火箭钻地锚的制作方法

本实用新型属于江河、湖泊堵口技术和大江截流施工等技术领域，具体涉及一种火箭钻地锚。

背景技术：

我国是一个洪水多发的国家，汛期洪水引起的堤坝溃口严重威胁当地农业、交通、生态环境及居民生命财产安全。江河堤防发生溃口后，溃口口门通常流速较大，由于时间紧迫堵口抛投物一般都是就地取材，这些抛投物体积较小，重量较轻，抛投到溃口后很容易就被水流冲走，很难快速在溃口处稳定生根完成溃口堵复任务。同样，在大型水利工程大江截流施工时也会遇到合龙口门处流速较大、抛投物难以迅速生根的问题，目前国内外大多采用平堵法、立堵法、混合堵等方法来进行截流施工，虽然现有截流施工技术已较为成熟，但都存在施工技术复杂、费时长、造价高、耗费大量劳动力等缺点，有时甚至延误工期，对后期水力发电等方面运营造成严重亏损。因此有必要开发一种高效便捷，安全适用的溃口封堵、口门合龙的新型利器来解决上述不足。

专利号为882138901，公开号为CN2037747U的实用新型专利公开了一种火箭锚，其锚钩工作原理与本实用新型所述扩张锚具工作原理有相似之处，主要用于在山地江河、干沟、深涧、雨裂地区及沼泽地上架设悬索，该实用新型专利的锚钩是在空气中采用延时引信爆破打开，不具有触发扩张功能，且没有制导定位功能，不具有钻地功能。

专利号为2012204784300，公开号为CN202896831U的实用新型专利公开了一种自动埋设地锚，主要是将锚体自动埋入江、河、湖、海泥沙或粘土地层用于固定船舶及其它水上浮体。该实用新型的锚为固定式，这种结构的锚在进入土体后会对锚体周围的土体有较大扰动，增大锚体周围空腔直径，进而减小锚体的锚固力；该实用新型将锚索系挂于设置在锚身上的吊耳上，没有考虑火箭在运行过程中因弹体旋转而使锚索扭转打结遭到破坏的问题。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本实用新型的目的是提供一种火箭钻地锚，用于在江河、湖泊溃口封堵和大江截流施工等领域，通过在锚体尾部系挂锚索并与岸上固定桩连接，以锚索为滑投通道，将钢网石笼悬挂在锚索上，沿锚索滑投到口门指定位置，以解决抛投物难以在口门处迅速稳定生根的问题，实现口门快速、高效封堵或合龙。

本实用新型的目的是以下述方式实现的：

火箭钻地锚，包括弹头、二次触发扩张锚机构部分、火箭发动机部分和防扭陀螺体，弹头的尾部与二次触发扩张锚机构部分的头部固定连接，二次触发扩张锚机构部分的尾部与火箭发动机部分的头部固定连接，火箭发动机部分的尾部与防扭陀螺体的头部固定连接，防扭陀螺体的尾部与地下锚索连接；

弹头包括设置在外部的弹头外壳和设置在内部的激光寻的器、二次触发装置，二次触发扩张锚机构部分包括设置在外部的扩张锚外壳和设置在内部的二次触发扩张锚机构，火箭发动机部分包括设置在外部的火箭发动机外壳和设置在内部的火箭发动机，火箭发动机尾部设置有发动机尾喷管；

弹头外壳、扩张锚外壳和火箭发动机外壳的外表面上设置有双螺旋切削翼。

弹头的尾部与二次触发扩张锚机构部分的头部通过第一螺纹旋紧连接，扩张锚外壳头部与二次触发扩张锚机构通过第二螺纹旋紧连接，扩张锚外壳尾部与火箭发动机头部通过第三螺纹旋紧连接，火箭发动机部分的尾部与防扭陀螺体通过第四螺纹旋紧连接，防扭陀螺体的尾部通过系锚卡扣与地下锚索连接。

