RU2783638C1 - Combination break lock with knife for on-board separation systems - Google Patents

Combination break lock with knife for on-board separation systems Download PDF

Info

Publication number
RU2783638C1
RU2783638C1 RU2022120362A RU2022120362A RU2783638C1 RU 2783638 C1 RU2783638 C1 RU 2783638C1 RU 2022120362 A RU2022120362 A RU 2022120362A RU 2022120362 A RU2022120362 A RU 2022120362A RU 2783638 C1 RU2783638 C1 RU 2783638C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
knife
piston
detonation
rod
cavities
Prior art date
Application number
RU2022120362A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Евгений Николаевич Кузин
Владимир Ильич Загарских
Вадим Алексеевич Вязовский
Владимир Владимирович Ефанов
Original Assignee
Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого" МО РФ
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого" МО РФ filed Critical Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого" МО РФ
Application granted granted Critical
Publication of RU2783638C1 publication Critical patent/RU2783638C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: rocket and space technology.
SUBSTANCE: invention relates to the field of rocket and space technology, in particular to detonation separation devices. Combined burst lock with a knife for airborne detonation separation systems contains a lock and a flat knife. The lock includes a housing in which a piston with a rod is placed. In the annular charging chamber above the piston on the rod side there is a working charge of an explosive. In the cavities of the side tides of the body, an electric detonator is installed on one side and an end element of an indestructible detonation command translator. Transfer charges of explosives are placed in the channels connecting the cavities of the side tides with the charging chamber. Inside the body of the device there is a flat knife rigidly fastened to the piston with a straight sharp edge. In the end threaded plug of the housing there is an anvil in the form of a metal disk, the diameter of which is equal to the inner diameter of the housing, with a flat working surface parallel to the plane of the knife. A through window is made in the body of the device between the edge of the knife and the anvil.
EFFECT: increase in reliability is achieved.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам бортовой автоматики, использующим энергию взрывчатых превращений энергонасыщенных конденсированных систем - взрывчатых веществ (ВВ), более конкретно - к детонационным средствам разделения и отделения частей конструкции и коммуникаций космического объекта, ракеты или ракетного блока.The invention relates to on-board automation devices that use the energy of explosive transformations of energy-saturated condensed systems - explosives, more specifically, to detonation means for separating and separating parts of the structure and communications of a space object, rocket or rocket block.

Широко распространенными (Расчет и проектирование систем разделения ступеней ракет: Учеб. пособие / К.С. Колесников, В.В. Кокушкин, С.В. Борзых, Н.В. Панкова. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э Баумана, 2006. - с. 40-41, фиг. 1.23) на практике являются достаточно простые и надежные устройства для соединения и последующего быстрого разделения элементов конструкции, именуемые разрывными болтами (РБ), иногда не совсем корректно называемые пироболтами. Они состоят из головной части («головки») в виде шестигранника и хвостовой части («стержня») цилиндрической формы с нарезанной резьбой. Со стороны головной части РБ имеет внутреннюю соосную полость, в которую ввинчивается инициирующее устройство (например, электродетонатор), иногда дополненное зарядом ВВ в виде прессованной либо литой шашки (столбика). Основными недостатками такого устройства являются:Widespread (Calculation and design of missile stage separation systems: Textbook / K.S. Kolesnikov, V.V. Kokushkin, S.V. Borzykh, N.V. Pankova. - M .: Publishing house of MSTU named after N. .E Bauman, 2006. - pp. 40-41, Fig. 1.23) in practice, there are quite simple and reliable devices for connecting and subsequent rapid separation of structural elements, called explosive bolts (RB), sometimes not quite correctly called pyrobolts. They consist of a head part ("head") in the form of a hexagon and a tail part ("rod") of a cylindrical shape with cut threads. On the side of the head part, the RB has an internal coaxial cavity into which an initiating device (for example, an electric detonator) is screwed, sometimes supplemented with an explosive charge in the form of a pressed or cast checker (column). The main disadvantages of such a device are:

1) образование при срабатывании неуправляемо разлетающихся металлических осколков, способных повредить близлежащие элементы конструкции, приборы и агрегаты;1) the formation of uncontrollably flying metal fragments when triggered, which can damage nearby structural elements, devices and assemblies;

2) возникновение высоких ударных нагрузок, в результате воздействия газообразных продуктов детонации высокого давления на близлежащие узлы и агрегаты, прецизионную аппаратуру и элементы конструкции;2) the occurrence of high shock loads, as a result of the impact of high-pressure gaseous detonation products on nearby components and assemblies, precision equipment and structural elements;

3) способность воспринимать только осевые нагрузки и не воспринимать боковые нагрузки, всегда присутствующие, особенно при отделении элементов оболочечных конструкций большого периметра;3) the ability to perceive only axial loads and not perceive lateral loads, which are always present, especially when separating elements of shell structures of a large perimeter;

4) большое потребление электроэнергии при разделении оболочечных конструкций большого диаметра и связанные с этим увеличение емкости и, как следствие, утяжеление и увеличение габаритов бортовых источников питания, утяжеление и усложнение кабельной сети, усложнение и удорожание системы управления, так как необходимы дополнительные телеметрические ячейки контроля состояния пироузлов, дополнительные блоки преобразования слаботочных командных импульсов системы управления в «силовые» команды с величиной тока не менее 2А на каждый мостик накаливания электродетонаторов РБ.4) high power consumption when separating large-diameter shell structures and the associated increase in capacity and, as a result, the weight and size of onboard power sources, the weight and complexity of the cable network, the complexity and cost of the control system, since additional telemetry cells for monitoring the condition are needed pyrounits, additional units for converting low-current command pulses of the control system into "power" commands with a current value of at least 2A for each bridge of the incandescent electric detonators of the RB.

Известно (патент RU 2679520 С1, МПК B64G 1/64, F42B 3/00, F42B 15/36, опубл. 11.02.2019) устройство для разделения элементов конструкции, позволяющее существенно снизить уровень ударных нагрузок при срабатывании на разделяемые элементы конструкции, и локализовать неуправляемые разлетающиеся высокоскоростные осколки стержня разрывного болта. Вместе с тем, несмотря на принятые меры, автору данного технического решения не удалось снизить ударные нагрузки, действующие на разделяемые элементы конструкции (особенно прецизионные) и бортовую аппаратуру, до значений, которые были бы меньше значений, определяемых нормативными документами в качестве допустимых при транспортировке изделий ракетно-космической техники (РКТ) наземным, морским и воздушным транспортом, что может вызвать возникновение паразитных вращающихся моментов, приложенных к разделяемым элементам конструкции, помимо ограничений на размещение чувствительной аппаратуры и прецизионных элементов конструкции вблизи пояса разделения, приводящих к ухудшению габаритно-массовых характеристик объекта РКТ в целом. Кроме того, конструкцией заявленного устройства устраняется частично третий недостаток приведенного выше аналога и совершенно не снимаются ограничения, связанные с четвертым недостатком.It is known (patent RU 2679520 C1, IPC B64G 1/64, F42B 3/00, F42B 15/36, publ. 02/11/2019) a device for separating structural elements, which can significantly reduce the level of shock loads when actuated on the separable structural elements, and localize unguided flying high-speed fragments of the rod of the bursting bolt. At the same time, despite the measures taken, the author of this technical solution failed to reduce the shock loads acting on the divided structural elements (especially precision) and on-board equipment to values that would be less than the values defined by regulatory documents as acceptable during transportation of products. rocket and space technology (RST) by land, sea and air transport, which can cause the occurrence of parasitic torques applied to the separable structural elements, in addition to restrictions on the placement of sensitive equipment and precision structural elements near the separation zone, leading to a deterioration in the overall mass characteristics of the object RCT in general. In addition, the design of the claimed device partially eliminates the third drawback of the above analogue and does not completely remove the restrictions associated with the fourth drawback.

Известны (Ефанов В.В., Горовцов В.В. Конструкция и расчет систем и устройств разделения космических аппаратов: Учеб. пособие. - М.: Изд-во МАИ, 2015. - с. 97-99, фиг. 7.2-7.4) безосколочные практически безымпульсные герметичные при срабатывании «точечные» устройства для соединения и последующего разделения детонационного типа, названные авторами детонационными замками (на практике их часто называют разрывными безымпульсными замками) поршневого типа («толкающего» либо «тянущего»), способные выдерживать осевые и боковые нагрузки до 80 кН и даже до 250 кН (патент RU 2729494 С1, МПК 64G 1/64; F42B 15/38, опубл. 07.08.2020). Кроме того, данные устройства способны срабатывать не только от инициирующего устройства - электродетонатора, но и от не разрушаемых трансляторов детонационных команд (например, типа «транер») и передавать детонационный импульс друг другу. В результате количество средств инициирования детонации (электродетонаторов) может быть сведено к минимуму (например, до двух в одной системе отделения).Known (Efanov V.V., Gorovtsov V.V. Design and calculation of systems and devices for separating spacecraft: Textbook. - M .: MAI Publishing House, 2015. - p. 97-99, fig. 7.2-7.4 ) non-shattering, practically pulseless, hermetic “point” devices for connection and subsequent separation of the detonation type, called by the authors detonation locks (in practice they are often called explosive pulseless locks) of the piston type (“pushing” or “pulling”), capable of withstanding axial and lateral loads up to 80 kN and even up to 250 kN (patent RU 2729494 C1, IPC 64G 1/64; F42B 15/38, publ. 08/07/2020). In addition, these devices are able to operate not only from the initiating device - an electric detonator, but also from non-destructible detonation command translators (for example, the “traner” type) and transmit a detonation pulse to each other. As a result, the number of detonation initiators (electric detonators) can be kept to a minimum (eg, up to two in one separation system).

Устройство для соединения и последующего разделения элементов конструкции - детонационный замок «тянущего» типа содержит прочный цилиндрической формы корпус из конструкционного сплава с узлами крепления к элементам конструкции, снабженный внутренней соосной полостью, в которой размещены поршень с жестко скрепленным штоком, заканчивающимся резьбовой частью с гайкой, выходящими за пределы корпуса, с калиброванной кольцевой проточкой на штоке в районе плоскости разделения, уплотнительными кольцами из полимерного материала на штоке и на поршне и рабочим зарядом ВВ кольцевой формы, размещенном в зарядной камере над поршнем. В зоне зарядной камеры корпус снабжен двумя диаметрально расположенными боковыми приливами с полостями внутри, в которых установлены с одной стороны, например, электродетонатор, а с другой - концевой элемент не разрушаемого транслятора детонационных команд, причем эти полости соединены с зарядной камерой каналами, в которых смонтированы передаточные заряды ВВ с усилительными колпачками на концах. В запоршневом пространстве корпуса установлен сминаемый демпфирующий элемент, поджимаемый к поршню торцевой крышкой.A device for connecting and subsequent separation of structural elements - a detonation lock of a "pulling" type contains a strong cylindrical body made of a structural alloy with attachment points to structural elements, equipped with an internal coaxial cavity, in which a piston with a rigidly fastened rod ending in a threaded part with a nut is placed, extending beyond the body, with a calibrated annular groove on the rod in the region of the separation plane, sealing rings made of polymer material on the rod and on the piston, and an annular explosive charge placed in the charging chamber above the piston. In the zone of the charging chamber, the housing is provided with two diametrically located side bosses with cavities inside, in which, for example, an electric detonator is installed on one side, and on the other, an end element of an indestructible detonation command translator, and these cavities are connected to the charging chamber by channels in which transfer charges of explosives with amplifying caps at the ends. A collapsible damping element is installed in the piston space of the housing, which is pressed against the piston by the end cap.

