CN103231814A - 一种基于形状记忆合金弹簧的可控解锁装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于形状记忆合金弹簧的可控解锁装置，包括双层缸体和设置于双层缸体中的解锁装置，其中，所述的双层缸体包括作动缸体和解锁缸体，作动缸体与解锁缸体之间设有连通壁；所述的解锁装置包括可滑动地设于作动缸体中的脱离件接头、设于解锁缸体的弹性解锁机构，以及设于脱离件接头与弹性解锁机构之间的联动机构，所述的弹性解锁机构主要由一由形状记忆合金材料的弹簧构成。本发明的可控解锁装置采用形状记忆材料制成的合金弹簧能够被精确地控制，工作可靠；其解锁状态和锁定状态可切换，可重复使用，并且对其本身的结构无破坏性，从而将解锁装置对航空航天设备的不利影响减少到最少的程度。

Description

一种基于形状记忆合金弹簧的可控解锁装置

技术领域

本发明涉及一种应用航空航天领域的可控解锁装置，尤其涉及一种由形状记忆合金材质弹簧驱动的可控解锁装置。

背景技术

解锁装置及其技术在航天领域广为应用，目前使用的解锁方式多以爆炸形式为主。例如爆炸螺栓，爆炸螺栓内部装有炸药和点火器，在分离时，炸药被引爆，使剪切锁剪断或者沿螺栓削弱槽断开。爆炸螺栓的基本原理是通过对紧固件的破坏，实现去除运动部件的约束，使得运动件按预设过程动作，从而实现解锁。爆炸螺栓如果设计与使用得当，将可以具有稳定的动作可靠性，若设计与使用失当爆炸产生的残骸以及冲击对邻近构件和功能器件将有可能产生巨大影响，这不仅会降低航天器的可靠性和寿命，乃至于使航天器功能丧失。同时，爆炸解锁方式具有不可逆和不可重复的缺点，也阻碍了航天器的发展。

发明内容

技术问题

本发明要解决的技术问题是提供一种区别于现有的解锁方式，利用形状记忆合金的物理性能，并结合相应连锁机械机构实现可控解锁的装置。

技术方案

为了解决上述的技术问题，本发明的基于形状记忆合金的可控解锁装置，包括双层缸体和设置于双层缸体中的解锁装置，其中，所述的双层缸体包括作动缸体 和解锁缸体，作动缸体 与解锁缸体之间设有连通壁；所述的解锁装置包括可滑动地设于作动缸体中的脱离件接头、设于解锁缸体的弹性解锁机构，以及设于脱离件接头与弹性解锁机构之间的联动机构，所述的弹性解锁机构处于解锁状态时，联动机构触发并使得脱离件接头离开原始位置使可控解销装置处于解锁状态。

更进一步地，所述的联动机构包括弹性止动件和金属球体，所述的弹性止动件设于脱离件接头与连通壁之间，所述的弹性止动件的固定端固定在连通壁上，弹性止动件的弹性自由端置于脱离件接头上的第一凹陷区域内；所述的设于解锁缸体的弹性解锁机构包括预紧弹簧、活塞滑块、多功能柱状体和形状记忆合金弹簧，所述的预紧弹簧套设在活塞滑块的支撑体上，两端分别与解锁缸体的内端面和活塞滑块的止挡端面接触；所述的活塞滑块靠近连通壁的一侧设有第二凹陷区域；所述的连通壁设有一连通孔，所述金属球体容纳于连通孔内，且位于弹性止动件的弹性自由端和活塞滑块的侧止挡面之间；所述的形状记忆合金弹簧套设于多功能柱状体的导柱上；所述的多功能柱状体的导柱为中空结构，内部设有发热装置，所述的发热体底端固定在多功能柱状体的固定端上，所述的固定端与解锁缸体底端的密封端件连接。

更进一步地，在多功能柱状体中，所述的发热装置具有至少两个独立的发热管。

更进一步地，本发明的可控解锁装置还包括与所述发热管连接的温度传感器，所述的温度传感器通过温度控制器与电源相连接，所述的电源由受中控器控制的开关控制其通断。

有益效果

本发明的可控解锁装置采用形状记忆材料制成的合金弹簧能够被精确地控制，工作可靠；其解锁状态和锁定状态可切换，可重复使用，并且对其本身的结构无破坏性，从而将解锁装置对航空航天设备的不利影响减少到最少的程度。