所述激光寻的器包括激光搜索与跟踪装置和信号发射器，信号发射器将搜索跟踪到的目标激光位置信息发送到火箭发射架控制系统，火箭发射架据此调节火箭钻地锚入水方向和角度。

所述二次触发装置包括速度传感器、信号转换器、电动击发装置和火药柱，速度传感器通过数据传输线与信号转换器连接，信号转换器通过导线与电动击发装置连接，电动击发装置通过点火电线与火药柱连接，速度传感器用来感应火箭钻地锚的运行速度，可将筛选出的所需速度信号传输给信号转换器；信号转换器用来将速度信号转换为电信号；电动击发装置用来接收电信号并启动电动击发装置中的电打火石点燃火药柱。

所述二次触发扩张锚机构包括底座和沿径向均匀分布的扩张锚具，扩张锚具铰接在底座上，底座内设置有爆破室，爆破室与轴向套管连通，轴向套管外部设置有滑动轴套，滑动轴套可沿轴向套管滑动，轴向套管下部为活塞室，活塞室内设置有活塞推杆，活塞推杆一端通过包裹密封橡胶圈紧塞在活塞室内，活塞推杆另一端垂直轴向开孔，孔内插入推力轴销，轴向套管与推力轴销相对应的位置开设有滑槽，滑动轴套上与推力轴销相对应的位置开设有通孔，推力轴销穿过滑动轴套、轴向套管和活塞推杆，推力轴销可带动滑动轴套和活塞推杆沿轴向套管上的滑槽滑动，滑动轴套上设置有弹簧限位钉，弹簧限位钉顶部用螺塞旋紧顶住，轴向套管上还设置有用于卡入弹簧限位钉的限位孔，在弹簧限位钉到达限位孔前，弹簧处于压缩状态，当扩张锚具打开到最大程度时，弹簧限位钉正好卡入限位孔中，可使扩张锚具不被土体挤压收缩；扩张锚具上部与铰支撑的一端铰接，滑动轴套与铰支撑的另一端铰接；扩张锚外壳上与扩张锚具相对应的位置开设有门槽，以使扩张锚具扩张时从门槽中撑出。

所述底座上设置有第一固定耳，扩张锚具的底部通过大轴承与第一固定耳铰接，滑动轴套上设置有第二固定耳，铰支撑的另一端与第二固定耳铰接。

所述底座与轴向套管为一体结构。

所述扩张锚具的最大扩张角度不低于25°。

所述火箭发动机靠近二次触发扩张锚机构的一端设置有固定套管，轴向套管可插入固定套管内，用于将二次触发扩张锚机构与火箭发动机轴向对接。

所述固定套管顶部设置有橡胶垫圈，用来减缓滑动轴套对固定套管的碰撞。

所述防扭陀螺体包括防扭陀螺体壳体和用于与火箭发动机部分连接的发动机尾盖，防扭陀螺体壳体通过实心轴与发动机尾盖连接；防扭陀螺体壳体内设置防扭装置，防扭装置包括主轴，主轴一端设置有螺纹，另一端设置有系锚卡扣，主轴侧壁上开设有2个径向对称的凹槽，主轴上从系锚卡扣一端开始，依次设置有压环、向心球轴承、隔环、推力球轴承、垫圈和螺母，压环和隔环通过限位螺钉固定在防扭陀螺体壳体上，向心球轴承通过定位螺钉卡入主轴的凹槽内固定在主轴上。

所述地下锚索上设置有若干阻滑环。

所述阻滑环由一个内嵌翼型壳体和一个外嵌翼型壳体组成，内嵌翼型壳体和外嵌翼型壳体相互对接、嵌合，地下锚索卡在其间，由铆钉穿插固定。

所述内嵌翼型壳体或外嵌翼型壳体的最大扩张角度为15°。

所述双螺旋切削翼的螺距S为0.25~0.5倍的火箭锚弹体直径D，火箭锚弹体直径D=火箭筒径d+2倍的叶片高度，即S=（0.25~0.5）D，内螺旋角α_r=arctan [S·arctan(πd)/(πd)]，外螺旋角α_R=arctan[S/(πD)]。

