解锁/分离螺栓的特点是其内部只装推进剂或烟火药,螺栓分离力并不是来源于猛炸药的爆炸或爆炸驱动,而是来源于药筒输出压力经其他介质传递后的相互作用。解锁分离螺栓主要包括双端起爆式无污染分离螺栓、剪切销式解锁螺栓和滚珠式解锁螺栓三种。
双端起爆式无污染分离螺栓结构如图7.45所示。它的两端各有一对压力药筒、药室、主活塞和次活塞。在两端的主活塞和次活塞之间,各有一个软铅连接塞,在螺栓外壳的中央开有一道环形的凹槽。作用时,两端药室的火药压力推动各自的主活塞,主活塞通过压缩软铅连接塞而得到加强后,传递给次活塞,两个端面顶在一起的次活塞或相互作用,或与对应衬套的台肩作用都将以应力形式拉伸螺栓的外壳,直至在中央的凹槽处断裂,实现分离,并将螺栓分离的两端加速到约30 m/s。这种分离螺栓的特点是:两个药室在火药燃烧完后仍保持密闭,火药燃气不会泄漏到壳体外面。因此,它是一种无污染分离螺栓。
图7.45 双端起爆式无污染分离螺栓结构
1—破裂凹槽;2—次活塞;3—衬套;4—主活塞;5—定位套;6—螺栓体底座;7—螺栓体;8—压力放大器(www.xing528.com)
该分离螺栓中的软铅连接塞实际上是一个压力放大器,它将根据其大端面积与小端面积之比来放大来自小端面所受的压力,适合作压力放大器的材料还有硅橡胶。另外,螺栓两端任一个压力药筒都能使螺栓断裂,使用两个压力药筒具有冗余功能。这种螺栓结构简单、工作可靠,使用方便,特别是能够承受巨大的连接力;缺点是断裂时刻的分离力(推力)超过了连接力,会产生相当大的分离干扰。有时在一个分离面上会同时使用数个分离螺栓,为减小分离干扰,分离螺栓在分离面上的分布以轴对称分布为好。美国航天飞机固体火箭助推器与外燃料箱的分离及“半人马座”火箭整流罩分离系统均使用了这种分离螺栓。
剪切销式解锁螺栓结构如图7.46所示,主要由螺栓体、套筒、剪切销和动力源组成。螺栓体和套筒靠剪切销固定在一起,当药室压力增加到切断剪切销时,两者解销分离。其分离面是螺栓体和套筒的套接面。剪切销式解锁螺栓加工方便,装配容易,但连接力受剪切销强度限制,只适用于连接力较小的部位,如火箭的回收数据舱容器与盖之间的连接。典型的剪切销式解锁螺栓连接力为1 000 kg。
图7.46 剪切销式解锁螺栓结构
1—目标体;2—螺栓体(内筒);3—剪切销;4—套筒(外筒);5—起爆器
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