专利名称:一种小型、快速分离的火工解锁螺栓的制作方法
技术领域：
本发明 涉及一种导弹、卫星及飞船等航天器级间连接与分离功能用的火工解锁螺栓，它由半导体桥发火元件压力药筒和解锁螺栓本体构成。
背景技术：
火工解锁螺栓与机械解锁分离机构相比具有体积小、结构简单、分离时间短、同步性高等特点。现有的航天器用火工解锁螺栓由于要考虑满足lAlW5min不发火的安全性指标要求，其分离时间性能最佳水平一般是在十几至几十毫秒量级(5A直流发火条件下)。一些特殊分离场合例如级间分离要求分离更加迅速，分离时间往往不大于10ms，同步性不大于lms。现有的装有钝感发火元件的压力药筒火工解锁螺栓已不能满足分离迅速的要求，目前压力药筒的钝感发火元件一般为桥丝式或桥带式，这类发火元件虽然可以实现lAlW5min 不发火安全性要求，但要缩短作用时间必须大大提高发火电流，如大于直流10A。这样飞行器上的电源尺寸必须增大，电源载荷成倍增加，有时飞行器上难以提供如此大的电流和载荷。本发明通过实验研究获得如下认识，火工解锁螺栓的分离时间是由压力药筒作用时间和解锁螺栓机械分离时间两个部分时间组成，其中压力药筒作用时间占据了大部分分离时间，而本发明提供的解锁螺栓机械分离时间还不到1毫秒。因此，可以通过缩短压力药筒作用时间的技术途径来减小火工解锁螺栓的分离时间。本发明提出采用作用时间短的半导体桥发火元件的压力药筒作为解锁螺栓的动力源，可以在满足lAlW5min不发火的安全性指标要求下，实现使火工解锁螺栓的分离时间不大于2ms、同步性不大于0. 2ms的技术水平。
发明内容
为了实现导弹、卫星及飞船等航天器级间的快速分离，本发明设计了一种小型、快速分离的火工解锁螺栓，其轴长介于60 65mm，径向尺寸不大于16mm，分离时间不大于 2ms、同步性不大于0. 2msο
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是
一种小型、快速分离的火工解锁螺栓，其由解锁螺栓本体、密封圈、半导体桥式压力药筒组成。
通过对解锁螺栓本体及半导体桥式压力药筒进行结构尺寸参数优化和小型化设计，使整个解锁螺栓的轴长介于60 65mm，径向尺寸不大于16mm，实现解锁螺栓的小型化。
解锁螺栓本体结构通过M14X 1-6H的螺纹连接半导体桥式压力药筒。
通过预先计算火工解锁螺栓的分离启动力、药室体积及装药裕度设计要求等因素，确定半导体桥式压力药筒中装药分为两层，第一层装填斯蒂芬酸铅点火药5mg，第二层装填2/1樟发射药30mg。
通过在半导体桥式压力药筒中的脚线与陶瓷塞之间的间隙里填满固化胶层，增加半导体桥式压力药筒与解锁螺栓本体的装配强度，密封半导体桥式压力药筒中火药产生的燃气，防止气体泄露。[0010]采用半导体桥式压力药筒作为火工解锁螺栓的动力源，当给半导体桥发火元件通入3A 5A电流时，压力药筒中的装药可以被半导体桥发火元件引燃，进而产生高温高压燃气推动解锁螺栓实现分离功能。
采用半导体桥作为压力药筒的发火元件，目的是为了保证压力药筒具有lAlW5min 不发火的安全电流，减小压力药筒发火时间，缩短火工解锁螺栓的分离时间，提高火工解锁螺栓的分离同步性。
本发明的有益效果经过性能测试，火工解锁螺栓的分离时间为1. 0 1. 1ms，分离同步性为0. 10 0. 15ms，连接承载力为21 25kN，具有结构尺寸小、分离时间短、同步性高及发火能量低四大特点，能保证航天器级间实现安全、快速、同步的分离功能，可供高速导弹、飞船及卫星等航天器级间分离系统直接应用，同时为类似动力源火工机构的设计提供了有益参考。
下面结合附图和实例对本发明作进一步说明。
图1是由解锁螺栓本体与半导体桥式压力药筒通过螺纹连接后的火工解锁螺栓。 其中1.解锁螺栓本体，2.密封圈，3.半导体桥式压力药筒。
图2是解锁螺栓本体。其中4.内筒，5.定位销，6.楔块，7.活塞，8.密封圈，9.双 0型环密封挡板，10.外筒。
图3是火工解锁螺栓的半导体桥式压力药筒。其中11.脚线，12.外壳，13.钎焊封接层，14.环氧树脂胶，15.焊点，16.金线，17.金属膜收口，18.金属膜，19.半导体桥芯片，20. 2/1樟发射药，21.斯蒂芬酸铅点火药，22.陶瓷环，23.陶瓷塞，24.固化胶。
图4是火工解锁螺栓分离前后的状态，其中a.分离前状态，b.分离后状态。
具体实施方式