所述发动机尾喷管与发动机尾盖一体成型。

所述发动机尾喷管采用拉瓦尔喷管结构，且按顺时针扭转60°，以获得火箭旋转所需扭矩，实现高速旋转飞行。

相对于现有技术，本实用新型的有益效果为：

（1）本实用新型利用火箭推力强劲的技术优势，可使锚体钻地深，在土体内快速形成生根据点，再结合尾部锚索与岸上固定桩相连，在锚索上悬挂抛投物进行滑投可快速使抛投物在口门处稳定生根，不被水流冲走。

（2）本实用新型的火箭钻地锚采用激光制导，定位精确，可在口门处多点射锚，多锚索多通道滑投抛投物，快速形成口门封堵或合龙的进占主体。

（3）本实用新型的火箭钻地锚采用二次触发形式当锚体到达最大侵彻深度时才会扩张打开，可有效降低锚体在入土过程中对周围土体的扰动，减小锚体周围的土体空腔直径，增强锚体在土中的锚固力。

（4）本实用新型立足高科技，跨学科创新，开拓军品民用，解决江河治理的重大技术难题，具有广阔应用前景与巨大社会经济效益。

附图说明

图1是火箭钻地锚整体的内部结构图。

图2是火箭钻地锚扩张锚打开到最大程度时的内部状态图。

图3是火箭钻地锚的外部轮廓图。

图4是弹头细部结构图。

图5是二次触发扩张锚机构细部结构图。

图6是滑动轴套的主视图。

图7是滑动轴套沿径向的剖面图。

图8是滑动轴套沿轴向的剖面图。

图9是火箭发动机示意图。

图10是尾喷管与防扭陀螺体的细部结构图。

图11是图10A-A方向的剖面图。

图12是阻滑环未打开时，地下锚索示意图。

图13是阻滑环打开时，地下锚索示意图。

图14是内嵌翼型壳体的右视图。

图15是内嵌翼型壳体的俯视图。

图16是外嵌翼型壳体的俯视图。

图17是外嵌翼型壳体的左视图。

其中，1是激光寻的器；2是二次触发装置；3是二次触发扩张锚机构；4是火箭发动机；5是发动机尾喷管；6是防扭陀螺体；7是弹头；8是双螺旋切削翼；9是扩张锚外壳；10是门槽；11是激光搜索与跟踪装置；12是信号发射器；13是速度传感器；14是数据传输线；15是信号转换器；16是导线；17是电动击发装置；18是点火电线；19是火药柱；20是第二螺纹；21是第一固定耳；22是大轴承；23是扩张锚具；24是铰支撑；25是第一小轴承；26是第一螺纹；27是爆破室；28是活塞室；29是密封橡胶圈；30是活塞推杆；31是推力轴销；32是第二小轴承；33是滑动轴套；34是滑槽；35是限位孔；36是轴向套管；37是第二固定耳；38是轴向套管；39是弹簧限位钉；40是弹簧；41是螺塞；42是橡胶垫圈；43是固定套管；44是第三螺纹；45是固体推进剂；46是第四螺纹；47是螺母；48是推力球轴承；49是限位螺钉；50是压环；51是系锚卡扣；52是实心轴；53是防扭陀螺体壳体；54是垫圈；55是隔环；56是向心球轴承；57是主轴；58是地下锚索；59是阻滑环；60是内嵌翼型壳体；61是外嵌翼型壳体；62是弹头外壳；63是火箭发动机外壳；64是二次触发扩张锚机构部分；65是火箭发动机部分；66是底座；67是发动机尾盖。

具体实施方式

如附图1-3所示，火箭钻地锚，包括弹头7、二次触发扩张锚机构部分64、火箭发动机部分65和防扭陀螺体6，弹头7的尾部与二次触发扩张锚机构部分64的头部固定连接，二次触发扩张锚机构部分64的尾部与火箭发动机部分65的头部固定连接，火箭发动机部分65的尾部与防扭陀螺体6的头部固定连接，防扭陀螺体6的尾部与地下锚索58连接；

弹头7包括设置在外部的弹头外壳62和设置在内部的激光寻的器1、二次触发装置2，二次触发扩张锚机构部分64包括设置在外部的扩张锚外壳9和设置在内部的二次触发扩张锚机构3，火箭发动机部分65包括设置在外部的火箭发动机外壳63和设置在内部的火箭发动机4，火箭发动机4尾部设置有发动机尾喷管5；二次触发扩张锚机构3受扩张锚外壳9保护而避免被破坏和泥土淤塞；

弹头外壳62、扩张锚外壳9和火箭发动机外壳63的外表面上设置有双螺旋切削翼8。

如图5、9、10所示，弹头7的尾部与二次触发扩张锚机构部分64的头部通过第一螺纹26旋紧连接，扩张锚外壳9头部与二次触发扩张锚机构3通过第二螺纹20旋紧连接，扩张锚外壳9尾部与火箭发动机4头部通过第三螺纹44旋紧连接，火箭发动机部分65的尾部与防扭陀螺体6通过第四螺纹46旋紧连接，防扭陀螺体6的尾部通过系锚卡扣51与地下锚索58连接。

如图4所示，激光寻的器1包括激光搜索与跟踪装置11和信号发射器12，信号发射器12将搜索跟踪到的目标激光位置信息发送到火箭发射架控制系统，火箭发射架据此自动调节火箭钻地锚入水方向和角度。

如图4所示，二次触发装置2包括速度传感器13、信号转换器15、电动击发装置17和火药柱19，速度传感器13通过数据传输线14与信号转换器15连接，信号转换器15通过导线16与电动击发装置17连接，电动击发装置17通过点火电线18与火药柱19连接，速度传感器13用来感应火箭钻地锚的运行速度，可将筛选出的所需速度信号传输给信号转换器15；信号转换器15用来将速度信号转换为电信号；电动击发装置17用来接收电信号并启动电动击发装置17中的电打火石点燃火药柱19，火药柱19设置在爆破室27内。

如图5-8所示，二次触发扩张锚机构3包括底座66和沿径向均匀分布的扩张锚具23，扩张锚具23铰接在底座66上，底座66内设置有爆破室27，爆破室27与轴向套管36连通，轴向套管36外部设置有滑动轴套33，滑动轴套33可沿轴向套管36滑动，轴向套管36下部为活塞室28，活塞室28内设置有活塞推杆30，活塞推杆30一端通过包裹密封橡胶圈29紧塞在活塞室28内，活塞推杆30另一端垂直轴向开孔，孔内插入推力轴销31，轴向套管36与推力轴销31相对应的位置开设有滑槽34，滑动轴套33上与推力轴销31相对应的位置开设有通孔38，推力轴销31穿过滑动轴套33、轴向套管36和活塞推杆30，推力轴销31可带动滑动轴套33和活塞推杆30沿轴向套管36上的滑槽34滑动，滑动轴套33上设置有弹簧限位钉39，弹簧限位钉39顶部用螺塞41旋紧顶住，轴向套管36上还设置有用于卡入弹簧限位钉39的限位孔35，在弹簧限位钉39到达限位孔35前，弹簧40处于压缩状态，当扩张锚具23打开到最大程度时，弹簧限位钉39正好卡入限位孔35中，可使扩张锚具23不被土体挤压收缩；扩张锚具23上部与铰支撑24的一端铰接，滑动轴套33与铰支撑24的另一端铰接；扩张锚外壳9上与扩张锚具23相对应的位置开设有门槽10，以使扩张锚具23扩张时从门槽10中撑出。扩张锚具23的最大扩张角度不低于25°。

扩张锚具23的数量为四个，4个扩张锚具23径向两两对称布置，扩张锚具23与滑动轴套33通过铰支撑24相连接，铰支撑24两端开有轴孔，扩张锚具23上部开设有轴孔，第一小轴承25插入扩张锚具23上部的轴孔和铰支撑24一端的轴孔内，第二小轴承32插入铰支撑24另一端的轴孔和第二固定耳37的轴孔内。

