本發(fā)明涉及一種強(qiáng)密封爆炸螺栓裝置。
背景技術(shù)：
爆炸螺栓裝置是一項(xiàng)重要的航天器技術(shù)，主要作為動(dòng)力源，實(shí)現(xiàn)航天器本體和部件之間、艙段之間、航天器與運(yùn)載火箭之間的分離功能，也可以按特定需求實(shí)現(xiàn)載荷或設(shè)備的在軌解鎖與釋放功能。
一般而言，爆炸螺栓裝置的基本組成相似，通常由發(fā)火組件、主裝藥和活塞運(yùn)動(dòng)部件構(gòu)成，其中，活塞運(yùn)動(dòng)部件通常采用o型橡膠圈設(shè)計(jì)，為火炸藥爆炸過程建立高壓環(huán)境提供密封作用，一旦橡膠圈沒有起到密封作用，發(fā)生了爆炸燃?xì)庑孤┈F(xiàn)象，則會(huì)嚴(yán)重影響裝置的功能，甚至導(dǎo)致作動(dòng)功能完全喪失，這對(duì)航天器系統(tǒng)而言，關(guān)系到任務(wù)成敗，是完全不可接受的。
美國c.j.moening先生曾對(duì)1963年至1984年大約600次世界航天器發(fā)射活動(dòng)進(jìn)行了調(diào)查研究，根據(jù)研究結(jié)果，有多個(gè)航天器故障與爆炸螺栓裝置的密封失效有關(guān)，最終對(duì)航天器飛行任務(wù)帶來嚴(yán)重影響。此外，1986年1月28日，美國“挑戰(zhàn)者”號(hào)航天飛機(jī)升空后發(fā)生了爆炸，7名宇航員在這次事故中喪生。根據(jù)調(diào)查這一事故的總統(tǒng)委員會(huì)的報(bào)告，其爆炸原因是一個(gè)o型密封環(huán)失效所致。這個(gè)封環(huán)位于右側(cè)固體火箭推進(jìn)器的兩個(gè)低層部件之間，失效的密封封環(huán)使熾熱的氣體點(diǎn)燃了外部燃料罐中的燃料。
目前，我國航天器上應(yīng)用的連接解鎖裝置多為爆炸螺栓裝置，其主要優(yōu)點(diǎn)是可靠性高、結(jié)構(gòu)簡單緊湊、比能量大、作動(dòng)速度快；不足的地方是密封設(shè)計(jì)要求高，且只能一次性使用，試驗(yàn)費(fèi)用昂貴。隨著我國航天技術(shù)的快速發(fā)展，航天器的可靠性問題越來越受到重視，尤其對(duì)于爆炸螺栓、切割器、分離螺母、火工鎖、火工作動(dòng)筒、火工作動(dòng)閥等爆炸螺栓裝置，其可靠性要求極高，一般要求不低于0.9995(r＝09.5)。這對(duì)爆炸螺栓裝置的每個(gè)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)提出相應(yīng)的高要求，其中，活塞的密封設(shè)計(jì)更是至關(guān)重要，一直是國內(nèi)外相關(guān)行業(yè)研究人員面臨的一項(xiàng)共性技術(shù)難點(diǎn)。
對(duì)于現(xiàn)有爆炸螺栓裝置的密封設(shè)計(jì)方法，基本都是采用行業(yè)慣用的雙o型橡膠圈，并按照企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《o形橡膠圈的選用和密封腔設(shè)計(jì)規(guī)范qj1035.2-86》中的徑向活塞密封方法，對(duì)爆炸螺栓裝置的活塞進(jìn)行設(shè)計(jì)，然后依靠設(shè)計(jì)師經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行裝置的密封試驗(yàn)驗(yàn)證。這種方法采用的模式為：即“密封件設(shè)計(jì)—發(fā)火試驗(yàn)驗(yàn)證—密封改進(jìn)設(shè)計(jì)—再發(fā)火試驗(yàn)驗(yàn)證”，不僅需要消耗大量的試驗(yàn)樣品，花費(fèi)較多的科研經(jīng)費(fèi)和較長的設(shè)計(jì)周期；還會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)人員對(duì)自己設(shè)計(jì)的產(chǎn)品的密封特性沒有究根揭底的認(rèn)識(shí)；且當(dāng)產(chǎn)品在實(shí)際應(yīng)用過程中出現(xiàn)密封失效問題后，設(shè)計(jì)人員都無法判斷問題源自何處。
