航天器火工装置工程技术

第1章概述1 1.1航天器火工装置的定义1 1.2航天器火工装置的发展历史1 1.3航天器火工装置的分类3 1.4典型航天器火工装置的特点4 1.4.1火工分离螺母4 1.4.2火工锁7 1.4.3爆炸螺栓12 1.4.4火工切割器16 1.4.5电爆阀17 1.4.6火工分离推杆19 1.4.7拔销器20 1.4.8弹射器22 1.4.9非电传爆装置23 1.4.10小火箭27 1.5航天器火工装置发展趋势简述28 参考文献31 第2章一般火工装置设计34 2.1概述34 2.2设计原则34 2.3设计流程35 2.4设计要素38 2.4.1点火器选型38 2.4.2装药设计44 2.4.3执行机构设计45 2.4.4可靠性设计54 2.5一般火工装置设计案例56 2.5.1技术指标56 2.5.2要求分析57 2.5.3原理方案确定57 2.5.4装药设计57 2.5.5连接强度校核58 2.5.6内弹道性能预示计算60 2.5.7分离过程数值仿真62 参考文献68 第3章新型火工装置设计71 3.1概述71 3.2低冲击火工解锁装置设计71 3.2.1技术内涵71 3.2.2基于数据流驱动的降冲击设计方法72 3.2.3设计案例74 3.3高可靠大承载火工连接分离装置设计77 3.3.1技术内涵77 3.3.2高可靠大承载火工连接分离装置设计方法78 3.3.3连接预紧载荷分析方法86 3.3.4非接触式连接预紧载荷标定方法88 3.4耐高温火工装置设计89 3.4.1技术内涵89 3.4.2耐高温火工装置设计要素89 3.4.3设计案例91 3.5强密封火工装置设计94 3.5.1技术内涵94 3.5.2超高压强密封设计方法95 3.5.3强密封火工装置设计案例97 3.6长寿命火工装置设计100 3.6.1长寿命需求100 3.6.2火工装置面临极端环境温度的寿命分析方法101 参考文献106 第4章火工装置空间环境适应性评估109 4.1概述109 4.2火工装置空间极端温度环境下适应性评估方法109 4.3火工药剂性能随温度变化的连续监测方法112 4.4典型火工药剂极端高温环境失效机理113 4.4.1中性斯蒂芬酸铅单质点火药的高温影响机理113 4.4.2镁点火药的高温影响机理115 4.4.3羧甲基纤维素叠氮化铅的高温影响机理117 4.4.4铝点火药的高温影响机理118 4.4.5发射药2/1樟枪药的高温影响机理119 4.5典型火工装置极端温度环境适应性评估案例121 4.5.1极端温度环境失效模式分析121 4.5.2极端温度环境下适应性评估方案122 4.5.3极端空间温度环境下的物理性能适应性评估122 4.5.4极端空间温度环境下的化学性能适应性评估129 4.5.5极端空间温度环境下的爆炸性能适应性评估136 4.5.6极端空间温度环境下的综合评估结论139 参考文献141 第5章火工装置动力学仿真分析143 5.1概述143 5.2火工装置仿真分析软件介绍143 5.3爆轰类火工装置仿真分析方法145 5.3.1仿真流程145 5.3.2参数设置与测试 146 5.3.3有限元建模与分析151 5.3.4输出特性分析155 5.4燃烧类火工装置仿真分析方法157 5.4.1仿真流程157 5.4.2参数设置与测试158 5.4.3数值建模与分析161 5.4.4输出特性分析162 5.5爆轰类火工装置仿真分析算例164 5.5.1火工切割器工作过程仿真164 5.5.2爆炸螺栓解锁工作过程仿真168 5.6燃烧类火工装置仿真分析算例174 5.6.1分离螺母解锁工作过程分析174 5.6.2发射器工作过程分析182 参考文献186 第6章火工装置产品保证与质量管理189 6.1概述189 6.2产品保证通用流程189 6.3产品保证管理189 6.3.1产品保证目标 189 6.3.2对外协供方的控制 193 6.3.3风险分析与控制 194 6.3.4“三类关键特性”控制195 6.3.5产品鉴定状态管理196 6.3.6技术状态管理196 6.3.7产品数据包管理199 6.4产品质量管理202 6.4.1设计和验证管理202 6.4.2原材料质量管理203 6.4.3试验质量管理203 6.4.4产品标识和可追溯性工作203 6.4.5洁净度、污染物、多余物控制 204 6.4.6产品制造、装配质量控制 204 6.4.7检验管理208 6.4.8搬运、贮存、包装、防护质量控制208 6.4.9地面支持设备管理208 6.4.10“十新”管理209 6.4.11质量问题归零管理209 6.5发射场质量状态确认210 参考文献217 第7章火工装置试验验证218 7.1概述218 7.2试验项目218 7.2.1功能试验项目218 7.2.2设计验证试验项目219 7.2.3鉴定检验项目221 7.2.4质量一致性检验项目223 7.3试验方法及典型实例225 7.3.1承载能力试验226 7.3.2作用时间及同步性测试227 7.3.3压力测试228 7.3.4冲击测试229 7.3.5推力测试231 7.3.6组合性能测试232 7.3.7多参量测试233 参考文献235 第8章火工装置可靠性评估与验证236 8.1概述236 8.2火工装置可靠性评估方法237 8.2.1火工元件可靠性评估方法237 8.2.2火工装置过程功能小样本可靠性评估方法244 8.2.3火工装置系统功能小样本可靠性评估方法248 8.3燃气驱动解锁类火工装置可靠性评估方法251 8.3.1单一型号火工装置的可靠性评估方法252 8.3.2不同型号火工装置可靠性的综合验证方法252 8.4爆炸作功类火工装置可靠性评估方法255 8.4.1下规范限L已知的可靠性评估方法255 8.4.2上规范限U已知的可靠性评估方法257 8.4.3上、下规范限（U、L）已知的可靠性评估方法257 8.5火工装置可靠性验证与评估应用实例258 8.5.1火工分离螺母应用实例258 8.5.2火工切割器应用实例259 参考文献263 第9章火工装置典型应用与故障案例266 9.1概述266 9.2星箭连接分离系统应用266 9.2.1爆炸螺栓式星箭连接与分离机构267 9.2.2包带式星箭连接与分离机构269 9.3设备与星体连接解锁系统应用272 9.3.1基于火工切割器的压紧释放系统272 9.3.2基于分离螺母的压紧释放系统273 9.4舱段/器间连接分离系统应用275 9.4.1解锁同步性特性分析275 9.4.2分离运动特性分析277 9.4.3分离姿态仿真分析279 9.4.4舱段连接分离系统典型应用案例282 9.5国内外航天器典型应用特征对比分析297 9.6典型火工装置故障案例302 9.6.1典型结构强度失效案例303 9.6.2典型密封失效案例306 9.6.3典型环境适应性失效案例309 参考文献316