一种低冲击大比冲开伞火工装置的制作方法

1.本发明涉及航天技术领域，特别是一种低冲击大比冲开伞火工装置。


背景技术：

2.随着航天技术的不断发展，各种运载器、航天器的应用范围越来越广，应用频率也越来越高，为节约成本各航天设备的回收越来越受到人们的重视。其中，降落伞开伞是回收过程中的关键环节，因此开伞过程一直以来就是回收领域的研究热点之一。
3.传统回收系统一般使用弹射器或弹伞筒等弹射类火工装置作为第一级降落伞的开伞执行机，但是这类装置开伞时会对安装基座产生很大的弹射后坐力，给承载结构设计带来多方面的问题。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种低冲击大比冲开伞火工装置，该火工装置自身产生推力，快速、有效的实现开伞功能；开伞火工装置更加安全、可靠。
5.为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
6.一种低冲击大比冲开伞火工装置，包括点火器、燃烧室组件、点火组件和主装药组件；
7.所述燃烧室组件包括前封头、喷管、堵盖、燃烧室壳体；所述前封头内具有腔体，其侧面均布多个喷管安装孔；所述喷管与喷管安装孔固定、密封连接，且喷管与前封头的腔体连通；所述堵盖位于喷管内，将喷管封堵；所述燃烧室壳体为筒状，前端与前封头的腔体连通，后端连接所述点火组件；
8.所述主装药组件位于燃烧室壳体内，所述主装药组件包括多根主装药柱；
9.所述点火组件、前封头和燃烧室壳体围成封闭空间；所述点火器点燃点火组件内的点火药，点火药燃烧点燃主装药柱，产生的高温高压燃气通过喷管膨胀加速喷出。
10.在上述的一种低冲击大比冲开伞火工装置，所述主装药组件还包括前药柱支架和后药柱支架，主装药柱两端分别由前药柱支架和后药柱支架固定；前药柱支架和后药柱支架均设置有多个通孔，用于燃气的流通。
11.在上述的一种低冲击大比冲开伞火工装置，所述主装药柱为空心结构，主装药柱的空心部位至少与一个通孔位置对应。
12.在上述的一种低冲击大比冲开伞火工装置，所述后药柱支架与主装药柱接触的侧面开2个环形槽，分别用于安装第一压缩垫圈、第二压缩垫圈，第二压缩垫圈位于第一压缩垫圈的内侧，主装药柱位于第一压缩垫圈和第二压缩垫圈之间。
13.在上述的一种低冲击大比冲开伞火工装置，所述点火组件包括点火药盒和内药盒；
14.所述点火药盒与燃烧室壳体的后端固定、密封连接；所述点火器安装在点火药盒
上；
15.所述内药盒位于燃烧室壳体内，且位于点火器和主装药柱之间，点火药封闭在内药盒内。
16.在上述的一种低冲击大比冲开伞火工装置，所述点火药盒位于燃烧室壳体内，外端外伸出燃烧室壳体；点火药盒的外端设有端面法兰；端面法兰的外径大于燃烧室壳体的内径且小于燃烧室壳体后端的外径；端面法兰与燃烧室壳体的后端面贴合；通过后封堵与燃烧室壳体配合，实现点火药盒的轴向定位。
17.在上述的一种低冲击大比冲开伞火工装置，所述后封堵为管状结构，且具有内螺纹；燃烧室壳体的后端外侧面设有外螺纹，两者旋合；后封堵的后端具有向其内侧延伸的限位部，限位部与燃烧室壳体的后端面配合，夹持端面法兰，从而实现对点火药盒的轴向定位。
18.在上述的一种低冲击大比冲开伞火工装置，还包括药盒限位件，所述药盒限位件与点火药盒共同对内药盒定位；
19.所述药盒限位件为管状；点火药盒的前端设有药盒腔，药盒限位件位于药盒腔内且与点火药盒可拆装地连接；药盒限位件的前端具有向其内部延伸的内限位部，内限位部将内药盒抵住，使得点火药靠近点火器，点火器能够点燃点火药。
20.在上述的一种低冲击大比冲开伞火工装置，所述内药盒包括第一药盒和第二药盒，第一药盒和第二药盒对接、粘结为一体，内部形成封闭的空腔，点火药位于该空腔内。
