CN103253384B - 基于形状记忆合金弹簧的低冲击解锁装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种主要应用于航天器上的基于形状记忆合金弹簧的低冲击解锁装置，可将其主结构安装于需要解锁的有效载荷上，通过螺栓与之配合可以将在航天器本体与载荷实现连接。在轨需要解锁时，通过给其中的形状记忆合金弹簧加热对机构解锁，再通过机构的运动实现螺栓与螺母之间的约束解锁，螺栓在力的作用下实现与螺母分离，从而达到两个部件之间的解锁的目的。本发明解决了以往航天型号上广泛使用的火工品释放装置的高冲击、发射状态与试验状态不一致等问题。同时该装置还具有可重复使用、质量轻、体积小等特点，有效地保证了该装置的可靠性、适用性和经济性。

Description

基于形状记忆合金弹簧的低冲击解锁装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及航天器的机构，具体为一种基于形状记忆合金弹簧的低冲击解锁装置及其使用。

背景技术

随着航天技术的发展，现代航天器平台向安静化、高精度发展，同时星上的许多有效载荷需要在发射入轨后，进行与卫星平台间的连接解锁，而高精度的敏感卫星由于其上的有效载荷设备属于高精度仪器对释放时的冲击力比较敏感，因此提出了低冲击式释放的要求，这点是传统的火工品释放装置难以做到的，此外，由于已装星的火工品释放装置在发射前是无法进行试验的，因此其状态与地面试验状态可能存在不一致，带来一定隐患。

针对此需求和目前存在的问题，需要采用有效的手段，根据实际的使用情况，设计一种低冲击式释放装置，在有效降低释放冲击载荷的同时，保证了发射状态与试验状态产品的一致性，具有紧迫的工程实际应用价值。

为此设计了一种基于形状记忆合金弹簧的在轨释放装置。通过记忆合金的作动、机构动作等环节，可以有效降低约束释放载荷，从而达到降低释放载荷的目的。

发明内容

针对上述需求，本发明的目的是设计一种能在轨使用的基于形状记忆合金弹簧的低冲击释放装置，本发明解决了目前广泛使用的火工释放装置冲击大、发射状态与地面试验状态不一致的问题。同时该装置还具有质量轻、体积小、可重复使用等特点，有效的保证了该释放装置可靠性、适用性、经济性。

根据本发明的一个方面，提供一种基于形状记忆合金弹簧的低冲击解锁装置，包括分瓣螺母、大活塞弹簧、顶杆、顶杆弹簧、大活塞、小活塞弹簧、小活塞、小球、记忆合金弹簧、外壳，其中：

所述外壳内设置有第一活塞腔、第二活塞腔、隔板，所述第一活塞腔与第二活塞腔之间通过所述隔板上的通孔连通；第二活塞腔内设置有所述小活塞弹簧、小活塞、作为作动器的记忆合金弹簧，所述小活塞的两端分别通过所述小活塞弹簧、记忆合金弹簧连接所述第二活塞腔的腔壁；所述第一活塞腔内设置有所述分瓣螺母、大活塞弹簧、顶杆、顶杆弹簧、大活塞，所述大活塞通过所述大活塞弹簧连接所述第一活塞腔的腔壁，所述大活塞设置有安装槽，所述安装槽内由槽底向槽口方向设置有依次连接的顶杆弹簧、顶杆、分瓣螺母；作为所述大活塞与小活塞之间关联部件的所述小球位于所述通孔内，所述大活塞上设置有第一半球形槽，所述小活塞上设置有第二半球形槽，所述第一半球形槽与第二半球形槽相对设置且均与所述小球相匹配；所述安装槽与分瓣螺母之间几何配合以实现分瓣螺母的约束释放。

优选地，其包括连接状态和解锁状态，其中：

当处于连接状态时，所述小球全部位于所述第一半球形槽以及通孔内；

当处于解锁状态时，所述小球全部位于所述第二半球形槽以及通孔内。

优选地，所述外壳上设置有与载荷或航天器之间的连接接口。

根据本发明的另一个方面，还提供一种权利要求1至3中任一项所述的基于形状记忆合金弹簧的低冲击解锁装置的使用方法，包括步骤：利用加热装置对记忆合金弹簧加热，作为作动器的记忆合金弹簧受热后恢复形变驱动小活塞轴向运动，使小球的全部位于所述第二半球形槽以及通孔内以对大活塞解锁；然后大活塞弹簧驱动大活塞轴向运动以驱动分瓣螺母向径向运动实现对螺栓的解锁。

由于采用了以上的技术方案，使得本发明相比于传统火工释放装置，具有以下的优点和积极效果：

首先，本发明的应用于有效载荷的在轨低冲击式释放，在设计过程中充分考虑航天器及高精度有效载荷的安装和使用环境要求，通过设计，使释放装置具有连接刚度高、释放冲击载荷小、可重复使用等能，使该发明满足航天使用要求。