Устройство, рассчитанное на большие (до 250 кН) осевые и боковые нагрузки, может быть снабжено дополнительно в зоне кольцевой проточки на штоке втулкой и шариковым замком.The device, designed for large (up to 250 kN) axial and lateral loads, can be additionally equipped in the area of the annular groove on the rod with a bushing and a ball lock.

Такая конструкция позволяет снизить до минимума массу ВВ в устройстве и уровень ударных нагрузок при его срабатывании, сохраняя при этом высокую надежность работы и обеспечивая оптимальный уровень массово-габаритных характеристик всей системы отделения.This design makes it possible to minimize the mass of explosives in the device and the level of shock loads during its operation, while maintaining high reliability of operation and ensuring the optimal level of mass and size characteristics of the entire separation system.

На практике почти всегда при отделении отработавших узлов, агрегатов или элементов конструкции объектов ракетно-космической техники требуется разделить кабельную сеть (ствол транзитного кабеля или жгут электрических проводов). Для этого на объектах РКТ могут использоваться известные (Расчет и проектирование систем разделения ступеней ракет: Учеб. пособие / К.С.Колесников, В.В. Кокушкин, С.В. Борзых, Н.В. Панкова. - М.: Из-во МГТУ им. Н.Э Баумана, 2006. - с. 91-93, фиг. 1.72) разъемные соединения - разрывные электроплаты. Недостатками данных устройств являются чрезмерная громоздкость, установка на кабелях разъемов, снижающих надежность бортовой кабельной сети. Кроме того, совершенно идентичная по конструктивному исполнению плата будет иметь существенно разные (отличающиеся в несколько раз) усилия расстыковки в зависимости, например, от слабины троса и угла расстыковки. Также для уменьшения возмущения отделяемых объектов по угловым скоростям разъемы должны иметь одинаковые силы и ход расстыковки, при этом их необходимо устанавливать диаметрально противоположно друг другу. Все это практически исключает возможность применения разрывных плат на космической технике, особенно на малоразмерных космических аппаратах.In practice, almost always, when separating spent components, assemblies or structural elements of rocket and space technology objects, it is required to separate the cable network (trunk of a transit cable or bundle of electrical wires). For this, well-known (Calculation and design of rocket stage separation systems: Textbook / K.S. Kolesnikov, V.V. Kokushkin, S.V. Borzykh, N.V. Pankova. - M .: From - MSTU named after N.E. Bauman, 2006. - pp. 91-93, Fig. 1.72) detachable connections - discontinuous electrical circuits. The disadvantages of these devices are excessive bulkiness, the installation of connectors on cables that reduce the reliability of the onboard cable network. In addition, a board that is completely identical in design will have significantly different (which differ by several times) undocking forces depending, for example, on the slack of the cable and the angle of undocking. Also, to reduce the perturbation of the separated objects in terms of angular velocities, the connectors must have the same forces and the course of undocking, while they must be installed diametrically opposite to each other. All this practically excludes the possibility of using burst boards in space technology, especially on small spacecraft.

Известны (Ефанов В.В., Горовцов В.В. Конструкция и расчет систем... - с. 25-27, фиг. 3.7, 3.8 или Расчет и проектирование систем разделения… - с. 93-94, фиг. 1.74) и широко используются на объектах РКТ пиротехнические ножи (часто их называют пирорезаками). Конструктивно все они выполнены по одной схеме и состоят из следующих основных узлов:Known (Efanov V.V., Gorovtsov V.V. Design and calculation of systems ... - p. 25-27, Fig. 3.7, 3.8 or Calculation and design of separation systems ... - p. 93-94, Fig. 1.74) and pyrotechnic knives (often called pyrocutters) are widely used at RCT facilities. Structurally, they are all made according to the same scheme and consist of the following main units:

- прочного, как правило, цилиндрического корпуса;- strong, as a rule, cylindrical case;

- размещенного внутри корпуса соосно ему поршня с жестко соединенным в центральной части, чаще всего, плоским ножом с острой кромкой, заточенной как симметричный клин и изготовленным из закаленной стали;- a piston located inside the body coaxially to it with a rigidly connected in the central part, most often, a flat knife with a sharp edge, sharpened as a symmetrical wedge and made of hardened steel;

- наковальни из мягкой стали с плоской рабочей поверхностью, параллельной плоскости ножа;- mild steel anvils with a flat working surface parallel to the plane of the knife;

- инициатора в виде пироэнергодатчика - ПЭД (иногда их называют в специальной литературе пиропатронами или корпусными электровоспламенителями);- an initiator in the form of a pyroenergy sensor - SEM (sometimes they are called in the special literature squib cartridges or housing electric igniters);

- срезаемых шпилек - элементов, фиксирующих нож в исходном (взведенном) состоянии.- sheared studs - elements that fix the knife in the initial (cocked) state.