可将火药柱19燃烧后的气体可通过滑槽34排放出去，保证轴向套管36的内外气压一致。

底座66上设置有第一固定耳21，扩张锚具23的底部通过大轴承22与第一固定耳21铰接，滑动轴套33上设置有第二固定耳37，用来连接铰支撑24，铰支撑24的另一端与第二固定耳37铰接。

底座66与轴向套管36为一体结构。

如图9所示，火箭发动机4采用火箭设计标准设计，装药量按溃口河床土质和事先计算出的所需推进力进行装填。火箭发动机4靠近二次触发扩张锚机构3的一端设置有固定套管43，轴向套管36可插入固定套管43内，用于将二次触发扩张锚机构3与火箭发动机4轴向对接。火箭发动机4为现有技术，火箭发动机4内装填有固体推进剂45。

固定套管43顶部设置有橡胶垫圈42，用来减缓滑动轴套33对固定套管43的碰撞。

如图10所示，防扭陀螺体6包括防扭陀螺体壳体53和用于与火箭发动机部分65连接的发动机尾盖67，防扭陀螺体壳体53通过实心轴52与发动机尾盖67连接；防扭陀螺体壳体53内设置防扭装置，防扭装置包括主轴57，主轴57一端设置有螺纹，另一端设置有系锚卡扣51，主轴57侧壁上开设有2个径向对称的凹槽，主轴57上从系锚卡扣51一端开始，依次设置有压环50、向心球轴承56、隔环55、推力球轴承48、垫圈54和螺母47，压环50和隔环55通过限位螺钉49固定在防扭陀螺体壳体53上，向心球轴承56通过定位螺钉卡入主轴57的凹槽内固定在主轴57上。

隔环55侧壁上有4个径向两两对称的螺孔，压环50侧壁上有4个径向两两对称的螺孔，防扭陀螺体壳体53上与前述对应开有8个螺孔，将整个防扭装置安装在防扭陀螺体壳体53内，首先将防扭陀螺体壳体53侧壁上中部的4个螺孔与隔环55侧壁上的4个螺孔对准，将4个限位螺钉49分别旋入、上紧，再将压环50上的4个螺孔与防扭陀螺体壳体53上端部的4个螺孔对准，将4个限位螺钉49分别旋入、上紧，这样整个防扭装置可牢牢固定在防扭陀螺体壳体53内部，装配成防扭陀螺体6。防扭陀螺体壳体53旋转时，防扭装置控制尾部锚索58不参与共转，防扭陀螺体6可防止火箭在高速旋转中使锚索58扭转打结而遭到破坏和影响运行轨迹。

防扭转陀螺体的装配流程为：在主轴57上装配向心球轴承56，利用向心球轴承56上的定位螺钉卡在主轴57上的凹槽内将向心轴承固定住，推力球轴承48和向心球轴承56之间用隔环55隔开，推力球轴承48和螺母47之间放置一垫圈54，在有螺纹端将螺母47拧紧，整个防扭装置由此安装完成。

如图12-13所示，地下锚索58上设置有若干阻滑环59。

如图14所示，阻滑环59由一个内嵌翼型壳体60和一个外嵌翼型壳体61组成，内嵌翼型壳体60和外嵌翼型壳体61相互对接、嵌合，地下锚索58卡在其间，由铆钉穿插固定。

内嵌翼型壳体60或外嵌翼型壳体61的最大扩张角度为15°。当锚索58受到反向拉力时，阻滑环59会受土体阻力张开，增强锚索锚固力。

带有阻滑环59的地下锚索58采用抗拉强度高，柔韧性强，质量轻，耐火箭损失高温的新型材料锚索；在锚索58上每隔0.5m设置一个阻滑环59，来增强锚索58在土体中的锚固力。锚索58长度按所述火箭钻地锚在土体中侵彻深度来定，但应严格控制当火箭钻地锚在土层中稳定生根后锚索58尾端不应超出河床表面。