21.在上述的一种低冲击大比冲开伞火工装置，所述点火器的数量不少于2个。
22.本发明与现有技术相比的有益效果是：
23.1、本发明的开伞火工装置自身提供持续推力，并为降落伞伞带提供连接接口；相比传统弹射器、弹伞筒类开伞方式具有冲击低，改善安装基座受力条件的优点。
24.2、本发明的装药采用多根空心的主装药柱，增大了主装药柱的燃面面积，可提供更大的推力，开伞过程更迅速，以缩短降落伞开伞过程中的高度损失。
25.3、本发明前药柱支架和后药柱支架分别设有药柱限位凹槽，使得主装药柱安装更加可靠，后药柱支架上设有环形凹槽以安装第一压缩垫圈和第二压缩垫圈，多个弹性的压缩垫圈与药柱端面配合，起到缓冲作用使得装置抗力学环境能力更强。
26.4、本发明燃烧室组件采用整体焊接结构，且燃烧室组件与点火组件、点火器与点火药盒间均采取密封措施，确保装置密封性，同时内部装药与外界环境隔离，更有利于产品长期存储。
27.5、本火工装置较现有弹伞开伞技术具有低冲击的优点，同时通过装药设计使得本火工装置具有大比冲，开伞速度高，通过整体式结构设计使得装置更加安全、可靠。
附图说明
28.图1为本发明主剖视图
29.图2为本发明右视图
30.图3为本发明左向剖视图
31.图4为本发明轴测图
32.图5为燃烧室组件半剖视图
33.图6为主装药组件主剖视图
34.图7为前药柱支架轴测图
35.图8为后药柱支架轴测图
36.图9为点火组件主剖视图
37.图10为点火组件轴测图
38.其中：1-前封头；2-喷管；3-堵盖；4-前药柱支架；5-燃烧室壳体；6-主装药柱；7-后药柱支架；8-后封堵；9-药盒限位件；10-点火药盒；11-铝垫圈；12-点火器；13-第一药盒；14-第二药盒；15-点火药；16-密封圈；17-第一压缩垫圈；18-第二压缩垫圈。
具体实施方式
39.下面结合实施例对本发明作进一步阐述。
40.本发明公开了一种低冲击大比冲开伞火工装置，包括点火器12、燃烧室组件、点火组件和主装药组件。点火组件与燃烧室组件共同将主装药组件封闭在有限的空间内，点火器12接到电信号后工作，点燃点火组件内的点火药，点火药燃烧产生火焰冲刷点燃主装药组件的主装药柱6，主装药柱6在燃烧室组件内稳定燃烧，产生高温高压燃气，燃气通过喷管2膨胀加速喷出，将燃烧产物的热能转化为燃气的动能并高速排出，产生推力功，进而拉动伞带实现开伞功能。
41.一种低冲击大比冲开伞火工装置，如图1～10所示，包括点火器12、燃烧室组件、点火组件以及主装药组件。
42.燃烧室组件包括前封头1、喷管2、堵盖3、燃烧室壳体5。
43.前封头1内具有腔体，腔体在前封头1的一端开口，用于与燃烧室壳体5连接。前封头1的侧面均布多个喷管安装孔，例如4个；喷管2安装在喷管安装孔内，两者可以是焊接、螺纹连接等任意一种实现固定、密封连接的方式连接为一体；喷管2与前封头1的腔体连通。
44.燃烧室壳体5为筒状，其横截面可根据需要设置为矩形、圆形等；优选燃烧室壳体5为圆形截面，方便加工，加工精度有保证。燃烧室壳体5的一端与前封头1的开口密封连接；两者通过焊接、螺纹连接等任意一种实现固定、密封连接的方式连接为一体。为了便于后续连接关系的描述，设定燃烧室壳体5与前封头1连接的一端为其前端，另一端则为后端。
45.优选的，前封头1、喷管2、燃烧室壳体5为同种金属材料，例如30crmnsia材料。前封头1、喷管2、燃烧室壳体5焊接成型；其中，前封头1和喷管2采用氩弧焊方法焊接，焊缝宽度2.5mm，前封头1和燃烧室壳体5采用电子束方法焊接，熔深1.5mm。焊接完成后进行焊缝质量检测，不准有不透熔蚀等缺陷，检测合格后进行水压试验，要求水压30mpa，保压30s，无泄漏现象。
