一种新型封包绳切割器的设计

陈红俊，王 敏，吕 江，叶淑琴，曹建强，任银生，朱建国



一种新型封包绳切割器的设计

陈红俊，王 敏，吕 江，叶淑琴，曹建强，任银生，朱建国

（北方特种能源集团有限公司西安庆华公司，陕西西安，710025）

针对救生备份伞封包绳切割器的使用特点，设计了一种全密封绳索切割器。通过浸水、泥沙、盐雾和切割验证试验，找到了切割器过绳孔处密封结构和工艺设计的缺陷，以及出现泄漏和夹丝现象的原因，确定了密封结构和内敛扩铆工艺的设计参数，从而提高了动态密封性能，消除了夹丝现象。地面试验和空中激发试验表明，切割器切割性能可靠，无泄漏和夹丝现象，并具有防水、防泥沙、防盐雾性能。

切割器；绳索；全密封；泄漏

绳索切割器广泛应用于空降兵训练、作战，跳伞运动员训练、比赛、表演以及物资空投、飞行器回收等领域中，起切断空降伞封包绳或伞绳的作用[1]。

本文所述绳索切割器用于备份伞中，在跳伞时，如果主伞没有打开，切割器会自动切断封包绳打开备份伞，起救生作用。该型切割器在大多数情况下不作用，没有作用的切割器回收后可重复备用。

当跳伞人员落入水或泥沙中，如果过绳孔是不密封的，水和泥沙会进入切刀和砧板之间，造成不能切断或不能完全切断封包绳的故障；另外，切割器使用时可能处于沿海地区的盐雾环境中，切割器应具有防水、防泥沙、防盐雾性能。

传统伞绳切割器的过绳孔部位没有采取密封措施，切刀暴露于大气中[2]，容易受水和盐雾作用而锈蚀，或者泥沙进入切刀与砧板之间，从而影响产品的切割功能。为了满足救生备份伞对封包绳切割器的全密封要求，本研究采用曲形端面密封结构和内敛扩铆工艺设计，实现了切割器过绳孔处的密封要求，使切割器能够经受水、泥沙、盐雾环境的考核，拓宽了绳索切割器的使用范围。

1 切割器结构和工作原理

绳索切割器主要由插座、护线套、电发火件、作功药、密封片、橡胶圈、导向管、固定套、橡胶圈和外壳组成，见图1。跳伞时，由于主伞没有打开，跳伞员下降速度越来越快，经智能控制系统识别后，输出一定的电能，切割器接受电能后桥丝发热，点燃点火药，继而点燃作功药，产生高温高压气体[3]，推动切刀剪断销钉，切断导向管及内置封口绳，备份伞打开，实现救生目的。

图1 绳索切割器结构示意图

2 设计及验证

2.1 密封设计

2.1.1 过绳孔处密封设计

传统切割器的过绳孔是不密封的，见图2。当水和泥沙进入切刀和砧板之间，易造成不能切断或不能完全切断封包绳的故障。

图2 不密封结构示意图

过绳孔口部由圆柱面和圆孔相贯而成，不在同一平面内，并且密封后必须保留原有的过绳孔，这种火工品密封形式未见报道过。经过研究，确定了过绳孔处密封结构设计方案，见图3。该密封结构包括金属固定套、塑料导向管和密封胶，采用冷挤压变形工艺（简称内敛扩铆密封工艺），使固定套侧孔向内弯曲同时孔径扩大，翻边铆在导向管孔壁上，在外壳、固定套、导向管的接触缝隙中均涂有密封胶。

图3 密封结构示意图

固定套的硬度、壁厚、侧孔孔径和导向管的硬度、壁厚与过绳孔处的密封性能密切相关。若固定套的硬度和壁厚大，则不易变形，强力弯曲会形成锐角，对封包绳磨损严重；若固定套侧孔孔径大，则翻边尺寸小，与导向管搭接面小，密封性不高，若侧孔孔径小，翻边尺寸大，与导向管搭接面大，密封性较高，但会突入外壳内孔，阻碍切刀运动；此外，导向管的硬度小，会造成“缩颈”，影响封包绳通过，导向管的硬度大，对切刀运动会产生额外阻力；导向管壁厚小，被金属翻边压缩量小，密封性不高。密封性试验包括浸水试验、泥沙试验和盐雾试验，试验结果见表1。

表1 切割器密封性试验

Tab.1 The sealing test result of cutter

2.1.2 动态密封设计

切割器依靠作功药剂产生的燃气推动切刀运动，如果燃气从切刀与外壳间之的缝隙泄漏，将会造成推力不足，另外燃气泄漏伴随较大声响，会对跳伞人员造成惊吓，所以密封结构设计至关重要。动态密封结构见图4。