如图3示，双螺旋切削翼8直接设置在整个弹体外壳上，用于将弹身体积所占的部分土体旋至弹体尾部以增强弹体钻土能力，并增加弹体锚固力。双螺旋切削翼8的螺距S为0.25~0.5倍的火箭锚弹体直径D，火箭锚弹体直径D=火箭筒径d+2倍的叶片高度，即S=（0.25~0.5）D，考虑到各型号钻地锚的体长，可适当取S。内螺旋角α_r、外螺旋角α_R、螺距N可根据螺旋形成原理来确定：内螺旋角α_r=arctan [S·arctan(πd)/(πd)]，外螺旋角α_R=arctan[S/(πD)]，螺矩N=1+h/S，其中h为螺旋带长。螺旋带长h为双螺旋拉直之后的长度，取L为火箭钻地锚的二次触发扩张锚机构部分64和火箭发动机部分65的长度之和，螺旋圈数n近似等于1+L/S， h=。

发动机尾喷管5与发动机尾盖67一体成型。

如图11所示，发动机尾喷管5采用拉瓦尔喷管结构，共安装4个喷管，且按顺时针扭转60°，以获得火箭旋转所需扭矩，实现高速旋转飞行。

本实用新型的工作过程如下：本实用新型是在堤防或围堰岸上利用专用火箭发射架发射带锚索火箭钻地锚，在发射之前，首先须启动激光寻的器1向需要封堵或合龙的口门发射激光。待激光寻的器1进入工作状态后，通过激光搜索与跟踪装置11搜索跟踪发射的目标激光位置，并将目标激光位置信息通过信号发射器12发送到火箭发射架控制系统，火箭发射架据此自动调节火箭钻地锚最佳入水方向和角度。启动二次触发装置2，火箭发动机4点火，带锚索火箭钻地锚在强劲的固体推进剂45的推力下，将会以1.5-2.0g加速度在空中运行。锚体在空中高速旋转，其尾部锚索58在防扭陀螺体6的作用下不会随其高速旋转。带锚索火箭钻地锚在空气中和水中会一直高速运行，并借助弹身的双螺旋切削翼8快速旋入土体中，直到推进燃料耗尽，火箭在土体中的运动速度逐渐减为0m/s时，火箭钻地锚才会停止运行，在此整个过程中，二次触发装置2中的速度感应器实时进行速度收集与筛选，当筛选出所需速度（即v=0m/s）时，速度感应器通过数据传输线14将此信号传输给信号转换器15，信号转换器15将速度信号转换为电信号，并通过导线16启动电动击发装置17中的电打火石使点火电线18点火，点火电线18一直通到火药柱19中部，进而击发火药柱19在爆破室27爆炸燃烧，同时爆破室27内将产生高温、高压气流，该气流高速冲入活塞室28后推动室内的活塞推杆30带动推力轴销31沿滑槽34轴向运动，同时带动滑动轴套33沿轴向套管36滑动，铰支撑24受力打开并同时将4个扩张锚具23撑开，在锚具被撑开过程中，高温、高压气体通过滑槽34排放出去，保证轴向套管36的内外气压一致；当扩张锚具23打开到最大程度时，位于滑动轴套33上的弹簧限位钉39正好卡入轴向套管36上的限位孔35中，防止扩张锚具23因土体挤压而回缩，同时滑动轴套33碰撞到固定套管43上的橡胶垫圈42完成扩张锚具23最大程度扩张；带有阻滑环59的地下锚索段若受到锚索的反拉力，锚索58上的阻滑环59将会受土体阻力打开，以增强锚索58在土体中的锚固力。上述为火箭钻地锚从火箭发射到扩张锚具23在土体中打开的工作原理，当火箭钻地锚稳固扎根“稳固扎根”在土体中后，再结合其尾部锚索58与岸上固定桩相连，在锚索上悬挂抛投物进行滑投，可快速使抛投物在口门处稳定生根，不被水流冲走。

火箭钻地锚主要设计参数如表1所示。

以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围。