一种小型、快速分离的火工解锁螺栓，其由解锁螺栓本体、密封圈、半导体桥式压力药筒组成。通过对解锁螺栓本体及半导体桥式压力药筒进行结构尺寸参数优化和小型化设计，使整个解锁螺栓的轴长介于60 65mm，径向尺寸不大于16mm，实现解锁螺栓的小型化。解锁螺栓本体结构通过M14X1-6H的螺纹连接半导体桥式压力药筒。通过预先计算火工解锁螺栓的分离启动力、药室体积及装药裕度设计要求等因素，确定半导体桥式压力药筒中装药分为两层，第一层装填斯蒂芬酸铅点火药5mg，第二层装填2/1樟发射药30mg。通过在半导体桥式压力药筒中的脚线与陶瓷塞之间的间隙里填满固化胶层，增加半导体桥式压力药筒与解锁螺栓本体的装配强度，密封半导体桥式压力药筒中火药产生的燃气，防止气体泄露。采用半导体桥式压力药筒作为火工解锁螺栓的动力源，当给半导体桥发火元件通入3A 5A电流时，压力药筒中的装药可以被半导体桥发火元件引燃，进而产生高温高压燃气推动解锁螺栓实现分离功能。采用半导体桥作为压力药筒的发火元件，目的是为了保证压力药筒具有lAlW5min不发火的安全电流，减小压力药筒发火时间，缩短火工解锁螺栓的分离时间，提高火工解锁螺栓的分离同步性。经过性能测试，火工解锁螺栓的分离时间为 1. 0 1. lms，分离同步性为0. 10 0. 15ms，连接承载力为21 25kN，具有结构尺寸小、分离时间短、同步性高及发火能量低四大特点，能保证航天器级间实现安全、快速、同步的分离功能，可供高速导弹、飞船及卫星等航天器级间分离系统直接应用，同时为类似动力源火工机构的设计提供了有益参考。
图1是一个小型、快速分离的火工解锁螺栓结构。其中解锁螺栓本体1与半导体桥式压力药筒3通过螺纹连接，为了使密封性更好，在半导体桥式压力药筒3上安装密封圈 2。
在图2中，内筒4、外筒10和活塞7由定位销5进行定位安装；三个楔块6锁定内筒4与外筒10 ；带有两个密封圈8的双0型环密封挡板9与活塞7细杆端接触配合。此外， 内筒4的螺纹端与导弹等航天器的一级螺纹连接，并通过外筒10的前端与另外一级进行对位配合安装，形成连接。
在图3中，当电流通过带有焊点15的脚线11并传到的金线16时，半导体桥芯片中的重掺杂硅桥在高输入能量下迅速汽化后产生等离子体，一段时间后开始引燃斯蒂芬酸铅点火药21，进而引燃2/1樟发射药20，并迅速释放燃气形成高温高压燃气推动解锁螺栓本体中部件运动。陶瓷塞23与陶瓷环22不仅实现脚线11及半导体桥芯片19的固定安装作用，还起到散热作用；钎焊封接层13是为了粘结稳固陶瓷塞23与陶瓷环22，起到增加他们的强度；环氧树脂胶14是为了把半导体桥芯片19粘结在陶瓷塞23上；此外，采用金属膜 19封装药室，并采用金属膜收口 17装置。最后，为了使半导体桥式压力药筒能与解锁螺栓本体紧密配合，按照本体接口尺寸设计外壳12裹装半导体桥式压力药筒各组件，并使用固化胶M稳固外壳12、陶瓷塞23及脚线11，既起到固定作用，又起到密封效果。
图4是火工解锁螺栓分离前后的状态。其中a是分离前状态，随着半导体桥式压力药筒发火后产生高温高压燃气压力，推动解锁螺栓本体锁定机构解锁，最终使螺栓分离， 达到分离后状态b。
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权利要求
1.一种火工解锁螺栓，其特征是由解锁螺栓本体(1)、密封圈O)、半导体桥式压力药筒⑶组成。
2.根据权利要求
1所述的火工解锁螺栓，其特征是解锁螺栓本体结构通过M14X1-6H 的螺纹连接半导体桥式压力药筒(3)。
3.根据权利要求
1或2所述的火工解锁螺栓，其特征是半导体桥式压力药筒(3)内第一层装药为5mg的斯蒂芬酸铅点火药，第二层装药为30mg的2/1樟发射药。
4.根据权利要求
3所述的火工解锁螺栓，其特征是通过在半导体桥式压力药筒(3) 中的脚线与陶瓷塞之间的间隙里填满固化胶层，增加半导体桥式压力药筒(3)与解锁螺栓本体(1)的装配强度，密封半导体桥式压力药筒(3)中火药产生的燃气。
5.根据权利要求
4所述的火工解锁螺栓，其特征是采用半导体桥式压力药筒作为火工解锁螺栓的动力源实现分离功能。
6.根据权利要求
5所述的火工解锁螺栓，其特征是采用半导体桥作为压力药筒的发火元件去缩短火工解锁螺栓的分离时间，提高分离同步性。
专利摘要
一种小型、快速分离的火工解锁螺栓，它包括解锁螺栓本体(1)、密封圈(2)、半导体桥式压力药筒(3)。它是一种采用半导体桥发火元件作为发火元件的火工连接与分离机构，整体轴向长度介于60～65mm，径向尺寸不大于16mm；它的分离时间为1.0～1.1ms，分离同步性为0.10～0.15ms，连接承载力为21～25kN。具有结构尺寸小、分离时间短、同步性高及发火能量低等特点。能保证航天器级间实现安全、快速、同步的分离功能，可供高速导弹、飞船及卫星等航天器级间分离系统直接应用，同时为类似动力源火工机构的设计提供了有益参考。
文档编号F42B15/36GKCN102155883SQ201010607006
公开日2011年8月17日 申请日期2010年12月27日
发明者严楠, 何春全, 何爱军, 叶耀坤, 曾雅琴, 杨立欣, 毕文辉 申请人:北京理工大学导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan