CN105151330A - 一种皮纳卫星星箭固定及分离装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种皮纳卫星星箭固定及分离装置，包括底板，所述底板上固定有卫星支撑座、拉杆、拉杆切断机构以及卫星弹出机构，所述卫星支撑座设有至少一对，任一一对卫星支撑座两两相对布置，所述拉杆设有至少一对，每对拉杆分别安装在任一一对卫星支撑座内，每根拉杆伸出对应卫星支撑座的卫星支撑面与卫星连接并将卫星压紧在该卫星支撑面上；本发明的皮纳卫星星箭固定及分离装置，在连接卫星与底板时将底板所受的拉力和压力设置在同一直线上，从而使底板和卫星之间的相互作用力合理分布，整体结构简单、稳定，且安装方便，制造成本低。

Description

一种皮纳卫星星箭固定及分离装置

技术领域

本发明涉及航空飞行器固定及分离技术，特别涉及一种皮纳卫星星箭固定及分离装置。

背景技术

随着微小卫星及航天技术的发展，迫切需要研制体积小、质量轻、低冲击甚至是无冲击的新型连接分离装置，以适应日益发展的微卫星(皮卫星、纳卫星)以及小型运载火箭的应用需求。星箭分离机构是可靠连接卫星与火箭，并在星箭入轨后实现星箭可靠分离的机构装置，在卫星项目中起着重要作用。目前，世界上各主要运载火箭大都采用包带锁紧装置作为星箭连接和分离机构。但随着卫星尺寸、重量越来越小，传统的包带锁紧装置已经不能满足皮纳卫星的发射分离要求。

早在20世纪90年代就有许多学者在研究皮卫星，但发现研制出来后找不到合适的星箭分离机构，大大延缓了其研制进程。为了缩短皮卫星研制周期，减少设计成本，斯坦福大学与加州理工学院联合制订了立方星标准，并设计研制了立方星星箭分离装置P-POD，随后又相继出现了SPL，RAFT等型号的皮卫星星箭分离装置；关于微小卫星在轨分离问题，国内学者也进行了相关研究。陈靖、张翔等对用于微小卫星星箭分离的包带式解锁分离装置主结构进行了设计优化，国内绝大部分已发射的微小卫星均采用该装置实现星箭分离，但该装置并不适用于公斤级卫星。王秋梅等对卫星二次分离过程进行了仿真分析；蒋超、王兆魁等对筒式偏心安装的子卫星在轨分离问题进行了动力学分析建模；沈晓凤、肖余之等针对筒式偏心分离问题，采用多体动力学理论对小卫星分离过程动力学问题进行了仿真研究。

授权公告日为CN103010489B的专利文献公开了一种新型控制纳卫星的分离机构装置，包括底板、四块支撑板、四块筋板、四根圆柱弹簧、四根弹簧推杆、四个弹簧套筒；每块筋板固定在二块支撑板之间，每块支撑板固定二块筋板，筋板的底部通过螺钉连接固定在底板上；弹簧推杆嵌在圆柱弹簧内，圆柱弹簧装在弹簧套筒内，弹簧套筒通过螺钉连接固定在底板上；弹簧推杆顶在纳卫星星体正方体框架所对应的圆孔内；所述的弹簧推杆在自由状态下被圆柱弹簧顶起，弹簧推杆和圆柱弹簧之间没有约束，弹簧推杆底部的圆台落在圆柱弹簧内，两者之间有1mm的间隙；所述的支撑板的上端有销轴，支撑板上的销轴嵌入纳卫星星体正方体框架上对应的孔内承载横向载荷；所述的底板利用两根钛杆和螺母从纳卫星星体的对角位置将纳卫星星体固定。

上述分离装置虽然都可以用于固定和分离卫星，但是连接方式和解锁方式并不明确，卫星受力情况也不清楚。

发明内容

本发明提供了一种皮纳卫星星箭固定及分离装置，结构简单，卫星受力合理、运行可靠，可以有效在火箭上固定及分离卫星。

一种皮纳卫星星箭固定及分离装置，包括底板，所述底板上固定有卫星支撑座、拉杆、拉杆切断机构以及卫星弹出机构，所述卫星支撑座设有至少一对，任一一对卫星支撑座两两相对布置，所述拉杆设有至少一对，每对拉杆分别安装在任一一对卫星支撑座内，每根拉杆伸出对应卫星支撑座的卫星支撑面与卫星连接并将卫星压紧在该卫星支撑面上。

