发动机安全机构、固体发动机及运载火箭的制作方法

1.本发明涉及火箭设备技术领域，尤其涉及一种发动机安全机构、固体发动机及运载火箭。


背景技术：

2.固体发动机工作过程中，针对点火装置和自毁装置均需布置一套安全机构，防止点火装置和自毁装置在飞行环境中的误发火。目前运载火箭中，机电式安全机构内部结构较为复杂，成本高，且均需要时序控制解锁，控制系统通道数目变多，控制逻辑增加，成本增加。另外，机电式安全机构在总装前均要经过专项试验检测，需要配备专业器材和专业培训的技能人员，耗时耗力。


技术实现要素：

3.本发明提供一种发动机安全机构、固体发动机及运载火箭，用以解决现有技术中机电式安全机构结构成本高的缺陷。
4.本发明提供一种发动机安全机构，包括本体、质量锤、减震阻尼器和锁紧销，所述本体具有第一腔室和第二腔室，所述质量锤可滑动安装在第一腔室内，所述减震阻尼器安装于所述第二腔室，所述本体设有第一导通孔、第二导通孔及安装孔，所述安装孔连通所述第一腔室和所述第二腔室，所述减震阻尼器的顶部具有安全栓，所述安全栓穿过所述安装孔与所述质量锤固定连接，所述安全栓上设有连接通孔及限位槽，所述锁紧销可伸缩安装于所述本体，在自然状态下，所述质量锤悬置于所述第一腔室，所述锁紧销处于收缩状态；所述质量锤在惯性作用下带动所述安全栓沿轴向运动，使得所述锁紧销插设在所述限位槽内，所述第一导通孔、所述连接通孔和所述第二导通孔形成连通通道。
5.根据本发明提供的一种发动机安全机构，还包括弹性件，所述本体设有锁紧孔，所述锁紧孔与所述安装孔连通，所述锁紧销和所述弹性件均收容于所述锁紧孔，其中，所述弹性件的一端与所述锁紧销相连，所述弹性件的另一端固定于所述本体。
6.根据本发明提供的一种发动机安全机构，还包括锁紧件，所述锁紧件固定于所述锁紧孔，所述弹性件与所述锁紧件相连。
7.根据本发明提供的一种发动机安全机构，还包括压板及预紧螺母，所述压板设有阶梯孔，所述预紧螺母具有翻边，所述压板与所述本体固定连接，所述预紧螺母可转动收容于所述阶梯孔，所述翻边夹设在所述本体的底面与所述阶梯孔的阶梯面之间，所述减震阻尼器的底部具有延伸杆，所述延伸杆外伸于所述第二腔室并与所述预紧螺母螺纹连接。
8.根据本发明提供的一种发动机安全机构，还包括紧固螺母，所述质量锤设有贯穿孔，所述安全栓具有台阶面，所述安全栓的端部外伸于所述贯穿孔与所述紧固螺母螺纹连接，所述台阶面与所述贯穿孔远离所述紧固螺母的一侧孔口抵设。
9.根据本发明提供的一种发动机安全机构，所述贯穿孔为阶梯孔，所述阶梯孔的阶梯面与所述紧固螺母抵设。
10.根据本发明提供的一种发动机安全机构，所述第一导通孔与所述第二导通孔的孔轴位于同一直线，所述连接通孔的孔轴与所述安全栓的轴向垂直。
11.根据本发明提供的一种发动机安全机构，所述本体包括主体、上盖体和下盖体，所述主体的相对两端均设有凹槽，所述上盖体固定于所述主体的一端以密封其中一个所述凹槽形成所述第一腔室，所述下盖体固定于主体的另一端以密封另一个所述凹槽形成所述第二腔室。
12.本发明还提供一种固体发动机，其包括如上所述的发动机安全机构。
13.本发明还提供一种运载火箭，包括如上所述的固体发动机。
14.本发明提供的发动机安全机构、固体发动机及运载火箭，安全栓的一端连接质量锤，另一端连接减震阻尼器，质量锤在惯性作用下能够沿着第一腔室滑动，从而带动安全栓移动，使锁紧销从本体伸出卡装在限位槽内，从而将第一导通孔、连接通孔和第二导通孔导通，以便进行点火，整个过程仅通过机械结构实现，无需电控元件，安全可靠，成本低。
附图说明
15.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
16.图1是本发明提供的发动机安全机构的结构示意图；图2是本发明提供的发动机安全机构的剖视图；附图标记：10、本体；11、第一腔室；12、第二腔室；13、第一导通孔；14、第二导通孔；15、锁紧孔；16、主体；17、上盖体；18、下盖体；20、质量锤；21、紧固螺母；30、减震阻尼器；31、安全栓；32、连接通孔；33、延伸杆；40、锁紧销；41、弹性件；42、锁紧件；50、压板；51、紧固件；60、预紧螺母；61、翻边；70、固定件；80、点火器；81、导爆索；82、第一安装支座；83、第二安装支座。
具体实施方式
17.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
18.本技术的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
19.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必
须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
20.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
21.下面结合图1-图2描述本发明的发动机安全机构。
