一种拔销切割双功能作动器

陈红俊，杨正才，叶淑琴，高元科，吕 江

（北方特种能源集团有限公司西安庆华公司，陕西 西安，710025）

随着武器系统的发展，各类航空武器越来越受到国际社会的关注，大大增强了航空兵杀伤面目标的能力[1]。某型号中敏感探测器的开启是由弹载计算机控制的，高度测控机构将子弹的高度信息实时地传输到计算机中，当达到设定的高度时，计算机发出指令，敏感探测器开始工作，至此高度测控机构完成了预定任务，必须与子弹分离，否则因其位于子弹战斗部底部而减弱弹药的毁伤效果。

在研制初期，没有设置高度测控机构，随着研制工作的深入，逐渐认识到增设高度测控机构的必要性。但此时子弹的结构已经基本确定，不易进行较大的更改，留给火工品的空间较小，没有足够空间分别安装拔销器和切割器两个火工品，因此，拔销切割双功能作动器的研究应运而生。拔销器和切割器是常用的作动类火工品，但是同时具有拔销和切割两个功能的作动器目前还是空白，尤其是小尺寸的双功能作动器的技术难度较大。

1 主要技术指标

本文设计的双功能作动器既要解除定位销杆对高度测控机构的约束，又要切断连接高度测控机构的电缆，其功能示意见图1。根据系统总体结构的特点和火工品使用功能的要求，对作动器提出如下主要技术要求[2]：

（1）主体最大外形尺寸为φ13mm×47 mm；

图1 作动器功能示意图Fig.1 The function sketch of actuator

（2）销杆在承受不小于3kg侧向力的条件下应可靠拔出；

（3）作动器拔销行程应不小于6mm；

（4）作动器应可靠切断导线束（6根导线为一束，导线为镀银铜线芯聚四氟乙烯薄膜绕包绝缘电线电缆，型号为AFR-250，截面为0.15mm2，股数/直径为30/0.08mm）；

（5）从点火脉冲前沿至拔销切割功能完成的时间应不大于20ms。

2 作用原理及结构特点

2.1 作用原理

高度测控机构任务完成后，弹载计算机发出指令，电源向拔销切割双功能作动器供电，电爆管产生高温高压气体，推动销杆切刀组合体运动，在销杆缩回解除对高度测控机构约束的同时，切断连接电缆，实现高度测控机构与子弹的分离。

2.2 结构特点

拔销切割双功能作动器由外壳、电爆管、销杆切刀组合体、定位螺钉、导向筒、前密封圈、后密封圈、顶螺和砧板组合件等组成，结构示意图见图2。

定位螺钉通过导向筒侧壁上的螺孔和销杆切刀组合体上盲孔将两者固定在一起，见图3。

拔销切割双功能作动器在结构上有如下特点：

2.2.1 功能多、体积小

在制式作动器中，有单一的拔销器和单一的切割器，但是拔销切割双功能作动器还没有，把拔销器和切割器简单地拼凑在一起会造成体积较大，不能满足总体设计所给定的较小尺寸。

图2 拔销切割双功能作动器结构示意图Fig.2 The structure sketch of dual-function actuator

图3 定位螺钉位置示意图Fig.3 The structure sketch of screw location

2.2.2 销杆和切刀的有机组合

拔销器是利用火工药剂产生的气体压力向内拉动销子运动实现拔销功能的[3]；而切割器则是利用火工药剂产生的气体压力向外推动切刀运动实现切割功能的。

尽管拔销器和切割器都是利用火工药剂作功使作功元件运动的，但是，运动方向是相反的。本设计将销杆和切刀组合为一体，两者在同一条轴线上，一端为销杆，另一端为切刀，以组合体的中部为产品基体，就会产生切刀向外运动的同时销杆向内运动的效果，将运动方向相反的作功元件实现拔销切割功能上的统一。