Ствол транзитного кабеля или жгут электрических проводов, подлежащих перерезанию, заблаговременно закладывают в окно корпуса между ножом и наковальней и надежно закрепляют скобами или хомутами.The trunk of a transit cable or a bundle of electrical wires to be cut is laid in advance in the housing window between the knife and the anvil and securely fastened with brackets or clamps.

Несмотря на простоту и высокую надежность конструкции пиротехнических ножей, они имеют и существенные недостатки, связанные с тем, что пироэнергодатчики имеют не детонирующее, а горящее снаряжение. Объем, состав и давление продуктов сгорания снаряжения (пирозаряда) ПЭД, а также время его горения зависят от факторов окружающего пространства (в первую очередь - температуры, а также давления окружающей среды). В реальных условиях на объектах РКТ начальная температура пирозаряда может находиться в диапазоне 223…323К, что неизбежно будет приводить к существенным колебаниям максимального давления, действующего на поршень с ножом, а следовательно, и на работу, совершаемую им. Кроме того, значения электрического тока, подаваемого на каждый мостик накаливания ПЭД существенно выше, чем для электродетонатора (6…9А против 1,5…2А). Это обостряет проблему дефицита по электрическому току на борту космического объекта, требует установки аккумуляторных батарей большей емкости и, как правило, при этом более громоздких и тяжелых.Despite the simplicity and high reliability of the design of pyrotechnic knives, they also have significant drawbacks associated with the fact that pyroelectric sensors have not detonating, but burning equipment. The volume, composition and pressure of the products of combustion of the equipment (pyrocharge) of the SEM, as well as the time of its burning, depend on the factors of the surrounding space (first of all, temperature, as well as ambient pressure). In real conditions at RCT facilities, the initial temperature of the pyrocharge can be in the range of 223 ... 323K, which will inevitably lead to significant fluctuations in the maximum pressure acting on the piston with a knife, and, consequently, on the work performed by it. In addition, the values of the electric current supplied to each bridge of the SEM incandescence are significantly higher than for the electric detonator (6 ... 9A versus 1.5 ... 2A). This exacerbates the problem of electric current deficit on board a space object, requires the installation of batteries with a larger capacity and, as a rule, more bulky and heavy.

В дополнение к перечисленным выше недостаткам следует отметить, что установка в непосредственной близи от пояса разделения на детонационных замках, связанных не разрушаемыми трансляторами детонации, дополнительных пиротехнических ножей ухудшает компоновочную схему и массово-габаритные характеристики системы отделения и изделия РКТ в целом, усложняет и утяжеляет бортовую кабельную сеть, усложняет и удорожает систему управления (в частности - программно-временного устройства) космического объекта, поскольку перед командой на отделение необходимо ввести еще одну команду - на резку и разделение кабельной линии - и строго контролировать последовательность прохождения команд на устройства разделения.In addition to the disadvantages listed above, it should be noted that the installation of additional pyrotechnic knives in the immediate vicinity of the separation zone on detonation locks connected by indestructible detonation translators worsens the layout and mass-dimensional characteristics of the separation system and the RCT product as a whole, complicates and weighs the onboard cable network, complicates and increases the cost of the control system (in particular, the time-program device) of the space object, since before the command to separate, it is necessary to enter one more command - to cut and separate the cable line - and strictly control the sequence of passing commands to the separation devices.

Задачей предлагаемого изобретения является создание устройства для соединения и последующего быстрого и надежного разделения элементов конструкции, объединяющего в себе дополнительно функцию ножа кабеля или жгута электрических проводов и раздатчика детонационных команд другим устройствам.The objective of the invention is to create a device for connecting and then quickly and reliably separating structural elements, which additionally combines the function of a cable knife or electrical wire harness and a distributor of detonation commands to other devices.

Особо актуальной она становится для малоразмерных космических аппаратов при дефиците бортовой системы управления.It becomes especially relevant for small-sized spacecraft with a shortage of an onboard control system.

Технический результат, достигаемый при использовании изобретения, заключается:The technical result achieved by using the invention is:

- в существенном расширении функциональных возможностей устройства и его унификации;- in a significant expansion of the functionality of the device and its unification;

- в снижении массово-габаритных и в улучшении конструктивно-компоновочных характеристик узла разделения и всего изделия в целом;- in reducing the mass-dimensional and in improving the design and layout characteristics of the separation unit and the entire product as a whole;

- в повышении надежности устройства;- to increase the reliability of the device;

- в снижении уровня ударных нагрузок на чувствительные узлы и агрегаты, прецизионные элементы конструкции и аппаратуру;- in reducing the level of shock loads on sensitive components and assemblies, precision structural elements and equipment;

- в снижении энергопотребления, упрощении и облегчении бортовой кабельной сети и источников питания;- in reducing energy consumption, simplifying and facilitating the onboard cable network and power supplies;

- в упрощении и снижении нагрузки на бортовой комплекс управления космического объекта (в частности, на программно-временное устройство).- in simplifying and reducing the load on the onboard control complex of the space object (in particular, on the program-time device).

Ниже при изложении сущности предлагаемого изобретения будут названы и другие виды достигаемого технического результата.Below, when presenting the essence of the invention, other types of technical result achieved will be named.