附图说明

图1是本发明一个实施例的可控解锁装置结构示意图，显示为锁定状态；

图2是解锁状态的可控解锁装置结构示意图；

图3 是多功能柱状体及其加热装置的结构示意图；

图4 是图3的A-A向示意图；

图5 是活塞滑块结构示意图；

图6 是形状记忆合金弹簧示意图（图中仅显示部分结构）；

图7 是解锁缸体部分示意图。

附图标记说明：

1   多功能柱状体

11  发热管

12  导柱

13  多功能柱状体下支撑面

14  螺栓孔

15  固定端

16  发热装置

17  密封端件

18  螺栓

2   形状记忆合金弹簧

21  形状记忆合金弹簧第一端

22  形状记忆合金弹簧第二端

3   活塞滑块

31  内导套

32  侧止挡面

33  第二凹陷区域

34  止挡端面

35  活塞滑块下止挡面

36  支撑体

4   预紧弹簧

5   弹性止动件

51  固定端

52  弹性自由端

6   金属球体

7   脱离件接头

71  第一凹陷区域

8   双层缸体

81  作动缸体

82  解锁缸体

84  内端面

86  连通壁

861 连通孔

具体实施方式

以下将结合附图对本发明进行进一步说明。

如图1、图2所示，本实施例的基于形状记忆合金的可控解锁装置包括双层缸体8和设置于双层缸体8中的解锁装置，其中，所述的双层缸体8包括作动缸体 81和解锁缸体82，作动缸体81与解锁缸体82之间设有连通壁86；所述的解锁装置包括可滑动地设于作动缸体81中的脱离件接头7、设于解锁缸体82的弹性解锁机构，以及设于脱离件接头7与弹性解锁机构之间的联动机构，所述的弹性解锁机构处于解锁状态时，联动机构触发并使得脱离件接头7离开原始位置使可控解锁装置处于解锁状态。

如图1、图2、图5和图7所示，所述的联动机构包括弹性止动件5和金属球体6，所述的弹性止动件5设于脱离件接头7与连通壁86之间，所述的弹性止动件5的固定端51固定在连通壁86上，弹性止动件5的弹性自由端52置于脱离件接头7上的第一凹陷区域71内；所述的设于解锁缸体82的弹性解锁机构包括预紧弹簧4、活塞滑块3、多功能柱状体1和形状记忆合金弹簧2，所述的预紧弹簧4套设在活塞滑块3的支撑体36上，两端分别与解锁缸体82的内端面84和活塞滑块3的止挡端面34接触；所述的活塞滑块3靠近连通壁86的一侧设有第二凹陷区域33；所述的连通壁86设有一连通孔861，所述金属球体6容纳于连通孔861内，且位于弹性止动件5的弹性自由端52和活塞滑块3的侧止挡面32之间；所述的形状记忆合金弹簧2套设于多功能柱状体1的导柱12上；所述的多功能柱状体1的导柱12为中空结构，内部设有发热装置16，所述的发热体16底端固定在多功能柱状体1的固定端15上，所述的固定端15与解锁缸体82底端的密封端件17连接。

更具体地，本实施例的基于形状记忆合金的可控解锁装置中各部件装配关系及工作过程如下：

形状记忆合金弹簧 2套设在多功能柱状体 1的导柱12上，形状记忆合金弹簧第一端21受活塞滑块下止挡面35止档，形状记忆合金弹簧第二端22由多功能柱状体下支撑面13支撑。活塞滑块 3的凹陷部内表面为内导套 31，凹陷部外表面为侧止档面32，凹陷部外表面的第二凹陷区域33处为金属球体6的容纳区，第二凹陷区域33外表面的上部非内凹曲面部位为金属球体6的阻挡体（即侧止档面32）；预紧弹簧4套设在活塞滑块 3的支撑体36上，预紧弹簧4顶端受双层缸体8的内端面84止档，下端由活塞滑块 3的止挡端面34支撑；解锁缸体 82的下端开口处由密封端件17密封，其通过螺栓18与解锁缸体 82连接。

弹性止动件 5可通过传统的连接方式，例如螺栓连接的方式固定在脱离件接头 7或连通壁86上；在锁定状时，金属球体 6位于弹性止动件 5的弹性自由端52与第二凹陷区域33之间，即位于连通壁86的连通孔861内。

当电源的开关在中控器的指令下被接通，发热装置16将迅速加热到指定温度；形状记忆合金弹簧 2将发生涨长动作，推动活塞滑块3克服预紧弹簧 4的预紧力，在侧止挡面32与内导套 31的双重约束下上移；在导柱 12与内导套31在不发生脱离的前提下，设计的移动量刚好能够把金属球体 6的阻挡体即止挡端面34 完全移开，而使金属球体 6从第二凹陷区域33 露出；弹性止动件 5推动金属球体 6通过双缸 8内部联通作动缸体 81和解锁缸体 82的联通孔861而进入到解锁缸体 82内的金属球体 6的第二凹陷区域33所设计的内凹曲面处，这时脱离件接头 7的约束全部解除。

当电源的开关在中控器的指令下被断开，发热装置16将温度下降，当达到指定温度时，形状记忆合金弹簧 2将发生缩短动作，预紧弹簧 4推动活塞滑块3克服形状记忆合金弹簧 2所具有的渐渐减小的压力，在导柱12与内导套 31的双重约束下下移；导柱 12在内导套31内的间隙也逐渐减小，金属球体 6的阻挡体（即侧止档面32）回位，使金属球体 6被推入第二凹陷区域33，金属球体 6通过连通孔861回到弹性止动件 5弹性自由端52所处的脱离件接头 7的第一凹陷区域71处，这时脱离件接头 7被金属球体 6锁定。