本发明加装的拉杆将卫星压紧在卫星支撑座的卫星支撑面上，且拉杆穿过该卫星支撑面连接卫星，从而使底板受的拉力和压力在一直线上，使卫星与底板之间的受力状态更合理。

为了使卫星定位安装，卫星支撑座上设有定位结构，现有技术中，一般在每个卫星支撑座上都设置了用于定位的凸块，过多的定位件会有过约束的风险，分离时卫星会由于过约束而没法分离，优选的，只有一对卫星支撑座的顶部分别设有用于定位卫星水平位置的凸块。本发明只在一对卫星支撑座上设置定位件，只通过两个凸块定位，避免了过约束的问题，保证卫星能正常分离。

为了使两个凸块起到良好的定位作用，同时又便于脱离，优选的，其中一个凸块约束卫星在水平面上的移动和转动自由度，另一个凸块约束卫星在水平面上的移动自由度。约束卫星在水平面上移动和转动自由度的凸块为多边形的柱体，例如三棱柱、四棱柱等，而约束卫星在水平面上移动自由度的凸块为圆柱、圆台或圆锥等回旋体。

优选的，所述拉杆为钛杆，所述拉杆切断机构包括固定在底板上的固定台以及安装在固定台上用于切断拉杆的火工品。钛杆强度高，比重小，特选的钛杆与火工品相配套，钛杆切断后断口平整，分离时钛杆断口不会钩挂卫星而影响卫星分离。采用火工品切断钛杆，断开迅速，且对卫星冲击很小。拉杆还可以是合金钢40Cr，不锈钢304。

为了使卫星受力更合理，同时便于装配，优选的，所述卫星支撑座设有两对，其中一对安装有拉杆，另一对安装有凸块。

为了使卫星弹出时受力均匀，优选的，所述卫星弹出机构设有四个，与两对卫星支撑座在周向上间隔布置。

为了使卫星可以在弹出时受力平稳，优选的，所述卫星弹出机构包括：

导向筒，固定在底板上，底面设有弹簧定位座；

顶推件，安装在导向筒内，包括与导向筒内壁配合的导向部，以及固定在导向部顶面且自由端朝向卫星的推杆；

推力弹簧，安装在导向筒内抵接在弹簧定位座与导向部之间，用于在释放状态驱动顶推件弹出卫星；

锁销，横向穿过导向筒压紧推力弹簧使其在压缩状态。

现有技术的弹出装置的弹簧一般只有导向筒导向，而本发明在套筒底面设置了弹簧定位座固定弹簧，从而使推力弹簧的弹出方向更精确，使卫星受力更平衡和稳定。

为了增加顶推件的导向数量，优选的，所述导向筒的顶面通过盖体密封，所述盖体设有导向孔，所述推杆穿过导向孔。

为了使顶推件运行稳定，所述导向部上固定有与导向筒内壁地接的凸环。

为了增加推力弹簧的导向数量，优选的，导向部朝向推力弹簧的一侧设有安装推力弹簧的定位槽。

为了减轻底板质量，同时增加了底板的基频，优选的，所述底板设有减重区域，所述减重区域包括位于底板边沿的减重缺口以及位于底板中心的T型区域，所述卫星弹出机构和卫星支撑座围绕T型区域布置。

基频即固有频率，基频高，发生共振时的频率就高，结构越稳定，在火箭携带卫星发射过程中越可靠。

为了稳定支撑卫星，优选的，任一一对所述卫星支撑座为开口相对的角钢结构。

本发明的有益效果：

本发明的皮纳卫星星箭固定及分离装置，在连接卫星与底板时将底板所受的拉力和压力设置在同一直线上，从而使底板和卫星之间的相互作用力合理分布，整体结构简单、稳定，且安装方便，制造成本低。

附图说明

图1为本发明的皮纳卫星星箭固定及分离装置的立体结构示意图。

图2为本发明的皮纳卫星星箭固定及分离装置(不包括卫星)的立体结构示意图。

图3为本发明的皮纳卫星星箭固定及分离装置(不包括卫星、未安装火工品)的立体结构示意图。

图4为本发明的皮纳卫星星箭固定及分离装置(不包括卫星、未安装火工品)的结构示意图。

图5为图4的俯视图。

图6为本发明装置的卫星弹出机构的结构示意图。

图7为本发明装置的卫星弹出机构的内部结构示意图。

图8为本发明装置的安装有拉杆的卫星支撑座的立体结构示意图。

图9为本发明装置的安装有凸块的卫星支撑座的立体结构示意图。

图10为本发明装置的安装有另一凸块的卫星支撑座的立体结构示意图。

图11为本发明装置的底板的立体结构示意图。

图12为现有技术的底板的结构示意图。

具体实施方式

如图1～10所示，本实施例的皮纳卫星星箭固定及分离装置包括：底板1，固定底板1上的两对两两相对布置的卫星支撑座2、卫星连接分离组件3以及卫星弹出机构4。

卫星连接分离组件3包括安装在其中一对卫星支撑座2内的钛杆31以及切断对应拉杆31的火工品32，火工品32通过固定在底板1上的固定台33安装固定。每根钛杆31伸出对应卫星支撑座2的卫星支撑面21与卫星5连接并将卫星5压紧在该卫星支撑面21上，任一一对卫星支撑座2为开口相对的角钢结构。装有钛杆31的卫星支撑座2包括立置的角钢23、立板24以及连接角钢23和立板24底端的顶板25，所述顶板25的顶面为卫星支撑面21，钛杆31固定在角钢23和立板24之间且顶端穿过顶板25，安装时，卫星5的挂耳51抵靠在顶板25上，钛杆31穿过挂耳51并通过螺母紧固将卫星5压紧在卫星支撑座2上。