Для достижения указанного технического результата устройство по предлагаемому изобретения, как и указанные выше известные разрывные (детонационные) замки «тянущего» типа, содержит прочный цилиндрической формы корпус из конструкционного материала с узлами крепления к элементам конструкции, снабженный внутренней соосной полостью, в которой размещены поршень с жестко скрепленным штоком, заканчивающимся резьбовой частью, выходящей за габариты корпуса, и фланцы подлежащих разделению элементов конструкции (шпангоутов), при этом на штоке в районе плоскости разделения выполнена калиброванная кольцевая проточка, кроме того, на штоке и на поршне имеются кольцевые проточки, в которых установлены уплотнительные кольца из полимерных материалов, а в зарядной кольцевой камере над поршнем вокруг штока размещен рабочий заряд взрывчатого вещества.To achieve the specified technical result, the device according to the invention, like the above-mentioned bursting (detonation) locks of the “pulling” type, contains a strong cylindrical body made of structural material with attachment points to structural elements, equipped with an internal coaxial cavity in which a piston with a rigidly fastened rod ending with a threaded part extending beyond the dimensions of the body, and flanges of structural elements to be separated (frames), while a calibrated annular groove is made on the rod in the region of the separation plane, in addition, there are annular grooves on the rod and piston, in which sealing rings made of polymeric materials are installed, and in the charging annular chamber above the piston around the rod there is a working charge of explosive.

В зоне зарядной камеры на корпусе на одной оси, перпендикулярной оси корпуса, выполнены два боковых прилива с цилиндрическими полостями внутри, в которых размещены с одной стороны инициирующее устройство (например, электродетонатор), а с другой - концевой элемент (наконечник) не разрушаемого транслятора детонационных команд, при этом полости соединены с зарядной камерой каналами, плотно заполненными передаточными зарядами взрывчатого вещества с усилительными колпачками на концах. Со стороны запоршневого объема корпус снабжен торцевой резьбовой заглушкой.In the zone of the charging chamber on the housing on one axis perpendicular to the axis of the housing, two lateral lugs are made with cylindrical cavities inside, in which, on the one hand, an initiating device (for example, an electric detonator) is placed, and on the other, an end element (tip) of an indestructible detonation translator commands, while the cavities are connected to the charging chamber by channels densely filled with explosive transfer charges with reinforcing caps at the ends. On the side of the piston volume, the housing is equipped with a threaded end cap.

В отличие от известных аналогов в предлагаемом устройстве в нижней части корпуса в запоршневом пространстве размещен жестко соединенный с поршнем в своей средней части плоский нож с прямолинейной острой кромкой в форме симметричного клина. В торцевой резьбовой заглушке смонтирована наковальня в форме диска с плоской рабочей поверхностью, параллельной ножу, а в боковой стенке корпуса между ножом и наковальней перпендикулярно оси устройства выполнено сквозное окно (отверстие), через которое заранее пропущен и прочно закреплен на устройстве подлежащий разрезанию кабель или жгут электрических проводов.In contrast to known analogs, in the proposed device in the lower part of the housing in the piston space there is a flat knife rigidly connected to the piston in its middle part with a straight sharp edge in the form of a symmetrical wedge. An anvil in the form of a disk with a flat working surface parallel to the knife is mounted in the end threaded plug, and in the side wall of the housing between the knife and the anvil, a through window (hole) is made perpendicular to the axis of the device, through which the cable or bundle to be cut is passed and firmly fixed on the device in advance electrical wires.

Размещение в запоршневом пространстве корпуса устройства ножа для резки транзитных кабелей, проводов, жгутов одновременно с инициированием взрывчатого превращения в не разрушаемом трансляторе детонационных команд и с разрушением механической связи между отделяемыми элементами конструкции способствует расширению функциональных возможностей устройства за счет объединения в одном устройстве функций и разрывного (детонационного) замка, и раздатчика детонации, и ножа, унификации его, снижению массы и улучшению габаритно-компоновочных характеристик как самого заявляемого устройства, так и конструкции в целом за счет того, что монтируется оно на элементе (например, шпангоуте) конструкции на одном фланце с меньшим количеством крепежных элементов (болтов, гаек, шайб). За счет уменьшения количества инициирующих устройств (например, ПЭД и электродетонатора) снижается бортовое энергопотребление, поскольку и замок с раздатчиком детонации, и нож срабатывают от одного общего для них инициирующего устройства - электродетонатора, облегчается и упрощается кабельная сеть, упрощается бортовая система управления за счет уменьшения числа ячеек, формирующих временные уставки, так как срабатывание ножа должно осуществляться строго после срабатывания замка. Кроме того, ПЭД, снаряженные горящими пиротехническими составами, требуют для своего задействования электрические сигналы, в два-три, а то и в четыре раза превышающие по току сигналы, необходимые для срабатывания электродетонаторов, снаряженных взрывчатыми веществами.Placing a knife for cutting transit cables, wires, bundles in the piston space of the body of the device simultaneously with the initiation of an explosive transformation in an indestructible detonation command translator and with the destruction of the mechanical connection between the detachable structural elements contributes to the expansion of the functionality of the device due to the combination of functions and discontinuous ( detonation) lock, and a detonation distributor, and a knife, unifying it, reducing weight and improving the overall layout characteristics of both the claimed device itself and the structure as a whole due to the fact that it is mounted on a structural element (for example, a frame) on one flange with fewer fasteners (bolts, nuts, washers). By reducing the number of initiating devices (for example, the SEM and the electric detonator), on-board power consumption is reduced, since both the lock with the detonation distributor and the knife are triggered by one common initiating device - the electric detonator, the cable network is facilitated and simplified, the on-board control system is simplified by reducing the number of cells that form temporary settings, since the operation of the knife must be carried out strictly after the operation of the lock. In addition, PEDs equipped with burning pyrotechnic compositions require for their activation electrical signals that are two to three, or even four times higher in current than the signals necessary to trigger electric detonators filled with explosives.