22.本发明实施例提供一种发动机安全机构，如图1和图2所示，其包括本体10、质量锤20、减震阻尼器30和锁紧销40，本体10具有第一腔室11和第二腔室12，质量锤20可滑动安装在第一腔室11内，减震阻尼器30安装在第二腔室12。本体10设有第一导通孔13、第二导通孔14及安装孔，安装孔连通第一腔室11和第二腔室12。减震阻尼器30的顶部具有安全栓31，安全栓31的另一端穿过安装孔与质量锤20固定连接。安全栓31上设有连接通孔32及限位槽，锁紧销40可伸缩安装于本体10，在自然状态下，质量锤20悬置于第一腔室11，锁紧销40处于收缩状态。质量锤20在惯性作用下带动安全栓31沿轴向运动，使得锁紧销40插设在限位槽内，第一导通孔13、连接通孔32和第二导通孔14形成连通通道。
23.可选的，本体10为铝合金结构或钛合金结构。如图2所示，本体10包括上下布设的第一腔室11和第二腔室12，第一腔室11和第二腔室12相互独立。在第一腔室11和第二腔室12的分隔区域设置安装孔。减震阻尼器30安装在第二腔室12的底部，支撑质量锤20的轴向位移，并能通过阻尼作用过滤掉冲击和振动带来的多余抖动。
24.安全栓31为位于减震阻尼器30顶部的杆体，安全栓31从第二腔室12穿过安装孔进入第一腔室11以便与质量锤20固定连接。在一具体实施例中，质量锤20设有贯穿孔，安全栓31的端部外伸于贯穿孔与紧固螺母21螺纹连接。安全栓31具有台阶面，台阶面与贯穿孔远离紧固螺母21的一侧孔口抵设。如图2所示，贯穿孔为阶梯状的通孔，安全栓31的端部设有台阶面，贯穿孔位于小径端的孔口与台阶面抵设。旋拧紧固螺母21使阶梯面与紧固螺母21的底部抵设，从而将质量锤20夹设在台阶面与紧固螺母21之间，实现两者的固定连接。当然，也可以采用其他固定连接的方式实现两者的固定连接。
25.锁紧销40为金属件，限位槽设置在安全栓31的侧方。在自然状态下，锁紧销40收缩在本体10内。当整个机构受到轴向加速度后，质量锤20在第一腔室11内向下滑动，带动安全栓31沿轴向运动下移压缩减震阻尼器30。随着安全栓31的下移，锁紧销40伸出卡装在限位槽内，从而借助锁紧销40固定安全栓31与本体10的相对位置。
26.如图2所示，第一导通孔13的孔口安装点火器80，第二导通孔14的孔口安装导爆索81。第一导通孔13的孔口设置有第一安装支座82，点火器80如电爆管安装在第一安装支座82。第二导通孔14的孔口设置有第二安装支座83，导爆索81安装于第二安装支座83。当第一导通孔13、连接通孔32和第二导通孔14形成连通通道时，点火器80与导爆索81连通，以便进行点火操作。
27.本发明实施例提供的发动机安全机构，安全栓31的一端连接质量锤20，另一端连接减震阻尼器30，质量锤20在惯性作用下能够沿着第一腔室11滑动，从而带动安全栓31移动，使锁紧销40从本体10伸出卡装在限位槽内，从而将第一导通孔13、连接通孔32和第二导通孔14导通，以便进行点火，整个过程仅通过机械结构实现，无需电控元件，安全可靠，成本
低。
28.在本发明一具体实施例中，本体10设有锁紧孔15，锁紧孔15与安装孔连通。发动机安全机构还包括弹性件41，锁紧销40和弹性件41均收容于锁紧孔15。其中，弹性件41的一端与锁紧销40相连，弹性件41的另一端固定于本体10。
29.可选的，弹性件41为压缩弹簧。弹性件41远离安装孔的一端与本体10固定连接，弹性件41靠近安装孔的一端与锁紧销40相连。在自然状态下，安全栓31的外壁将锁紧销40抵设在锁紧孔15内，此时，弹性件41处于蓄力状态。当安全栓31沿着安装孔的轴向下移时，弹性件41释放弹力，推动锁紧销40从锁紧孔15内伸出以插设在限位槽内。
30.如图2所示，锁紧销40的端部具有导向斜面，方便插入限位槽内。对应的，限位槽的两个槽壁之间形成夹角，以适配锁紧销40的形状。
31.在上述实施例基础上，发动机安全机构还包括锁紧件42，锁紧件42固定于锁紧孔15，弹性件41的一端与锁紧件42相连。
32.如图2所示，锁紧件42固定在锁紧孔15的外侧孔口。弹性件41的一端与锁紧件42抵设，另一端与锁紧销40抵设，借助弹性件41的弹力推动锁紧销40在锁紧孔15内滑动。具体地，锁紧件42包括锁紧螺母及锁紧螺杆，锁紧螺杆插设于锁紧孔15，锁紧螺母固定在锁紧孔15的孔口，锁紧螺杆与锁紧螺母螺纹配合。压缩弹簧套设在锁紧螺杆上，压缩弹簧的一端与锁紧销40抵设或固定连接，压缩弹簧的另一端与锁紧螺母抵设或者与锁紧螺母固定连接。
33.具体地，发动机安全机构还包括压板50及预紧螺母60。压板50设有阶梯孔，预紧螺母60具有翻边61，压板50与本体10固定连接，预紧螺母60可转动收容于阶梯孔，翻边61夹设在本体10的底面与阶梯孔的阶梯面之间。减震阻尼器30的底部具有延伸杆33，延伸杆33伸出第二腔室12与预紧螺母60螺纹连接。
34.如图2所示，压板50通过紧固螺钉等紧固件51固定在本体10的底部。压板50的中部设有阶梯孔，阶梯孔的阶梯面与预紧螺母60的翻边61抵设，从而借助压板50将预紧螺母60沿轴向约束在本体10上。预紧螺母60外露于阶梯孔并能在阶梯孔内转动，通过旋拧外露在阶梯孔外的预紧螺母60，延伸杆33带动减震阻尼器30沿竖直方向上下移动，从而调整减震阻尼器30的轴向位置，适应不同量级的加速度设计。
35.第一导通孔13和第二导通孔14的孔轴位于同一直线，连接通孔32的孔轴与安全栓31的轴向垂直。