2.2.3 共用一个动力源压力腔

销杆和切刀一体化为共用一个动力源压力腔提供了便利条件，共用动力源压力腔有利于产品小型化。

2.2.4 动态密封设计

图4 电缆侧装设计示意图Fig.4 The structure sketch of assembly cable

作动器工作时，组合体的切刀部分和销杆部分都要产生相对运动，如果密封失效，腔体内高温燃气将会泄漏，造成拔销切割任务失败。本设计将橡胶密封圈挤压变形置于容腔密封，销杆切刀组合体运动时，橡胶圈一直处于变形状态，实现动态密封效果[4]。

2.2.5 电缆侧装设计

如图3所示，导向筒的右端有一个U形槽，电缆可以从右侧并入，依次放入聚四氟乙烯垫片、金属砧和底螺，见图4。

3 主要参数设计

拔销行程、电缆直径、最大外形尺寸是总体设计确定的，根据这些给定的条件，通过性能影响因素综合分析和相关参数计算，对作动器的结构及其参数进行了初步设计，再经过验证试验，对初步设计进行优化，确定主要设计参数。

3.1 电爆管输出装药量的设计

电爆管是作动器的动力源，销杆切刀组合体靠电爆管作用产生的能量实现运动和作功[5]。电爆管产生的能量首先剪断定位螺钉，销杆切刀组合体才能开始运动，在运动过程中要克服两方面的阻力：一方面是高度测控机构对销杆摩擦力，另一方面是切刀切断电缆时电缆的形变弹力。电爆管的能量由输出装药点火药的药量决定，药量太小，不能剪断定位销钉或者不能切断电缆，药量太大，会将砧板组合件打飞，伤及相邻单元。在药量的验证试验中，销杆施加3kg侧向力，电缆为6线束电缆，验证试验结果见表1。

由表1可见，设计药量应为50mg左右。

表1 输出装药量试验Tab.1 Test result of ignition powder amount

3.2 定位螺钉直径的设计

定位螺钉的作用有两个方面：一是定位作用，作动器作用前在遇到环境力时不应窜动；二是建压作用，作动器作用时，销杆切刀组合体应达到一定速度，使电缆彻底切断。定位螺钉直径太细，在作动器使用前可能断裂，失去固定作用；定位螺钉直径太粗，作动器作用时，为了让销杆切刀组合体运动，需要的能量将会较大，当能量达到一定程度时，砧板组合件将会被打飞。定位螺钉直径选择验证试验见表2。

表2 螺钉直径选择验证试验Tab.2 Test result of the screw selection

由表 2可见，定位螺钉直径应确定在φ1.40mm左右。

4 性能试验

4.1 定位螺钉强度试验

在作动器进行定位螺钉强度试验中，定位螺钉材料采用1Cr18Ni9不锈钢，前端直径为φ1.40 mm。作动器按照GJB 5309中相关要求分别进行了震动试验、振动试验和冲击试验，试验数量为13发。试验后检查作动器，定位螺钉完好无断裂，进行拔销切割功能试验，作用正常。

4.2 拔销切割功能试验

拔销切割功能试验结果见表3。

表3 拔销切割功能试验结果Tab.3 Test result of pin puller and cutting

在拔销切割功能试验中，销杆施加3.0kg的侧向力，过线孔中的电缆由总体单位提供（6根导线为一束，导线为镀银铜线芯聚四氟乙烯薄膜绕包绝缘电线电缆，型号为AFR-250，截面为0.15mm2，股数/直径为30/0.08mm）。

以上6发产品试验结果表明，作动器在高温、低温和常温下均能在预定的时间内完成拔销切割功能，并且作用后的残骸完整。

5 结论

为满足武器型号的需求，在较小的尺寸要求下，完成了拔销切割双功能作动器的设计。通过销杆切刀一体化结构和共用压力腔设计，合理解决了尺寸小和功能多、环境要求与功能要求以及拔销切割运动方向相反的矛盾，实现了拔销切割双功能的总体要求。

[1]彭和平.美伊战争中的新武器[J].火工品,2003(2):52.

[2]崔卫东,等.拔销器的小型化设计[J].火工品,2006(2):17-19.

[3]席兰霞,柳继昌.密封性检测方法综述[J].火工品,2002(3):44-48.

[4]蔡瑞娇,等.火工品设计[M].北京:北京理工大学,1983.