46.堵盖3位于喷管2内，将喷管2封堵。喷管2和堵盖3粘结为一体，例如，堵盖3的材料为5a02、5a03、5a06等铝合金，喷管2、堵盖3使用xy-401胶粘接，粘接前对粘接部位进行打毛处理；粘接时，四个喷管2顺时针方向逐一进行，保证每个喷管2在粘接固化时方向竖直；室温下，使用内形与堵盖3内形相同的配重进行加压，配重重量保证粘接面压力约0.05mpa，固化2h后再顺时针方向粘接下一个喷管2和堵盖3；4个喷管2都粘接完成后至少固化24小时，固化24小时后在堵盖3处延喷管2轴向1～3mm范围内补涂一圈xy-401胶。
47.前封头1、喷管2、燃烧室壳体5焊接后表面进行化学镀镍，镀层厚度5～7μm，喷管2
与堵盖3粘接部位不进行镀镍。
48.主装药组件位于燃烧室壳体5内，包括主装药柱6、前药柱支架4、后药柱支架7、第一压缩垫圈17、第二压缩垫圈18。
49.主装药组件中包括多根主装药柱6，例如3根；主装药柱6均为管状的空心结构，主装药柱6的轴向与燃烧室壳体5的长度方向一致，保证药柱为等燃面燃烧，同时增大燃面面积，为装置提供更大的推力。
50.主装药柱6两端分别由前药柱支架4和后药柱支架7固定；具体的，燃烧室壳体5与前封头1连接一端的内壁上设有环形限位台，环形限位台的内径小于前药柱支架4的外径，前药柱支架4抵在环形限位台上；点火组件封堵在后药柱支架7背离主装药柱6的一侧。如图7、图8所示，前药柱支架4和后药柱支架7与主装药柱6接触的端面上设置与主装药柱6配合的圆形限位结构，同时使用棉线捆绑主装药柱6，进一步保证主装药柱6相对位置固定。
51.前药柱支架4和后药柱支架7为多孔结构，例如，各开了10个通孔，用于燃气的流通。主装药柱6至少与其中一个通孔对应，以保证点火药15能够引燃主装药柱6，并且主装药柱6燃烧产生高温高压燃气能够顺利进入前封头1的腔体内。
52.后药柱支架7与主装药柱6接触的侧面开2个环形槽，分别用于安装第一压缩垫圈17、第二压缩垫圈18，第二压缩垫圈18位于第一压缩垫圈17的内侧，主装药柱6位于第二压缩垫圈18和第一压缩垫圈17之间。第一压缩垫圈17、第二压缩垫圈18材料为海绵橡胶板，起到对主装药柱6的保护作用，以提高装置的抗力学环境能力。
53.点火组件包括点火药盒10、药盒限位件9、内药盒、点火药15、密封圈16。
54.点火药盒10封堵在燃烧室壳体5后端，即燃烧室壳体5远离前封头1的一端。作为其中一种连接方式，点火药盒10位于燃烧室壳体5内，外端外伸出燃烧室壳体5；点火药盒10的外端设有端面法兰。端面法兰的外径大于燃烧室壳体5的内径且小于燃烧室壳体5后端的外径；端面法兰与燃烧室壳体5的后端面贴合。通过后封堵8与燃烧室壳体5配合，实现点火药盒10的轴向定位。具体的，后封堵8为管状结构，且具有内螺纹；燃烧室壳体5的后端外侧面设有外螺纹，两者旋合。同时，后封堵8的后端具有向其内侧延伸的限位部，限位部与燃烧室壳体5的后端面配合，夹持端面法兰，从而实现对点火药盒10的轴向定位。后封堵8与燃烧室壳体5装配时，螺纹处涂ms胶并施加30n.m以上的拧紧力矩，例如35～40n.m。
55.点火药盒10位于燃烧室壳体5内的部分，其外径与燃烧室壳体5的配合公差为h8/f7；点火药盒10的外壁和燃烧室壳体5的内壁之间装有2道o形密封圈16，点火药盒10的外壁或燃烧室壳体5的内壁上设置密封圈槽，o形密封圈16安装在密封圈槽内，在点火药盒10的外壁和燃烧室壳体5内壁之间形成两道密封。密封圈16材料为试5171橡胶，密封圈16装配时均匀涂抹2号航空润滑脂。点火药盒10的外端面上设置突出部，突出部设有安装孔，用于连接伞带。