Такие важнейшие для практики параметры, как время и разброс времени срабатывания, давление, создаваемое в замкнутом объеме, у электродетонаторов намного стабильнее, чем у ПЭД, кроме того, они не зависят от параметров окружающей среды (главным образом, от температуры и давления). Поэтому отказ от использования в заявляемом устройстве от ПЭД с горящим снаряжением способствует также повышению надежности устройства, большей стабильности его рабочих характеристик.Such important parameters for practice as the time and spread of the response time, the pressure created in a closed volume, for electric detonators are much more stable than for SEM, in addition, they do not depend on environmental parameters (mainly on temperature and pressure). Therefore, the refusal to use in the proposed device from the SEM with burning equipment also contributes to improving the reliability of the device, greater stability of its performance.

Отказ от второго инициирующего устройства, задействующего нож, приводит также к снижению спектра ударных нагрузок на элементы конструкции при срабатывании системы отделения.The rejection of the second initiating device, which activates the knife, also leads to a decrease in the range of shock loads on the structural elements when the separation system is triggered.

Объединение в заявляемом устройстве функций замка, ножа и раздатчика детонационных сигналов обеспечивает также строгую последовательность выполнения этих операций, чем повышается надежность устройства, снижается нагрузка на бортовую систему управление которая при этом заметно упрощается и удешевляется.Combining in the claimed device the functions of a lock, a knife and a distributor of detonation signals also provides a strict sequence of these operations, which increases the reliability of the device, reduces the load on the onboard control system, which is significantly simplified and cheaper.

В заявляемом устройстве нож, поршень и шток прочно соединены между собой (возможно изготовление их даже, как единой детали). Шток с помощью гайки, навинчиваемой на его резьбовую часть, жестко стягивает фланцы разделяемых элементов конструкции. При такой схеме крепления отпадает необходимость в применении каких-либо стопорящих элементов (например, срезаемых штифтов), фиксирующих нож во взведенном состоянии. Отказ от таких элементов упрощает и удешевляет устройство, повышает его надежность как за счет того, что часть энергии рабочего заряда ВВ не будет расходоваться на совершение работы по срезанию шпилек (повышается кпд устройства), так и за счет уменьшения количества деталей (сборочных единиц).In the claimed device, the knife, piston and rod are firmly connected to each other (it is possible to manufacture them even as a single part). The rod, with the help of a nut screwed onto its threaded part, rigidly tightens the flanges of the structural elements to be separated. With such a mounting scheme, there is no need to use any locking elements (for example, sheared pins) that fix the knife in the cocked state. The rejection of such elements simplifies and reduces the cost of the device, increases its reliability both due to the fact that part of the energy of the working charge of the explosive will not be spent on the work of cutting the studs (the efficiency of the device increases), and by reducing the number of parts (assembly units).

Кроме того, заявляемое устройство позволяет использовать плоский нож с асимметричной острой кромкой, а также нож цилиндрической формы. Разрезанию могут подлежать не только кабель или жгут электрических проводов, но вместе с ними и трубки гидро - пневмосистемы изделия, стропы парашютной системы, например, спускаемых либо посадочных аппаратов, ленты (жгуты), крепящие в транспортном положении надувные тормозные либо амортизирующие устройства.In addition, the claimed device allows the use of a flat knife with an asymmetric sharp edge, as well as a cylindrical knife. Not only a cable or a bundle of electrical wires can be cut, but along with them also the tubes of the hydro-pneumatic system of the product, the lines of the parachute system, for example, descent or landing vehicles, tapes (harnesses) that fasten inflatable brake or shock-absorbing devices in the transport position.

Изобретение иллюстрируется чертежом, приведенным на фиг. 1. Здесь 1 - корпус устройства; 2 - инициирующее устройство (электродетонатор); 3 - шток; 4 - поршень; 5 - нож; 6 - наковальня; 7 - торцевая резьбовая заглушка; 8 - рабочий заряд взрывчатого вещества; 9 - концевой элемент (наконечник) не разрушаемого транслятора детонационных команд; 10 - передаточные заряды с усилительными колпачками на концах.The invention is illustrated in the drawing shown in FIG. 1. Here 1 is the body of the device; 2 - initiating device (electrodetonator); 3 - stock; 4 - piston; 5 - knife; 6 - anvil; 7 - end threaded plug; 8 - working charge of explosive; 9 - end element (tip) of an indestructible detonation command translator; 10 - transfer charges with amplifying caps at the ends.