目前，隨著火炸藥爆炸特性研究的深入，人們逐漸認(rèn)識(shí)到爆炸螺栓裝置的密封設(shè)計(jì)是一個(gè)靜密封與動(dòng)密封的交叉融合問題。在火炸藥爆炸前，o型橡膠圈起到的靜密封作用，航天器發(fā)射過程主要保證活塞部件可承受力學(xué)環(huán)境條件；在火炸藥爆炸時(shí)，也需要起到靜密封作用，保證密封腔內(nèi)快速建立爆炸燃?xì)鈮毫?，提供?qiáng)大的動(dòng)力源；在火炸藥爆炸后，起到可靠動(dòng)密封作用，保證活塞運(yùn)動(dòng)過程沒有爆炸燃?xì)庑孤?，提供穩(wěn)定的動(dòng)力源。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的技術(shù)解決問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種強(qiáng)密封爆炸螺栓裝置，解決了現(xiàn)有爆炸螺栓密封可靠性不高、容易密封失效等問題。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種強(qiáng)密封爆炸螺栓裝置，包括螺栓殼體、活塞、緩沖環(huán)、密封圈、火炸藥和點(diǎn)火器；活塞和緩沖環(huán)安裝在螺栓殼體的容腔內(nèi)，螺栓殼體上設(shè)有v型槽作為強(qiáng)度薄弱環(huán)節(jié)；活塞上設(shè)有兩個(gè)密封槽，在每個(gè)密封槽內(nèi)安裝有密封圈；點(diǎn)火器內(nèi)安裝火炸藥，然后與螺栓殼體通過螺紋配合連接；點(diǎn)火器通電起爆后，引燃火炸藥產(chǎn)生高溫高壓燃?xì)?，推?dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，活塞快速擠壓緩沖環(huán)并撞擊螺栓殼體的v型槽處端面，致使螺栓殼體從v型槽處斷裂。
所述密封圈采用o型橡膠圈。
將所述o型橡膠圈放入密封槽內(nèi)進(jìn)行壓縮時(shí)的壓縮率為％～％。
還包括非金屬墊片，非金屬墊片通過固化膠粘貼在活塞底端面上。
所述緩沖環(huán)、非金屬墊片、o型橡膠圈以及卸爆槽均做密封處理。
所述活塞上還設(shè)有卸爆槽；用于防止火炸藥產(chǎn)生的爆燃?xì)怏w沖過第一道o型橡膠圈后，對(duì)第二道o型橡膠圈形成沖擊。
所述卸爆槽位于兩個(gè)密封槽的中間位置；
所述卸爆槽寬度為0.5mm～1mm，深度為1mm～2mm。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：
與傳統(tǒng)的爆炸螺栓裝置密封方法相比，本發(fā)明提出的新方法有以下優(yōu)勢(shì)：
(1)在橡膠圈與殼體動(dòng)摩擦過程，通過預(yù)置非金屬墊片，當(dāng)火炸藥爆炸后形成碎屑爆炸產(chǎn)物，填充橡膠圈與殼體間隙，可以有效增強(qiáng)第一道o型橡膠圈的抗爆炸密封能力；
(2)在活塞的兩個(gè)密封槽之間，通過預(yù)置“卸爆槽”，當(dāng)?shù)谝坏纎型橡膠圈在火炸藥爆炸過程中發(fā)生了密封失效時(shí)，可以起到卸壓作用，避免高溫高壓燃?xì)庠斐傻诙纎型橡膠圈失效，能保證密封冗余設(shè)計(jì)可靠有效；
(3)通過聯(lián)合采用非金屬墊片及“卸爆槽”設(shè)計(jì)，可以同步增加兩道o型橡膠圈的密封性能，降低爆炸螺栓裝置的泄漏風(fēng)險(xiǎn)，提高裝置的功能可靠性；