56.点火器12用于点燃点火药15。具体的，点火器12安装在点火药盒10的螺纹孔内，螺纹孔贯穿点火药盒10的外端部。点火器12与点火药盒10之间设置铝垫圈11，用于形成密封连接。点火器12螺纹处涂ms螺纹胶并施加20～40n.m的拧紧力矩，例如30n.m；点火器12的数量不少于2个，优选，点火器12的数量为2个。
57.如图9所示，内药盒包括第一药盒13和第二药盒14，第一药盒13和第二药盒14对接、围成封闭的空腔，将点火药15封闭在该空腔内。第一药盒13和第二药盒14可采用薄壁非
金属材料，并使用胶液粘接，但所用材料及胶液应不与点火药发生化学反应，例如第一药盒13和第二药盒14可采用赛璐珞材料，两者使用赛璐珞粘接剂进行粘接。第一药盒13和第二药盒14也可采用铝箔等受到点火器12的冲击易破损的材料，从而实现点火器12点燃点火药15。点火药15采用散装点火药，例如采用2号小粒黑火药。
58.第一药盒13、第二药盒14以及点火药15三者所形成的整体位于点火器12与主装药柱6之间，为了保证点火器12能够可靠的将点火药15点燃，需要尽量使得两者距离最小，即贴近。保证两者贴近的其中一个办法是精准的控制第一药盒13、第二药盒14以及点火药15三者所形成的整体的尺寸；另一个方法则是设置药盒限位件9，利用药盒限位件9使得点火药15贴近点火器12，即药盒限位件9与点火药盒10共同对第一药盒13和第二药盒14定位。具体的，药盒限位件9为管状，具有外螺纹，点火药盒10的前端设有药盒腔，药盒腔的内壁上加工有内螺纹，药盒限位件9位于药盒腔内，通过螺纹连接点火药盒10。第一药盒13和第二药盒14也位于药盒腔内，且位于药盒限位件9与点火药盒10所围成的空间内。药盒限位件9朝向后药柱支架7的一端具有向其内部延伸的内限位部，内限位部将第一药盒13和第二药盒14定位于药盒腔内，使得第一药盒13、第二药盒14以及点火药15贴近点火器12，为点燃点火药15提供条件。
59.另外，燃烧室壳体5外侧设置环筋结构、后封堵8外圆柱面加工平面，用于装配过程中定位、固定。
60.本发明的工作原理是：
61.当开伞火工装置接收到工作信号时，点火器12发火输出能量，冲破第一药盒13并点燃点火药15，点火药15燃烧产生火焰冲刷点燃主装药柱6，主装药柱6在燃烧室组件内稳定燃烧，将化学能转化为高温燃气的热能，燃气通过喷管2膨胀加速喷出，进一步将燃烧产品的热能转换为燃气的动能，进而根据动量定理为开伞火工装置提供持续的反向推力，最终通过连接接口将作用力传递到降落伞伞带上，实现开伞功能。
62.本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

技术特征：
1.一种低冲击大比冲开伞火工装置，其特征在于：包括点火器(12)、燃烧室组件、点火组件和主装药组件；所述燃烧室组件包括前封头(1)、喷管(2)、堵盖(3)、燃烧室壳体(5)；所述前封头(1)内具有腔体，其侧面均布多个喷管安装孔；所述喷管(2)与喷管安装孔固定、密封连接，且喷管(2)与前封头(1)的腔体连通；所述堵盖(3)位于喷管(2)内，将喷管(2)封堵；所述燃烧室壳体(5)为筒状，前端与前封头(1)的腔体连通，后端连接所述点火组件；所述主装药组件位于燃烧室壳体(5)内，所述主装药组件包括多根主装药柱(6)；所述点火组件、前封头(1)和燃烧室壳体(5)围成封闭空间；所述点火器(12)点燃点火组件内的点火药，点火药燃烧点燃主装药柱(6)，产生的高温高压燃气通过喷管(2)膨胀加速喷出。2.根据权利要求1所述的一种低冲击大比冲开伞火工装置，其特征在于：所述主装药组件还包括前药柱支架(4)和后药柱支架(7)，主装药柱(6)两端分别由前药柱支架(4)和后药柱支架(7)固定；前药柱支架(4)和后药柱支架(7)均设置有多个通孔，用于燃气的流通。