Предлагаемое устройство используется и работает следующим образом. При подаче от программно-временного устройства бортовой системы управления электрического сигнала на мостики накаливания инициирующего устройства, например, электродетонатора (2) происходит срабатывание последнего. Под воздействием продуктов взрыва снаряжения его, металлических осколков донышка оболочки (гильзы) электродетонатора и образующейся ударной волны возбуждается детонация в близлежащем передаточном заряде ВВ с усилительным колпачком на конце (10) и от него -рабочему заряду ВВ (8), размещенному в кольцевой заряднсй камере над поршнем (4). Рабочий заряд (8) большую часть своей энергии при срабатывании расходует на совершение механической работы по приведению поршня в движение. За счет жесткого соединения поршня (4) со штоком (3) последний разрушается в месте калиброванной кольцевой проточки (в ослабленном сечении) и снимает силовую связь между фланцами разъединяемых элементов конструкции. Другая часть энергии рабочего заряда ВВ (8) задействует второй передаточный заряд с усилительным колпачком на конце (10), который возбуждает детонацию в концевом элементе (наконечнике) не разрушаемого транслятора детонационной команды. При движении поршня (4) вниз (на фиг. 1) нож (5), жестко скрепленный с поршнем, внедряется в пропущенный заранее через сквозное окно корпуса (1) кабель либо жгут электрических проводов, перерезая его. При этом нож (5) внедряется в плоскую наковальню (6), размещенную в торцевой резьбовой заглушке (7).The proposed device is used and operates as follows. When an electrical signal is supplied from the program-time device of the onboard control system to the incandescence bridges of the initiating device, for example, an electric detonator (2), the latter is activated. Under the influence of the explosion products of its equipment, metal fragments of the bottom of the shell (sleeve) of the electric detonator and the resulting shock wave, detonation is initiated in the nearby transfer explosive charge with an amplifying cap at the end (10) and from it to the working explosive charge (8) located in the annular charging chamber above the piston (4). The working charge (8) spends most of its energy when triggered to perform mechanical work to set the piston in motion. Due to the rigid connection of the piston (4) with the rod (3), the latter is destroyed in the place of the calibrated annular groove (in a weakened section) and removes the force connection between the flanges of the detachable structural elements. Another part of the energy of the working charge of the explosive (8) activates the second transfer charge with an amplifying cap at the end (10), which excites detonation in the end element (tip) of the indestructible detonation command translator. When the piston (4) moves down (in Fig. 1), the knife (5), rigidly fastened to the piston, is introduced into the cable or electrical wire harness passed through the through window of the housing (1) in advance, cutting it. In this case, the knife (5) is introduced into a flat anvil (6) placed in the end threaded plug (7).

Авторами настоящего изобретения были изготовлены опытные образцы заявляемого устройства и проведены их стендовые испытания. В качестве инициирующего устройства использовали электродетонаторы ЭД-У-1, рабочего и передаточных зарядов - отверждаемое эластичное взрывчатое вещество ЭВВ-75 В с паспортными скоростью детонации 7300 м/с, плотностью 1,62⋅103 кг/м3, критическим диаметром детонации 0,5 мм. Суммарная масса зарядов составляла не более 5,0 г. Для перерезания использовали отрезки жгутов электрических проводов МКШЭ 2×0,7, КМВ 10×0,5. Оценивали полноту и надежность инициирования детонации в не разрушаемых трансляторах детонационных команд (типа «транер»), перерезания жгутов, а также замеряли спектры ударных нагрузок (ударные спектры), действующих на элементы конструкции, чувствительную прецизионную аппаратуру вблизи устройства. Во всех экспериментах происходило надежное инициирование детонации в отрезках «транеров», гарантированное перерезание жгутов электрических проводов (глубина канавки в наковальне после перерезания жгутов ножом составляла 1,0÷1,5 мм), максимальные значения ударных импульсов не превышали 8 единиц, что меньше значений, определяемых нормативными документами в качестве допустимых при транспортировке бортовой аппаратуры ракетно-космической техники. Из этого можно сделать вывод о практической реализуемости заявляемого устройства. Кроме того, оно не накладывает ограничений на размещение бортовой аппаратуры вблизи места его размещения.The authors of the present invention have manufactured prototypes of the proposed device and carried out their bench tests. As an initiating device, electric detonators ED-U-1 were used, the working and transfer charges were a hardened elastic explosive EVV-75 V with a passport detonation velocity of 7300 m/s, a density of 1.62⋅10 3 kg/m 3 , a critical detonation diameter of 0 .5 mm. The total weight of the charges was not more than 5.0 g. For cutting, we used segments of electrical wire harnesses MKSE 2×0.7, KMV 10×0.5. We evaluated the completeness and reliability of detonation initiation in indestructible detonation command translators (traner type), cutting the bundles, and also measured the impact load spectra (shock spectra) acting on structural elements, sensitive precision equipment near the device. In all experiments, there was a reliable initiation of detonation in the segments of "traners", guaranteed cutting of bundles of electrical wires (the depth of the groove in the anvil after cutting the bundles with a knife was 1.0÷1.5 mm), the maximum values of shock impulses did not exceed 8 units, which is less than the values , determined by regulatory documents as acceptable during the transportation of on-board equipment of rocket and space technology. From this we can conclude about the practical feasibility of the proposed device. In addition, it does not impose restrictions on the placement of onboard equipment near its location.

Claims (1)