(4)本發(fā)明提出的新方法可以適用于爆炸螺栓、切割器、分離螺母、火工鎖、火工作動(dòng)筒、火工作動(dòng)閥、火工拔銷器等爆炸螺栓裝置的密封設(shè)計(jì)，具有良好的通用性和普適性。
附圖說明
圖1為一種強(qiáng)密封爆炸螺栓裝置的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，一種強(qiáng)密封爆炸螺栓裝置，包含螺栓殼體1、活塞2、緩沖環(huán)3、o型橡膠圈4、非金屬墊片5、火炸藥6和點(diǎn)火器7?；钊?和緩沖環(huán)3安裝在螺栓殼體1的容腔內(nèi)，螺栓殼體1上設(shè)計(jì)v型槽9作為強(qiáng)度薄弱環(huán)節(jié)，活塞2上設(shè)計(jì)有兩個(gè)密封槽和一個(gè)卸爆槽8，o型橡膠圈4分別安裝在活塞2的兩個(gè)密封槽內(nèi)，非金屬墊片5通過固化膠粘貼在活塞2底端面，點(diǎn)火器7內(nèi)安裝火炸藥8，然后與螺栓殼體1通過螺紋配合連接。點(diǎn)火器7通電起爆后，引燃火炸藥6產(chǎn)生高溫高壓燃?xì)猓苿?dòng)活塞2運(yùn)動(dòng)，活塞快速擠壓緩沖環(huán)3并撞擊螺栓殼體1的v型槽9處端面，致使螺栓殼體1從v型槽9處斷裂，緩沖環(huán)3、非金屬墊片5、活塞2上的o型橡膠圈4以及卸爆槽8均為密封措施，可以防止螺栓殼體1斷裂后火炸藥6產(chǎn)生的爆燃?xì)怏w從v型槽9處泄漏，起到非常好的密封效果。
按照《o形橡膠圈的選用和密封腔設(shè)計(jì)規(guī)范qj1035.2-86》，在活塞2上設(shè)計(jì)兩個(gè)密封槽，并在兩個(gè)密封槽的中間位置增加一個(gè)寬度0.5mm～1mm、深度1mm～2mm的卸爆槽8，防止爆燃?xì)怏w沖過第一道o型橡膠圈4后，對(duì)第二道o型橡膠圈4形成強(qiáng)大的沖擊力，進(jìn)一步保證兩個(gè)o型橡膠圈4的冗余設(shè)計(jì)可靠有效。
本發(fā)明一種強(qiáng)密封爆炸螺栓裝置是基于傳統(tǒng)的o型橡膠圈密封形式，采用o型橡膠圈4設(shè)計(jì)，并將o型橡膠圈4的壓縮率控制在15％～25％之間，o型橡膠圈4材料根據(jù)爆炸螺栓裝置的工作溫度范圍進(jìn)行選用，例如，某航天爆炸螺栓裝置的工作溫度范圍為-40℃～+100℃，對(duì)應(yīng)選擇的o型橡膠圈4材料的極限低溫適應(yīng)范圍應(yīng)該在-40℃以下，極限高溫適應(yīng)范圍應(yīng)該在+100℃以上。
本發(fā)明一種強(qiáng)密封爆炸螺栓裝置是在活塞2與火炸藥6之間增加一個(gè)非金屬墊片5，其直徑尺寸與活塞2大端外徑相同，通過gd-414膠粘劑與靠近火炸藥6方向的活塞2端面進(jìn)行貼合粘結(jié)，當(dāng)火炸藥6爆炸以后，形成高溫、高壓爆燃?xì)怏w，將非金屬墊片5炸碎，形成細(xì)碎的殘?jiān)?，在活?運(yùn)動(dòng)過程中非金屬墊片5殘?jiān)诟邷?、高壓氣體的沖擊作用下，會(huì)不斷填充o型橡膠圈4與螺栓殼體1之間的間隙，增強(qiáng)第一道o型橡膠圈的密封能力。
本發(fā)明的創(chuàng)新點(diǎn)是：
(1)在爆炸螺栓裝置的活塞與火炸藥之間預(yù)置一個(gè)非金屬墊片，增強(qiáng)第一道o型橡膠圈的密封能力。
(2)在爆炸螺栓裝置的活塞上設(shè)計(jì)兩個(gè)密封槽，并在兩個(gè)密封槽的中間位置預(yù)置一個(gè)“卸爆槽”，防止爆燃?xì)怏w沖過第一道o型橡膠圈后，對(duì)第二道o型橡膠圈形成強(qiáng)大的沖擊力，進(jìn)一步保證兩個(gè)o型橡膠圈的冗余設(shè)計(jì)可靠有效。
本發(fā)明說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)。