装于所述安装槽内，所述膜片(42)夹紧于所述安装槽的槽底和所述固定件之间，所述堵膜架(41)和所述固定件上均设置有供高温高压气体通过的穿孔，所述环形氟硅橡胶垫圈(45)夹设于所述堵膜架(41)和所述本体(1)之间。

3.根据权利要求2所述的固体火箭发动机点火安全保险机构，其特征在于，所述固定件包括压盖(43)和螺钉(44)，所述压盖(43)为环形结构，所述堵膜架(41)为筒状结构，所述压盖(43)上设置有多个供所述螺钉(44)穿过的通孔，所述堵膜架(41)的端部设置有螺纹孔，所述通孔和所述螺纹孔一一对应布置，所述螺钉(44)依次穿过所述通孔和所述膜片(42)后螺纹装配于所述螺纹孔中。

4.根据权利要求2所述的固体火箭发动机点火安全保险机构，其特征在于，所述膜片(42)为铝箔，当点火通道中内的气体压强高于7Mpa时，所述铝箔被冲破。

5.根据权利要求1所述的固体火箭发动机点火安全保险机构，其特征在于，所述电磁动作执行单元(6)为双向保持式电磁铁。

6.根据权利要求1所述的固体火箭发动机点火安全保险机构，其特征在于，所述第四通道(52)为L形状，所述第二安全孔(522)位于所述活塞(5)远离所述电磁动作执行单元(6)的端面，所述第一安全孔(521)位于所述活塞(5)的外周壁。

7.根据权利要求1所述的固体火箭发动机点火安全保险机构，其特征在于，所述第三通道(51)为直线形且沿所述活塞(5)的直径方向布置，所述第一工作孔(511)和所述第二工作孔(512)均位于所述活塞(5)的外周壁。

8.根据权利要求1所述的固体火箭发动机点火安全保险机构，其特征在于，所述活塞(5)临近所述电磁动作执行单元(6)的端面设置有连接筒(53)。

9.根据权利要求1所述的固体火箭发动机点火安全保险机构，其特征在于，所述滑动腔室(11)的内壁设置有导向槽(14)，所述活塞(5)上设置有在所述导向槽(14)内来回滑动的导向销(54)。

10.根据权利要求1所述的固体火箭发动机点火安全保险机构，其特征在于，所述第一通道(12)为Y形状，所述第一通道(12)远离所述滑动腔室(11)的一端设置两个开口，所述电控点火单元(3)设置有两个分别安装于所述第一通道(12)的两个开口处。

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