CN103303500A

CN103303500A - 压电陶瓷驱动的空间有效载荷解锁分离机构

Info

Publication number: CN103303500A
Application number: CN2013102803999A
Authority: CN
Inventors: 曹乃亮; 懂得义; 柴方茂; 袁野; 李志来
Original assignee: Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Current assignee: Changchun Institute of Optics Fine Mechanics and Physics of CAS
Priority date: 2013-07-04
Filing date: 2013-07-04
Publication date: 2013-09-18

Abstract

压电陶瓷驱动的空间有效载荷解锁分离机构，属于航天领域，为克服基于火工品的解锁分离机构的缺点，本发明机构包括：上支座、下支座、左包带、螺母、垫片、分离弹簧、压电陶瓷、断裂螺栓、和右包带，上支座和下支座各有一个V型槽，左包带和右包带上具有与V型槽对应的V型台，左包带和右包带与上支座和下支座通过接触配合；左包带和右包带通过断裂螺栓夹紧；压电陶瓷套在断裂螺栓上，并通过螺母和垫片锁紧，在左包带和右包带之间各设有预压缩分离弹簧；本发明可靠性高，且具有较大的承载能力，适用于有效载荷的部署，以及大型空间载荷的辅助连接，具有良好的应用前景。

Description

压电陶瓷驱动的空间有效载荷解锁分离机构

技术领域

本发明涉及压电陶瓷驱动的空间有效载荷解锁分离机构，属于航天领域，应用于空间有效载荷与卫星平台的连接与解锁。

背景技术

解锁分离机构广泛应用于航空航天领域，卫星的发射阶段，为了抵御发射过程中的振动冲击，需要具有锁紧功能的机构实现有效载荷与卫星平台的可靠连接；同时，卫星入轨之后，根据指令要求，该锁紧机构能够实现可靠的解锁分离。

基于火工品的解锁分离机构分离可靠性高、实时性好、承载能力大，因此在航天领域获得广泛应用，目前包括火箭的分离、太阳能板展开、遮光罩打开、有效载荷的部署等多数解锁分离机构仍基于火工品实现，但是存在研制生产成本高，冲击响应大，不能重复使用等问题。

发明内容

本发明提出一种压电陶瓷驱动的空间有效载荷解锁分离机构，有效克服了基于火工品的解锁分离机构的缺点，并具有较大的承载能力，适用于有效载荷的部署，以及大型空间载荷的辅助连接，具有良好的应用前景。

本发明的技术方案是：

压电陶瓷驱动的空间有效载荷解锁分离机构，包括：上支座、下支座、左包带、螺母、垫片、分离弹簧、压电陶瓷、断裂螺栓、和右包带，上支座和下支座各有一个V型槽，左包带和右包带上具有与V型槽对应的V型台，左包带和右包带与上支座和下支座通过接触配合；左包带和右包带通过断裂螺栓夹紧；压电陶瓷套在断裂螺栓上，并通过螺母和垫片锁紧，在左包带和右包带之间各设有预压缩分离弹簧。

每个断裂螺栓上设置三片压电陶瓷。

断裂螺栓中段具有削弱槽。

本发明的有益效果是：压电陶瓷是一种可以实现电荷-力相互转换的驱动原件，压电陶瓷通电之后可以输出一定的力，该力与输入电压成正比；给压电陶瓷输入高频交流电，则压电陶瓷将产生同频率的交变载荷。断裂螺栓8施加一定的预紧力将压电陶瓷7和左包带3与右包带9夹紧，在断裂螺栓8的中段有一削弱槽，在预紧力前提下，断裂螺栓8受交变载荷时的疲劳断裂强度大大降低，其疲劳时间也大幅降低。

采用压电陶瓷7提供的交变载荷，基于断裂螺栓8在预紧力下的加速疲劳断裂原理，可以在几秒内实现断裂螺栓8的疲劳断裂。断裂螺栓8断裂之后，预压缩分离弹簧6推动左包带3与右包带9分离，从而实现上支座和下支座的分离。

每个断裂螺栓8搭配3片压电陶瓷7，只要其中一片正常工作就可以实现断裂螺栓的疲劳断裂，该冗余设计大大提高了解锁分离的可靠性，为第一层冗余设计；同时，两个断裂螺栓8将左包带3与右包带9夹紧，只要其中一个断裂，就能实现解锁分离机构的解锁分离，该冗余设计进一步提高了分离可靠性，为第二层冗余设计。

