一种耐高温火工弹射器的制作方法

本发明属于火工装置领域，涉及一种能够实现超音速飞行器保护罩与超音速飞行器分离的耐高温火工弹射器。

背景技术：

弹射器在飞船、卫星、运载火箭和无人机等领域的应用非常广泛，主要用于结构之间的连接与分离，为物体的可靠分离提供速度，一般用于锁定和分离质量较轻的舱盖和保护罩，属于分离弹射系统的关键技术，决定弹射分离系统的成败，在航天领域的重要性也越来越突出。

随着航天器任务需求的升级，超音速飞行器对热环境的要求更高，作为关键动作执行部件的弹射器也面临新的研究课题。根据《航天返回与遥感》期刊的《某超音速飞行器保护罩用弹射器的高温防护特性研究》的报道，目前星船、飞行器上配套的弹射器使用温度大多在-60℃～+90℃范围内，而大多数弹射器使用的主装药的耐受温度在100℃左右。超音速飞行器飞行过程中，由于受到很大的气动阻力影响，飞行器头部温度将达到几百度以上，弹射器与保护罩刚性连接，直接承受飞行器表面热流，结构升温迅速。现有弹射器存在以下问题：

(1)如果选用耐受温度高的主装药则更为钝感，在点火电流限定的条件下必将影响点火可靠性。

(2)现有弹射器剪切销一般选用铝合金和结构钢，在高温情况下剪切强度下降较快，影响弹射器的速度与推力。

(3)现有弹射器为了保证活塞运动的稳定性，活塞与滑杆的接触一般为面接触，但是增大了热传导的速度。

因此，弹射器在使用现有应用成熟的主装药的情况下，只能从结构设计进行优化，降低结构热传导的速度，保证主装药位置及点火器部位处的温度能够满足使用要求。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种火工弹射器，其具备高温下正常工作，且具有较高的弹射速度，分离后弹射器活塞与外筒端面平齐，保证飞行器的气动外形。

本发明的技术解决方案是：

一种耐高温火工弹射器，包括内筒组件、外筒组件、药盒组件和剪切销，内筒组件和外筒组件通过剪切销固定，外筒组件和药盒组件连接；外部飞行器保护罩与内筒组件连接，外部飞行器与外筒组件连接。

所述内筒组件包括内筒，滑杆；内筒一端为法兰，法兰端有内螺纹，内筒另一端为光孔，靠近法兰端部分光孔周向开有圆孔；滑杆为圆柱体，一端为球头，另一端为平面，滑杆的外径与内筒通孔的内径间隙配合，滑杆插入内筒的光孔。

所述外筒组件包括螺帽，外筒，活塞；外筒为圆柱体，一端有外螺纹，外筒内开有阶梯孔，靠近外螺纹一端的光孔孔径大于另一端，孔径小的光孔一端在外筒壁上周向开有内螺纹通孔，外筒的外壁布有一处凸台；螺帽为圆柱体，内部分为螺纹段和光孔段，内螺纹的小径大于光孔直径，光孔直径大于外筒的外径且小于外筒凸台的外径，螺帽从外筒的外螺纹一端装入卡在凸台处；活塞为圆柱体，圆柱体分为粗细两段，活塞从外筒的外螺纹一端装入，细段的端面与滑杆的球面一端点接触。

所述剪切销一端为外螺纹，另一端为圆柱体，外螺纹与外筒的内螺纹配合。

所述药盒组件包括药盒底座、隔热垫圈、药盒、点火器；药盒底座为l型腔体，内腔中段有锥形孔，药盒底座两个端面中，锥形孔大端朝向的端面作为第一端面，另一端为第二端面，两个端面均有内螺纹；隔热垫圈通过粘剂粘接到药盒底座的锥形孔上；药盒装有主装药，药盒塞入隔热垫圈；点火器通过外螺纹与药盒底座第一端面的内螺纹连接。

所述内筒组件和外筒组件通过剪切销固定的具体方式为：两个剪切销通过剪切销的外螺纹对向拧入外筒的内螺纹，剪切销的圆柱端插入内筒的圆孔。

所述外筒组件和药盒组件连接的具体方式为：药盒组件的药盒底座的第二端面与外筒组件的外筒通过螺纹连接。

所述外部飞行器保护罩与内筒组件的内筒螺纹连接；

所述外部飞行器通过螺柱的螺纹与外筒组件的螺帽螺纹连接。

所述内筒法兰的厚度小于螺纹段长度，内螺纹的大径小于内筒光孔的孔径；外筒孔径小的光孔内径与内筒外径间隙配合，外筒的外径与内筒法兰的外径相等；粗段的外径与外筒孔径大的光孔的孔径间隙配合；活塞细段的外径与外筒孔径小的光孔的内径间隙配合。

所述剪切销采用1cr18ni9ti不锈钢，剪切销圆柱体的直径小于剪切销外螺纹的大径，且圆柱体的长度不大于内筒的壁厚；滑杆的材料为ta15；粘结剂为dg-4耐高温胶。