如图3、图4所示，在多功能柱状体1中，所述的发热装置16具有至少两个独立的发热管11。

如图3所示，还包括与所述发热管11连接的温度传感器，所述的温度传感器通过温度控制器与电源相连接，所述的电源由受中控器控制的开关控制。

如图6所示，形状记忆合金弹簧 2以丝状形状记忆合金材料为基本制备材料，通过特殊夹具固定为大间距螺旋状。以中温加热工艺定型。将形状记忆合金丝沿专用夹具表面螺纹线绕在夹具上，并在两端予以紧固。将形状记忆合金丝连同夹具放入高温炉内，以400 ~ 500℃保持1 ~ 3小时，并随炉冷却或油淬。将定型后的形状记忆合金材料从夹具取下后，截去两端用于固定的部分，得到形状记忆合金弹簧的成品。

通过改变运动部件的相互接触部分的形状，本实施例的解销装置可实现多种复杂条件下的解锁动作，包括但是不限于以下几种：

无条件解锁：在解锁机构完全加热状态下，弹性止动部件5对脱离件接头7不存在任何运动限制。

有条件解锁：在解锁机构完全加热状态下，弹性止动部件5对脱离件接头7依然存在部分运动限制，但是在一定条件下，脱离件接头7能通过迫使弹性止动部件5产生弹性形而完成解锁，而弹性止动部件5本身结构不受到破坏性影响。

允许再入锁：在完成解锁过程，脱离件接头 7已经完全运动出缸体后，在满足某些条件下（例如再入锁速度等，解锁结构的加热状态等），脱离件接头7可以在不损害结构的前提下，达到锁定位置，并在解锁结构再次处于非加热的状态时，能被再次完全锁定，结构完全回到初始装配状态。

不允许再入锁：脱离件接头7无法达到锁定位置，或者即使到达了锁定位置，无论解锁机构是否在激励条件下，脱离件接头也7不会被再次被锁定。

Claims (4)

1.一种基于形状记忆合金弹簧的可控解锁装置，其特征在于，包括双层缸体（8）和设置于双层缸体（8）中的解锁装置，其中，所述的双层缸体（8）包括作动缸体 （81）和解锁缸体（82），作动缸体（81）与解锁缸体（82）之间设有连通壁（86）；所述的解锁装置包括可滑动地设于作动缸体（81）中的脱离件接头（7）、设于解锁缸体（82）中的弹性解锁机构，以及设于脱离件接头（7）与弹性解锁机构之间的联动机构，所述的弹性解锁机构处于解锁状态时，联动机构触发并使得脱离件接头（7）离开原始位置使可控解销装置处于解锁状态。

2.如权利要求1所述的基于形状记忆合金弹簧的可控解锁装置，其特征在于，所述的联动机构包括弹性止动件（5）和金属球体（6），所述的弹性止动件（5）设于脱离件接头（7）与连通壁（86）之间，所述的弹性止动件（5）的固定端（51）固定在连通壁（86）上，弹性止动件（5）的弹性自由端（52）置于脱离件接头（7）上的第一凹陷区域（71）内；所述的设于解锁缸体（82）的弹性解锁机构包括预紧弹簧（4）、活塞滑块（3）、多功能柱状体（1）和形状记忆合金弹簧（2），所述的预紧弹簧（4）套设在活塞滑块（3）的支撑体（36）上，两端分别与解锁缸体（82）的内端面（84）和活塞滑块（3）的止挡端面（34）接触；所述的活塞滑块（3）靠近连通壁（86）的一侧设有第二凹陷区域（33）；所述的连通壁（86）设有一连通孔（861），所述金属球体（6）容纳于连通孔（861）内，且位于弹性止动件（5）的弹性自由端（52）和活塞滑块（3）的侧止挡面（32）之间；所述的形状记忆合金弹簧（2）套设于多功能柱状体（1）的导柱（12）上；所述的多功能柱状体（1）的导柱（12）为中空结构，内部设有发热装置（16），所述的发热体（16）底端固定在多功能柱状体（1）的固定端（15）上，所述的固定端（15）与解锁缸体（82）底端的密封端件（17）连接。

3.如权利要求2所述的基于形状记忆合金弹簧的可控解锁装置，其特征在于，在多功能柱状体（1）中，所述的发热装置（16）具有至少两个独立的发热管（11）。

4.如权利要求3所述的基于形状记忆合金弹簧的可控解锁装置，其特征在于，还包括与所述发热管（11）连接的温度传感器，所述的温度传感器通过温度控制器与电源相连接，所述的电源由受中控器控制的开关控制。

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