动态密封结构主要由双O形橡胶圈和压变密封片构成。切刀上设有两道环槽，橡胶圈受挤压变形实现切刀与外壳之间的静态和动态密封[4]。密封片的材料为塑料，作功药作用瞬间推动密封片运动，在销钉剪断之前密封片承受较大的压力，外径变大，达到与外壳之间的静态和动态密封。动态密封性试验包括单一结构密封试验和双结构试验，见表2。

图4 动态密封结构

表2 动态密封性试验

Tab.2 Dynamic sealing test

由表2可见，同时采用橡胶圈和密封片结构设计，属于动态密封冗余设计，极大提高了动态密封可靠性。

2.2 防夹丝结构设计

绳索切割器作用时没有完全将绳索切断的现象称为夹丝。对于“一字刀”切割器[5]，造成夹丝现象的原因主要有两个方面：一是砧板平面与刀刃之间夹角较大，刀刃与砧板局部产生缝隙；二是绳索局部紧贴外壳内壁，刀刃不能触及。第1个因素很容易消除，第2个因素需通过结构优化，以消除绳索局部紧贴外壳内壁。防夹丝结构设计如图5所示。

图5 防夹丝结构

图5中在砧板与内孔的拐角处增加塑料斜面圈，当切刀向右运动时，封包绳向右压缩，呈扁平状，如果导向管破裂，绳索边缘将贴紧孔壁，继续右移，绳索受斜面作用，向砧板中部聚集，避免绳索局部处于拐角处，刀刃不能触及。研制过程中，曾出现较大比例的夹丝现象，通过上述结构优化之后，夹丝现象得到消除。截止目前，共进行切割性能试验85发，无一发切割器出现夹丝现象，绳索切口整齐。

3 地面和空中试验

3.1 地面试验

地面试验项目包括绝缘电阻、安全电流、静电感度、电磁兼容、震动、冲击、温度冲击、盐雾、浸水、低温、高温、切割性能，切割性能试验数量累计276发，均完成切割功能，不漏烟不漏火。

3.2 空中激发试验

切割器随备份降落伞进行了空中激发试验，试验数量为22发，切割器均正常工作，满足装配于备份降落伞在高空环境中的使用要求。

4 结论

（1）通过过绳孔处密封结构设计和内敛扩铆工艺研究，使得该型绳索切割器成为全密封火工品，具有防水、防泥沙、防盐雾性能。

（2）通过砧板拐角处斜面结构设计研究，使得绳索在切刀运动时能够向中部聚集，彻底消除了绳索切割器的夹丝现象。

（3）通过双重动态密封结构设计研究，提高了切割器动态密封性能，目前的试验结果表明，仅采用密封片或密封圈，就能够达到不漏烟不漏火的动态密封效果。

[1] 王凯民,温玉全.军用火工品设计技术[M].北京:国防工业出版社,2006.

[2] 王通,杨安民,吴瑞德,等.火工切割装置的爆炸分离数值模拟[J].火工品,2015(6):17-20.

[3] 刘竹生,王小军,朱学昌,等. 航天火工装置[M].北京:中国宇航出版社,2012.

[4] 王凯民.火工品工程[M].北京:国防工业出版社,2014.

[5] 张宗山,译.切割器的刀头速度和切割能量的研究[J].火工品,1990(2):26.

Design on A New Type Cutter for Severing Parachute Packet Rope

Chen Hong-jun，Wang Min，LÜ Jiang，YE Shu-qin，CAO Jian-qiang，REN Yin-sheng，ZHU Jian-guo

(Xi’an Qinghua Company of North Special Energy Group Co.Ltd., Xi’an, 710025)

For the characteristics of using rope cutter of lifesaving backup parachute, a fully sealed explosive cutter for severing the parachute packet rope was designed. Through the environmental tests, such as water immersion, mud and sand contamination, salt mist and severing, the reasons for the defects of the sealed structure of which the rope past in, as well as process design were found, and phenomena such as gas leaking and wire clipping were analyzed. The design parameters of sealed structure and inward convergence expanding rivet process were determined, its dynamic sealing performance was improved, the phenomenon of wire clipping was eliminated. The ground test and the firing test in sky show that the cutters are reliable in severing performance without gas leaking and wire clipping, and have performances of the water proof and resistance to mud and sand contamination, as well as salt mist environment.

Cutter；Rope；Fully sealed；Leakage

1003-1480（2016）05-0014-03

TJ45+9

A

2016-06-16

陈红俊（1964 -），男，研究员级高级工程师，主要从事火工品设计与研究。