本发明与现有技术的优点在于：

(1)本发明剪切销采用1cr18ni9ti不锈钢，该材料可以保证剪切销在高温和常温下剪切强度保持不变，弹射器的速度和推力保持一致，确保弹射器能够可靠稳定的工作。

(2)本发明增加滑杆和外筒的长度，用于增加传热的路径，降低传热的速度，同时能够提高弹射器的弹射速度，满足不同弹射速度的需求。

(3)本发明的滑杆与活塞接触的一端为球头结构，与活塞之间为点接触，减少了接触面积，用于降低传热的速度。同时，活塞撞击滑杆后球头会发生变形，吸收部分能量，降低弹射器工作时的冲击。

(4)本发明在装药和底座之间增加非金属材料的隔热垫圈，非金属材料的热导率较低，用于降低主装药温度上升的速度。

附图说明

图1是本发明一种耐高温火工弹射器结构图；

图2是本发明螺帽示意图；

图3是本发明一种耐高温火工弹射器分离工作示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的详细描述。

如图1所示，本发明一种耐高温火工弹射器，包括内筒组件、外筒组件、药盒组件和剪切销2，内筒组件和外筒组件通过剪切销2固定，外筒组件和药盒组件连接；外部飞行器保护罩与内筒组件连接，外部飞行器与外筒组件连接。

内筒组件包括内筒1，滑杆3；内筒1材料为ta15，内筒1一端为法兰，法兰端有内螺纹，法兰的厚度小于螺纹段长度，内筒1另一端为光孔，光孔的孔径大于内筒1内螺纹的大径，靠近法兰端部分光孔周向开有圆孔；滑杆3为圆柱体，材料为ta15，滑杆3一端为球头，另一端为平面，滑杆3的外径与内筒1通孔的内径间隙配合，滑杆3插入内筒1的光孔。内筒1通过m6的螺钉与飞行器的保护罩相连。

外筒组件包括螺帽4，外筒5，活塞6；外筒5为圆柱体，材料为ta15，外筒5一端有外螺纹，外筒5内开有阶梯孔，靠近外螺纹一端的光孔孔径大于另一端，孔径小的光孔一端在外筒5壁上周向开有内螺纹通孔，外筒5的外壁布有一处凸台，外筒5的外径与内筒1法兰的外径相等，外筒5孔径小的光孔内径与内筒1外径间隙配合；如图2所示，螺帽4为圆柱体，材料为ta15，圆柱体的内部分为螺纹段和光孔段，内螺纹的小径大于光孔直径，光孔直径大于外筒5的外径且小于外筒5凸台的外径，螺帽4从外筒5的外螺纹一端装入卡在凸台处；活塞6为圆柱体，圆柱体分为粗细两段，粗段的外径与外筒5孔径大的光孔的孔径间隙配合，细段的外径与外筒5孔径小的光孔的内径间隙配合，活塞6从外筒5的外螺纹一端装入，细段的端面与滑杆3的球面一端点接触。外筒组件的螺帽4与外部飞行器的螺柱螺纹连接。

剪切销2一端为外螺纹，另一端为圆柱体，圆柱体的直径小于外螺纹的大径，外螺纹与外筒5的内螺纹配合，且圆柱体的长度不大于内筒1的壁厚。两个剪切销2通过剪切销2的外螺纹对向拧入外筒5的内螺纹，剪切销2的圆柱端插入内筒1的圆孔。剪切销2材料为1cr18ni9ti不锈钢。

药盒组件包括药盒底座7、隔热垫圈8、药盒9、点火器10；药盒底座7为l型腔体，材料为tc4r，药盒底座7内腔中段有锥形孔，药盒底座7两个端面中，锥形孔大端朝向的端面作为第一端面，另一端为第二端面，两个端面均有内螺纹；隔热垫圈8的材料为环氧树脂玻璃布棒3840，隔热垫圈8通过dg-4耐高温胶粘剂接到药盒底座7的锥形孔上，起到隔热的作用；药盒9装有主装药，药盒9塞入隔热垫圈8；点火器10通过m14×1-6h外螺纹与药盒底座7第一端面的内螺纹连接，螺纹处涂dg-4耐高温胶粘剂进行防松。药盒组件的药盒底座7的通过m20×1-6h的螺纹与外筒5连接，螺纹处涂dg-4耐高温胶粘剂进行防松。

弹射器工作原理如下：

弹射器基本工作过程如图3所示，整个过程分为3步：

1)发送信号给点火器10，使点火器10点燃主装药产生高温高压燃气，燃气推动活塞6和滑杆3运动，剪断剪切销2，解除了内筒1与外筒5之间的约束；

2)活塞6继续推动内筒组件继续向前运动，活塞6卡死在外筒5内，活塞6的前端与外筒5的前端平齐；

3)内筒组件继续推动保护罩向前运动，最终实现保护罩和飞行器分离。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。