压电陶瓷驱动的空间有效载荷解锁分离机构刚度高，可以承受发射过程的振动冲击载荷；采用包带式结构大大提高了结构的承载能力；多层冗余设计，提高了解锁分离的可靠性。

附图说明

图1本发明压电陶瓷驱动的空间有效载荷解锁分离机构正视示意图。

图2本发明压电陶瓷驱动的空间有效载荷解锁分离机构左视示意图。

图3为图1中A-A剖面示意图。

图4本发明压电陶瓷驱动的空间有效载荷解锁分离机构俯视示意图。

图5为图1中B-B剖面示意图。

图6为图5的局部放大图。

图7本发明压电陶瓷驱动的空间有效载荷解锁分离机构整体效果图。

图8压电陶瓷驱动的空间有效载荷解锁分离机构工作原理。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

如图1至图7所示，压电陶瓷驱动的空间有效载荷解锁分离机构，包括：上支座1，下支座2，左包带3，螺母4，垫片5，分离弹簧6，压电陶瓷7，断裂螺栓8和右包带9，上支座1和下支座2各有一个V型槽10，左包带3和右包带9上具有与V型槽10对应的V型台11，左包带3和右包带9均与上支座1和下支座2通过接触配合；左包带3和右包带9通过断裂螺栓8夹紧；压电陶瓷7套在断裂螺栓8上，并通过螺母4和垫片5锁紧，在左包带3和右包带9之间各设有预压缩分离弹簧6。

如图8a所示，断裂螺栓8穿过左包带3、压电陶瓷7和右包带9的通孔，并通过螺母4将左包带3和右包带9夹紧。通过在断裂螺栓8上施加25N.m的拧紧力矩从而将上支座1和下支座2与左包带3和右包带9锁紧，在左包带3和右包带9夹紧的过程中，分离弹簧6同时产生一定的预压缩量，每个断裂螺栓8穿过3片压电陶瓷7，将压电陶瓷7压紧固定。

断裂螺栓8采用HT150制作，其中段有一个削弱槽12，在预紧力前提下，断裂螺栓受交变载荷时的疲劳断裂强度大大降低，其疲劳时间也大幅降低。

分离弹簧6采用65Mn材料制作，装配时进行预压缩，在分离时，通过该弹性恢复将左包带3和右包带9分离。其它部件全部采用TC4钛合金制作。

如图8b所示，首先，断裂螺栓8在压电陶瓷7交变载荷的作用下，沿削弱槽12断裂为两段，从而断裂螺栓8施加到左包带3和右包带9的锁紧力释放，然后，分离弹簧6推动左包带3和右包带9沿反方向运动，从而上支座1和下支座2与左包带3和右包带9的接触分离，最终实现了上支座1和下支座2的分离。

Claims

1.压电陶瓷驱动的空间有效载荷解锁分离机构，包括：上支座（1），下支座（2），左包带（3），螺母（4），垫片（5），分离弹簧（6），压电陶瓷（7），断裂螺栓（8）和右包带（9），其特征是，上支座（1）和下支座（2）各有一个V型槽（10），左包带（3）和右包带（9）上具有与V型槽（10）对应的V型台（11），左包带（3）和右包带（9）与上支座（1）和下支座（2）通过接触配合；左包带（3）和右包带（9）通过断裂螺栓（8）夹紧；压电陶瓷（7）套在断裂螺栓（8）上，并通过螺母（4）和垫片（5）锁紧，在左包带（3）和右包带（9）之间各设有预压缩分离弹簧（6）。

2.根据权利要求1所述的压电陶瓷驱动的空间有效载荷解锁分离机构，其特征在于，每个断裂螺栓（8）上设置三片压电陶瓷（7）。

3.根据权利要求1所述的压电陶瓷驱动的空间有效载荷解锁分离机构，其特征在于，断裂螺栓（8）中段具有削弱槽（12）。

4.根据权利要求1所述的压电陶瓷驱动的空间有效载荷解锁分离机构，其特征在于，断裂螺栓（8）采用HT150材料，分离弹簧（6）采用65Mn材料，其它部件采用TC4钛合金材料。