36.当第一导通孔13、第二导通孔14和连接通孔32形成连通通道时，该连通通道沿着本体10的横向延伸，导通路径最短。此时，安装在本体10相对两侧的点火器80和导爆索81连通，以进行点火操作。当第一导通孔13、第二导通孔14和连接通孔32未形成连通通道时，导爆索81和点火器80被安全栓31隔开，能够有效避免误点火。
37.如图2所示，本体10包括主体16、上盖体17及下盖体18，主体16的相对两端均设有凹槽，上盖体17固定于主体16的上端以密封其中一个凹槽形成第一腔室11，下盖体18固定于主体16的下端以密封另一个凹槽形成第二腔室12。
38.具体地，上盖体17的一端沿周向设有连接沿，上盖体17插设在主体16内，连接沿与主体16的端部抵设，固定件70从主体16的侧方固定上盖体17与主体16的相对位置。具体地，如图2所示，上盖体17与主体16的侧壁通过螺钉固定，提高连接的稳固性。比如，沿上盖体17的周向安装多个固定件70，下盖体18和上盖体17的结构相同，其安装方式与上盖体17一致，
不再赘述。
39.本发明实施例还提供一种固体发动机，其包括如上所述的发动机安全机构。
40.本发明实施例还提供一种运载火箭，其包括如上所述的固体发动机。
41.以直径1.4m的中小型固体发动机运载火箭为例，三级固体发动机点火装置和自毁装置共需要六套安全机构，通过总体参数可知一级过载加速度一般在5-7g；考虑到安全边际，将上述发动机安全机构的加速度解锁阈值设置在5.5g，固体发动机开始工作，全箭受轴向推力作用产生轴向加速度，质量锤20向下移动压缩减震阻尼器30。设计及地面试验过程中获得轴向加速度与轴向压缩位移的线性关系，当轴向加速度大于加速度解锁阈值5.5g时，锁紧销40在弹性件41的作用下开始作动锁住安全栓31，安全栓31中设有连接通孔32，本体10经安全栓31形成连通通道，从而实现发动机安全机构的解锁，保证电爆管点火原件发火正常。在其他工况下，安全栓31未锁紧，安全栓31不形成连通通道，保证电爆管不会误点火，确保点火器80的安全。
42.由此，该运载火箭依靠弹射出仓或者助推级工作时的轴向加速度实现机械解锁，实现发动机安全机构的连通通道通断控制。设计时依据总体轴向加速度具体范围，设置加速度解锁阈值。在地面试验检测时，可以依靠动态单项试验，检测发动机安全机构的工作可靠性。飞行工作工况下，当运载火箭出现轴向加速度值大于等于发动机安全机构的加速度解锁阈值时，发动机安全机构解锁。整个发动机安全机构为纯机械结构，不需要机电作动单元，不需要时序控制单元参与，自身逻辑闭环，简单可靠，降低总体控制难度；同时单项试验覆盖性强，无需配置专项技能人员和专业器械，设备及人员要求低，能降低成本。
43.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种发动机安全机构，其特征在于，包括本体、质量锤、减震阻尼器和锁紧销，所述本体具有第一腔室和第二腔室，所述质量锤可滑动安装在第一腔室内，所述减震阻尼器安装于所述第二腔室，所述本体设有第一导通孔、第二导通孔及安装孔，所述安装孔连通所述第一腔室和所述第二腔室，所述减震阻尼器的顶部具有安全栓，所述安全栓穿过所述安装孔与所述质量锤固定连接，所述安全栓上设有连接通孔及限位槽，所述锁紧销可伸缩安装于所述本体，在自然状态下，所述质量锤悬置于所述第一腔室，所述锁紧销处于收缩状态；所述质量锤在惯性作用下带动所述安全栓沿轴向运动，使得所述锁紧销插设在所述限位槽内，所述第一导通孔、所述连接通孔和所述第二导通孔形成连通通道。2.根据权利要求1所述的发动机安全机构，其特征在于，还包括弹性件，所述本体设有锁紧孔，所述锁紧孔与所述安装孔连通，所述锁紧销和所述弹性件均收容于所述锁紧孔，其中，所述弹性件的一端与所述锁紧销相连，所述弹性件的另一端固定于所述本体。3.根据权利要求2所述的发动机安全机构，其特征在于，还包括锁紧件，所述锁紧件固定于所述锁紧孔，所述弹性件与所述锁紧件相连。4.根据权利要求1所述的发动机安全机构，其特征在于，还包括压板及预紧螺母，所述压板设有阶梯孔，所述预紧螺母具有翻边，所述压板与所述本体固定连接，所述预紧螺母可转动收容于所述阶梯孔，所述翻边夹设在所述本体的底面与所述阶梯孔的阶梯面之间，所述减震阻尼器的底部具有延伸杆，所述延伸杆外伸于所述第二腔室并与所述预紧螺母螺纹连接。5.根据权利要求1所述的发动机安全机构，其特征在于，还包括紧固螺母，所述质量锤设有贯穿孔，所述安全栓具有台阶面，所述安全栓的端部外伸于所述贯穿孔与所述紧固螺母螺纹连接，所述台阶面与所述贯穿孔远离所述紧固螺母的一侧孔口抵设。6.根据权利要求5所述的发动机安全机构，其特征在于，所述贯穿孔为阶梯孔，所述阶梯孔的阶梯面与所述紧固螺母抵设。7.根据权利要求1所述的发动机安全机构，其特征在于，所述第一导通孔与所述第二导通孔的孔轴位于同一直线，所述连接通孔的孔轴与所述安全栓的轴向垂直。8.根据权利要求1所述的发动机安全机构，其特征在于，所述本体包括主体、上盖体和下盖体，所述主体的相对两端均设有凹槽，所述上盖体固定于所述主体的一端以密封其中一个所述凹槽形成所述第一腔室，所述下盖体固定于主体的另一端以密封另一个所述凹槽形成所述第二腔室。9.一种固体发动机，其特征在于，包括如权利要求1至8任一项所述的发动机安全机构。10.一种运载火箭，其特征在于，包括如权利要求9所述的固体发动机。