Комбинированный разрывной замок с ножом для бортовых систем разделения, содержащий замок поршневого типа, включающий прочный не разрушаемый при срабатывании металлический корпус цилиндрической формы с узлами крепления к элементам конструкции с двумя диаметрально расположенными относительно корпуса в его нижней части боковыми приливами с внутренней соосной корпусу полостью, в которой размещены поршень с жестко скрепленным штоком, заканчивающимся резьбовой частью, выходящей за габариты корпуса, и фланцы разделяемых элементов конструкции, снабженный калиброванной кольцевой проточкой в плоскости разделения, при этом на поршне и на штоке установлены уплотнительные кольца из полимерных материалов, а в кольцевой зарядной камере над поршнем вокруг штока размещен рабочий заряд взрывчатого вещества, в полостях боковых приливов установлены с одной стороны инициирующее устройство, с другой - концевой элемент не разрушаемого транслятора детонационных команд, а в каналах, соединяющих полости боковых приливов с зарядной камерой, запрессованы либо залиты передаточные заряды, ограниченные со стороны полостей боковых приливов усилительными колпачками, отличающийся тем, что внутри корпуса в запоршневом пространстве установлен жестко скрепленный с поршнем в его средней части плоский нож с прямолинейной острой кромкой в форме симметричного клина, а в торцевой резьбовой заглушке корпуса размещена наковальня в форме диска, по диаметру совпадающая с внутренним диаметром корпуса, с плоской рабочей поверхностью, параллельной ножу, при этом в корпусе устройства между кромкой ножа и наковальней выполнено сквозное перпендикулярное оси устройства отверстие - окно, через которое заранее пропущен и прочно закреплен на устройстве подлежащий разрезанию кабель либо жгут электрических проводов.Combined breaking lock with a knife for on-board separation systems, containing a piston-type lock, including a strong cylindrical metal case that is not destroyed when triggered, with attachment points to structural elements with two side lugs diametrically located relative to the case in its lower part with an internal cavity coaxial to the case, in which contains a piston with a rigidly fastened rod ending with a threaded part extending beyond the dimensions of the housing, and flanges of the structural elements to be separated, equipped with a calibrated annular groove in the separation plane, while sealing rings made of polymeric materials are installed on the piston and rod, and in the annular charging chamber above the piston around the rod there is a working charge of an explosive, in the cavities of the side tides, an initiating device is installed on one side, on the other - the end element of an indestructible detonation command translator, and in the channels connecting the cavities of the side tides with a charging chamber, the transfer charges are pressed in or filled, limited from the side of the cavities of the lateral tides by reinforcing caps, characterized in that inside the body in the piston space there is a flat knife rigidly fastened to the piston in its middle part with a straight sharp edge in the form of a symmetrical wedge, and in the end threaded plug of the body there is an anvil in the form of a disk, the diameter of which coincides with the inner diameter of the body, with a flat working surface parallel to the knife, while in the body of the device between the edge of the knife and the anvil there is a through hole perpendicular to the axis of the device - a window through which and firmly attached to the device, the cable or electrical harness to be cut.
RU2022120362A 2022-07-26 Combination break lock with knife for on-board separation systems RU2783638C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2783638C1 true RU2783638C1 (en) 2022-11-15

Family

ID=

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2821613C1 (en) * 2023-12-07 2024-06-25 ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ КАЗЕННОЕ ВОЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого" МИНИСТЕРСТВА ОБОРОНЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Lock device for transformable elements of spacecraft structures

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2489984A (en) * 1945-02-20 1949-11-29 United Aircraft Corp Explosive-release mechanism
RU2463544C1 (en) * 2011-03-03 2012-10-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение им. С.А. Лавочкина" Linear separation device on extended shaped charge
RU2729494C1 (en) * 2019-12-17 2020-08-07 ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ КАЗЕННОЕ ВОЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого" МИНИСТЕРСТВА ОБОРОНЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Detonation device for connection and subsequent separation of rocket and spacecraft structure elements
RU2756898C1 (en) * 2020-09-17 2021-10-06 ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ КАЗЕННОЕ ВОЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого" МИНИСТЕРСТВА ОБОРОНЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Universal cutter initiator for on-board detonation separation systems

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2489984A (en) * 1945-02-20 1949-11-29 United Aircraft Corp Explosive-release mechanism
RU2463544C1 (en) * 2011-03-03 2012-10-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-производственное объединение им. С.А. Лавочкина" Linear separation device on extended shaped charge
RU2729494C1 (en) * 2019-12-17 2020-08-07 ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ КАЗЕННОЕ ВОЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого" МИНИСТЕРСТВА ОБОРОНЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Detonation device for connection and subsequent separation of rocket and spacecraft structure elements
RU2756898C1 (en) * 2020-09-17 2021-10-06 ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ КАЗЕННОЕ ВОЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого" МИНИСТЕРСТВА ОБОРОНЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Universal cutter initiator for on-board detonation separation systems

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2821613C1 (en) * 2023-12-07 2024-06-25 ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ КАЗЕННОЕ ВОЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "Военная академия Ракетных войск стратегического назначения имени Петра Великого" МИНИСТЕРСТВА ОБОРОНЫ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Lock device for transformable elements of spacecraft structures

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Bement et al. A manual for pyrotechnic design, development and qualification
US6889610B2 (en) Ordnance firing system
EP3186584B1 (en) Munition modification kit and method of modifying munition
KR100616019B1 (en) Ordnance firing system
US8037823B2 (en) Networked pyrotechnic actuator incorporating high-pressure bellows
US3196745A (en) Separation and pin puller mechanism
EP3351477A1 (en) Hold down release mechanism with integral sensing
CN104833277A (en) Cutting device for missile stage separation
US4372215A (en) Process and apparatus for transporting and dropping a plurality of charges contained in a single container and container equipped with such an apparatus
US2889746A (en) Explosive bolt type store suspension system for aircraft
US3326127A (en) One-way explosive connector device
US4181079A (en) Hollow charge ammunition construction
RU2783638C1 (en) Combination break lock with knife for on-board separation systems
US3237521A (en) Explosive bolt
US6450444B1 (en) Fin lock system
CN112361898A (en) Aerospace craft separation system
US20020011173A1 (en) Pyrotechnic impact fuse
US4030418A (en) Gravity deployed mine with combined upper clearing charge firing and delayed main charge initiation
EP0281088B1 (en) Submissile with an ignition device
RU2729494C1 (en) Detonation device for connection and subsequent separation of rocket and spacecraft structure elements
US4493241A (en) Device operating by means of pyrotechnic charges for releasing joints subject to load
EP2150707B1 (en) Locking device
CN218524032U (en) Safety control self-destruction device for liquid rocket and liquid rocket
RU2463544C1 (en) Linear separation device on extended shaped charge
US3218973A (en) Missile component separation assembly