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有趣的螺栓——爆炸螺栓
日期:2017-09-01 阅读次数:270 颜色:
  

这玩意的作用大家都知道,分离火箭用的,要求也不多说,就2个字,可靠。多说有卖弄嫌疑了,下面进入正题。

这是和一位老师傅交流时候听到的,他说,爆炸螺栓,他们一般一批生产500个,抽450个出来试验,这450个中只要有1个不合格,那么这批就报废,继续生产下一批;若这450个全部合格,那剩下的50个就作为合格品入库了。

听了这段,不知道我的想法对不对,我觉得这种生产方式,属于工艺不稳定的表现,因为不知道生产出来的东西,可靠性是否好,而这产品对可靠性要求非常高,只能采取抽9份留1份的做法,实在有点费时费力。


无碎片爆炸螺栓,简称爆炸螺栓,多用于多点连接分离面。每个爆炸螺栓形似普通螺栓,内部装有炸药和点火器。分离时,炸药被引爆,使剪切锁剪断或者沿螺栓削弱槽断开,实现两分离体解锁。爆炸螺栓品种多,主要有开槽式、剪切销式、钢球式爆炸螺栓和无污染爆炸螺栓等。这种装置的优点是承载能力大、结构简单、工作可靠、使用方便。不足之处是往往需要多个螺栓,保证全部螺栓同时断开困难较大。另外还要保证螺栓断开时残骸不伤及周围的结构和设备,故必要时应相应地设置保护结构。

爆炸螺栓(Explosive Bolt),相信对大多数人都不是一个陌生的名字。它最著名的用途就是作为运载火箭助推器分离装置的关键部件之一。NASA在今年10月“亚特兰蒂斯”号航天飞机的发射准备工作中,由于发现部分固体助推火箭的分离爆炸螺栓的点火装置没有正常运作,所以又对航天飞机进行了彻底的检查。在航空结构中,爆炸螺栓和战斗机配备的座椅火箭弹射器一样,是典型的燃气驱动器件(CARTRIDGE-ACTUATED DEVICES,简称也是CAD)。除了在航天中的应用之外,爆炸螺栓在航空中的用途也相当广泛。一个比较出名的例子就是俄罗斯将爆炸螺栓用于直升机旋翼的固定连接上(卡-50),这样的设计使得直升机的 弹射救生成为可能。


大多数爆炸螺栓的外观和普通螺栓相差不多,不同的是在螺栓内部 设计有一个空腔,容纳一定数量的起爆装药和引爆装置。引爆装置接收到动作信号之后点燃装药,将整个螺栓切断成2-3部分。这听起 来似乎很简单,但是爆炸螺栓的设计制造有很多困难之处。首先是爆炸螺栓必须载保证足够的机械强度的同时,也保证非常可靠的爆 炸分离。爆炸分离时必须没有或者只有很少的爆炸碎片。为了保证这一点,很多爆炸螺栓在螺栓上压制了应力槽,爆炸时,螺栓就从 这些应力槽处断裂。如果设计得当,爆炸螺栓可以做到完全没有爆炸碎片,并且螺栓断裂带的几何形状十分规则。同时,对于爆炸螺栓的反应时间也有严格的要求。由于特殊的工作环境,爆炸螺栓还必须有比较大的适用温度范围。一般都要求在零下几十度到零上近百度的温度范围内可靠工作。由于用在航空航天器上,所以对爆炸 螺栓的重量尺寸和防腐蚀能力理所当然也有一定的要求。常用的基体制造材料是各种合金钢。

爆炸螺栓的种类很多,按照载荷分,小的几百公斤,大的能达到二 百多吨。按照点火方式,可以分为电激发,机械激发,压力激发,液力激发等等。爆炸螺栓的性能指标除了一般螺栓的机械性能指标 之外还包括发火感度,最大不发火电流和最小全发火电流(对于电起爆螺栓),作用时间,工作温度范围等等。


火箭和爆炸螺栓:

多级火箭各级之间的联接方式,有串联、并联和串并联几种。串联就是把几枚单级火箭串联在一条直线上;并联就是把一枚较大的单级火箭放在中间,叫芯级,在它的周围捆绑多枚较小的火箭,一般叫助推火箭或助推器,即助推级;串并联式多级火箭的芯级也是一枚多级火箭。多级火箭各级之间、火箭和有效载荷及整流罩之间,通过连接一分离机构(常简称为分离机构)实现连接和分离。分离机构由爆炸螺栓(或爆炸索)和弹射装置(或小火箭)组成。平时,它们由爆炸螺栓或爆炸索连成一个整体;分离时,爆炸螺栓或爆炸索爆炸,使连接解锁,然后由弹射装置或小火箭将两部分分开,也有借助前面一级火箭发动机启动后的强大射流分开的。火箭的点火发动机启动过程中,火箭用爆炸螺栓固定在发射台上。启动指令下达后,先吹出管路内积存的燃料蒸汽,然后点燃火药推动涡轮泵起旋,开始少量输送推进剂。两路推进剂进入燃气发生器燃烧,此后由燃气发生器推动涡轮泵全力工作。同时发动机点火系统工作,燃料和氧化剂主活门先后打开,两种推进剂先后进入燃烧室并被点燃,再由初级状态转为主级状态。然后,游动发动机系统也按上述顺序启动。发动机启动后有个自动检测,各个传感器检查各活门、各处压力、温度是否正常。都准备好后,通电将爆炸螺栓炸开,火箭升空。

爆炸螺栓助推器分离:

每个助推器都是分别通过前连接面的杆系结构和后连接面的球头结构同火箭芯级相连的。在助推器发动机关机后,用于连接的爆炸螺栓和分离螺母分别解锁,装在助推器上固体小型分离火箭点火,将助推器推离火箭芯级,助推器自由下落完成分离。

一子级/二子级分离:

一子级/二子级分离是所谓的“热分离”。在一子级发动机关机后,二子级主发动机点火,联接两级的爆炸螺栓起爆解锁,这样一子级就被二子级发动机喷出的高速燃气流推离,一子级和二子级分离。

整流罩抛罩:

整流罩以“解锁-翻转-分离”方式进行抛罩。在横向上整流罩与二子级通过12个横向爆炸螺栓联接,在纵向上两半整流罩是由一根导爆索和4个纵向爆炸螺栓联接。在抛罩时,12个横向爆炸螺栓和4个纵向爆炸螺栓首先解爆,然后纵向导爆索解爆,安装在二子级前端框上的分离弹簧将两半整流罩推开分离。两个整流罩半罩围绕着二子级前端框上的铰链翻转,随着火箭加速上升整流罩分离下落。在抛罩过程中,不会发生碰撞和污染。

二子级/ETS分离:

二子级/ETS是通过分离弹簧的分离力来实现的。当火箭控制系统发出二子级/ETS分离指令后,联接火箭支架和分配器的爆炸螺栓起爆解锁,安装在火箭支架上的分离弹簧将ETS/卫星组合体弹出。

卫星/ETS分离:卫星与ETS的分离也是通过分离弹簧的分离力来实现的。当火箭控制系统发出星箭分离指令,联接卫星和卫星支架的爆炸螺栓起爆解锁,卫星被分离弹簧推离ETS。

一般的螺栓,一头是螺杆,另一头是螺帽,在螺杆上旋紧螺帽就固定了物件。爆炸螺栓呢,没有螺帽,只是螺杆前端里有少量炸药,将螺栓套入物件后,引爆螺栓前端炸药,使螺栓前端膨胀,就相当于上了螺帽,紧紧将物件和螺栓固定,不但省去了上螺丝的麻烦,紧固的效果还好些。所以,爆炸螺栓,相当于铆钉的作用了,所以在拆除的时候,因为炸药已经没有了,所以没任何危险,用电砂轮打磨掉爆炸头就行了。爆炸螺栓一般在大型永久性建筑、桥梁上使用。


爆炸螺栓多用于多点连接分离面。每个爆炸螺栓形似普通螺栓,内部装有炸药和点火器。分离时,炸药被引爆,使剪切锁剪断或者沿螺栓削弱槽断开,实现两分离体解锁。爆炸螺栓品种多,主要有开槽式、剪切销式、钢球式爆炸螺栓和无污染爆炸螺栓等。这种装置的优点是承载能力大、结构简单、工作可靠、使用方便。不足之处是往往需要多个螺栓,保证全部螺栓同时断开困难较大。另外还要保证螺栓断开时残骸不伤及周围的结构和设备,故必要时应相应地设置保护结构。

Jonson
关键词: 爆炸螺栓