其次，本发明的应用于敏感载荷在轨释放的装置在设计过程中充分考虑了加工工艺、接口安装等因素，使整个装置具有接口简单，质量轻，复位操作简单，可扩展性强等特点，只需对相关部件进行修改，就可以满足不同航天器的安装使用要求，具有较高的通用性和经济性，应用前景广阔。

经过分析证明，本发明的应用于用于敏感载荷在轨释放的装置原理正确，具有连接刚度高、释放冲击载荷小、可重复使用等功能，整个机构具有接口简单，质量较轻，可扩展性强等特点，可以满足不同航天器的安装使用要求，具有较高的通用性，应用前景广阔。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明提供的基于形状记忆合金弹簧的低冲击释放装置的示意图；

图2为本发明提供的基于形状记忆合金弹簧的低冲击释放装置的原理图。

图中：

1为分瓣螺母；

2为大活塞弹簧；

3为顶杆；

4为顶杆弹簧；

5为大活塞；

6为小活塞弹簧；

7为小活塞；

8为小球；

9为记忆合金弹簧；

10为外壳。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明是通过如下技术方案实现的，本发明所述的一种基于形状记忆合金弹簧的低冲击解锁装置，包括分瓣螺母、大活塞弹簧、顶杆、顶杆弹簧、大活塞、小活塞弹簧、小活塞、小球、记忆合金弹簧、外壳等部件。通过加热装置，恢复形变的形状记忆合金起着作动器的作用，小球起着锁定保持辅助作用，大活塞的压缩弹簧实现大活塞的轴向运动，解锁后的分瓣螺母向径向运动实现对螺栓的解锁。结构外壳提供结构安装及防护作用，实现解锁装置与载荷和卫星平台的连接。

所选作动元件为形状记忆合金弹簧，通过加热形变恢复而作动，而形状记忆合金在航天器上使用国外已有很多案例、国外近年来的应用逐步增多。

选用的分瓣螺母在以往航天器型号上有类似的应用。

使用普通的压缩弹簧作为大活塞的作动元件，在大活塞解锁轴向运动约束后，处于压缩状态的弹簧力促使其沿大腔体发生轴向运动。

选用的小球作为两个工作状态的位置锁定功能，这两个状态为连接状态和解锁状态，分别对应该装置的连接和解锁功能。

该装置的外壳对装置内元件起保护作用，同时作为安装连接界面，实现螺母在载荷或卫星平台上的安装。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (4)

1.一种基于形状记忆合金弹簧的低冲击解锁装置，包括分瓣螺母(1)、大活塞弹簧(2)、顶杆(3)、顶杆弹簧(4)、大活塞(5)、小活塞弹簧(6)、小活塞(7)、记忆合金弹簧(9)、外壳(10)，其特征在于，还包括小球(8)，其中：

所述外壳(10)内设置有第一活塞腔、第二活塞腔、隔板，所述第一活塞腔与第二活塞腔之间通过所述隔板上的通孔连通；第二活塞腔内设置有所述小活塞弹簧(6)、小活塞(7)、作为作动器的记忆合金弹簧(9)，所述小活塞(7)的两端分别通过所述小活塞弹簧(6)、记忆合金弹簧(9)连接所述第二活塞腔的腔壁；所述第一活塞腔内设置有所述分瓣螺母(1)、大活塞弹簧(2)、顶杆(3)、顶杆弹簧(4)、大活塞(5)，所述大活塞(5)通过所述大活塞弹簧(2)连接所述第一活塞腔的腔壁，所述大活塞(5)设置有安装槽，所述安装槽内由槽底向槽口方向设置有依次连接的顶杆弹簧(4)、顶杆(3)、分瓣螺母(1)；作为所述大活塞(5)与小活塞(7)之间关联部件的所述小球(8)位于所述通孔内，所述大活塞(5)上设置有第一半球形槽，所述小活塞(7)上设置有第二半球形槽，所述第一半球形槽与第二半球形槽相对设置且均与所述小球(8)相匹配；所述安装槽与分瓣螺母(1)之间几何配合以实现分瓣螺母的约束释放。

2.根据权利要求1所述的基于形状记忆合金弹簧的低冲击解锁装置，其特征在于，其包括连接状态和解锁状态，其中：

当处于连接状态时，所述小球(8)全部位于所述第一半球形槽以及通孔内；

当处于解锁状态时，所述小球(8)全部位于所述第二半球形槽以及通孔内。

3.根据权利要求1所述的基于形状记忆合金弹簧的低冲击解锁装置，其特征在于，所述外壳(10)上设置有与载荷或航天器之间的连接接口。

4.一种权利要求1至3中任一项所述的基于形状记忆合金弹簧的低冲击解锁装置的使用方法，其特征在于，包括步骤：利用加热装置对记忆合金弹簧(9)加热，作为作动器的记忆合金弹簧(9)受热后恢复形变驱动小活塞(7)轴向运动，使小球(8)的全部位于所述第二半球形槽以及通孔内以对大活塞(5)解锁；然后大活塞弹簧(2)驱动大活塞(5)轴向运动以驱动分瓣螺母(1)向径向运动实现对螺栓的解锁。