3.根据权利要求2所述的一种低冲击大比冲开伞火工装置，其特征在于：所述主装药柱(6)为空心结构，主装药柱(6)的空心部位至少与一个通孔位置对应。4.根据权利要求1所述的一种低冲击大比冲开伞火工装置，其特征在于：所述后药柱支架(7)与主装药柱(6)接触的侧面开2个环形槽，分别用于安装第一压缩垫圈(17)、第二压缩垫圈(18)，第二压缩垫圈(18)位于第一压缩垫圈(17)的内侧，主装药柱(6)位于第一压缩垫圈(17)和第二压缩垫圈(18)之间。5.根据权利要求1所述的一种低冲击大比冲开伞火工装置，其特征在于：所述点火组件包括点火药盒(10)和内药盒；所述点火药盒(10)与燃烧室壳体(5)的后端固定、密封连接；所述点火器(12)安装在点火药盒(10)上；所述内药盒位于燃烧室壳体(5)内，且位于点火器(12)和主装药柱(6)之间，点火药(15)封闭在内药盒内。6.根据权利要求5所述的一种低冲击大比冲开伞火工装置，其特征在于：所述点火药盒(10)位于燃烧室壳体(5)内，外端外伸出燃烧室壳体(5)；点火药盒(10)的外端设有端面法兰；端面法兰的外径大于燃烧室壳体(5)的内径且小于燃烧室壳体(5)后端的外径；端面法兰与燃烧室壳体(5)的后端面贴合；通过后封堵(8)与燃烧室壳体(5)配合，实现点火药盒(10)的轴向定位。7.根据权利要求6所述的一种低冲击大比冲开伞火工装置，其特征在于：所述后封堵(8)为管状结构，且具有内螺纹；燃烧室壳体(5)的后端外侧面设有外螺纹，两者旋合；后封堵(8)的后端具有向其内侧延伸的限位部，限位部与燃烧室壳体(5)的后端面配合，夹持端面法兰，从而实现对点火药盒(10)的轴向定位。8.根据权利要求5所述的一种低冲击大比冲开伞火工装置，其特征在于：还包括药盒限位件(9)，所述药盒限位件(9)与点火药盒(10)共同对内药盒定位；所述药盒限位件(9)为管状；点火药盒(10)的前端设有药盒腔，药盒限位件(9)位于药盒腔内与点火药盒(10)可拆装地连接；药盒限位件(9)的前端具有向其内部延伸的内限位部，内限位部将内药盒抵住，使得点火药(15)靠近点火器(12)，点火器(12)能够点燃点火药
(15)。9.根据权利要求5所述的一种低冲击大比冲开伞火工装置，其特征在于：所述内药盒包括第一药盒(13)和第二药盒(14)，第一药盒(13)和第二药盒(14)对接、粘结为一体，内部形成封闭的空腔，点火药(15)位于该空腔内。10.根据权利要求1所述的一种低冲击大比冲开伞火工装置，其特征在于：所述点火器(12)的数量不少于2个。

技术总结
本发明涉及航天技术领域，尤其涉及一种低冲击大比冲开伞火工装置，包括点火器、燃烧室组件、点火组件和主装药组件；燃烧室组件包括前封头、喷管、堵盖、燃烧室壳体；前封头内具有腔体，其侧面均布多个喷管安装孔；喷管与喷管安装孔固定、密封连接，且喷管与前封头的腔体连通；堵盖位于喷管内，将喷管封堵；燃烧室壳体为筒状，前端与前封头的腔体连通，后端连接点火组件；主装药组件位于燃烧室壳体内，主装药组件包括多根主装药柱；点火组件、前封头和燃烧室壳体围成封闭空间；点火器点燃点火组件内的点火药，点火药燃烧点燃主装药柱，产生的高温高压燃气通过喷管膨胀加速喷出，产生推力，能够快速、有效的实现开伞；火工装置更加安全、可靠。可靠。可靠。


技术研发人员：许猛 贾子年 陈劲 景莉 张丽梅 周传霞 张威 刘群 杨昭 韩言勋 李雨默 李高胜 滕海山 张章
受保护的技术使用者：北京空间机电研究所
技术研发日：2022.12.13
技术公布日：2023/4/20