技术总结
本发明提供一种发动机安全机构、固体发动机及运载火箭，涉及火箭设备技术领域。发动机安全机构包括本体、质量锤、减震阻尼器和锁紧销，本体具有第一腔室和第二腔室，质量锤可滑动安装在第一腔室内，减震阻尼器安装于第二腔室，本体设有第一导通孔、第二导通孔及安装孔，安装孔连通第一腔室和第二腔室，减震阻尼器的顶部具有安全栓，安全栓穿过安装孔与质量锤固定连接，安全栓上设有连接通孔及限位槽，锁紧销可伸缩安装于本体，在自然状态下，质量锤悬置于第一腔室，锁紧销处于收缩状态；质量锤在惯性作用下带动安全栓沿轴向运动，使得锁紧销插设在限位槽内，第一导通孔、连接通孔和第二导通孔形成连通通道，仅通过机械结构实现，安全可靠。全可靠。全可靠。


技术研发人员：李伟 刘百奇 刘建设 张胜敏 杨向明 肖波 杨乐 高强
受保护的技术使用者：北京星河动力航天科技股份有限公司 安徽星河动力装备科技有限公司 江苏星河航天科技有限公司 星河动力（山东）航天科技有限公司
技术研发日：2023.08.30
技术公布日：2023/10/7