另外一对卫星支撑座2的顶部分别设有用于定位卫星5水平位置的凸块22，其中一个凸块约束卫星在水平面上的两个自由度，为四棱柱221；另一个凸块约束卫星在水平面上的一个自由度，为圆台222。

卫星弹出机构4设有四个，与两对卫星支撑座2在周向上间隔布置，卫星弹出机构4包括：

导向筒41，固定在底板1上，底面设有弹簧定位座42，顶盖43设有导向孔44；

顶推件，安装在导向筒41内，包括与导向筒41内壁配合的导向部45，以及固定在导向部45顶面且自由端朝向卫星5的推杆46，导向部45的外周固定有与导向筒41内壁地接的凸环410。

推力弹簧47，安装在导向筒41内抵接在弹簧定位座42与导向部45之间，用于在释放状态驱动顶推件弹出卫星5；

锁销48，横向穿过导向筒和导向部45压紧推力弹簧47使其在压缩状态，导向部45朝向推力弹簧47的一侧设有安装推力弹簧47的定位槽49。

本实施例安装时，先将卫星支撑座2、导向筒41、顶推件、推力弹簧47、钛杆31、固定件33、火工品32和把手6固定在底板1上，然后用锁销48将推力弹簧47收紧，安装卫星5，通过四个卫星支撑座2支撑卫星5，卫星5的凸耳51上的两个孔穿过钛杆31，用M4的螺母34拧在钛杆31上直到将卫星压紧。需要分离时，拔出四个锁销48，推杆直接与卫星框架接触，通过火工品32将钛杆31切断，卫星5在推力弹簧的推动下弹出，实现卫星的分离。

如图11所示，底板1设有减重区域，减重区域包括位于底板边沿的减重缺口11以及位于底板中心的T型区域12，卫星弹出机构4和卫星支撑座2围绕T型区域12布置。

图12为现有技术的底板的结构示意图。

上述两种底板在面积相同且安装相同结构的分离装置的情况下，根据仿真结果得到，现有技术的底板质量：1.39kg基频：689.13Hz；本发明底板质量：1.19kg基频：783.23Hz，可以看出本发明结构的底板不仅降低了质量，还增加了基频，性能更好。

Claims (10)

1.一种皮纳卫星星箭固定及分离装置，包括底板，所述底板上固定有卫星支撑座、拉杆、拉杆切断机构以及卫星弹出机构，所述卫星支撑座设有至少一对，任一一对卫星支撑座两两相对布置，其特征在于，所述拉杆设有至少一对，每对拉杆分别安装在任一一对卫星支撑座内，每根拉杆伸出对应卫星支撑座的卫星支撑面与卫星连接并将卫星压紧在该卫星支撑面上。

2.如权利要求1所述的皮纳卫星星箭固定及分离装置，其特征在于，只有一对卫星支撑座的顶部分别设有用于定位卫星水平位置的凸块。

3.如权利要求2所述的皮纳卫星星箭固定及分离装置，其特征在于，其中一个凸块约束卫星在水平面上的移动和转动自由度，另一个凸块约束卫星在水平面上的移动自由度。

4.如权利要求1所述的皮纳卫星星箭固定及分离装置，其特征在于，所述拉杆为钛杆，所述拉杆切断机构包括固定在底板上的固定台以及安装在固定台上用于切断拉杆的火工品。

5.如权利要求3所述的皮纳卫星星箭固定及分离装置，其特征在于，所述卫星支撑座设有两对，其中一对安装有拉杆，另一对安装有凸块。

6.如权利要求5所述的皮纳卫星星箭固定及分离装置，其特征在于，所述卫星弹出机构设有四个，与两对卫星支撑座在周向上间隔布置。

7.如权利要求1所述的皮纳卫星星箭固定及分离装置，其特征在于，所述卫星弹出机构包括：

导向筒，固定在底板上，底面设有弹簧定位座；

顶推件，安装在导向筒内，包括与导向筒内壁配合的导向部，以及固定在导向部顶面且自由端朝向卫星的推杆；

推力弹簧，安装在导向筒内抵接在弹簧定位座与导向部之间，用于在释放状态驱动顶推件弹出卫星；

锁销，横向穿过导向筒压紧推力弹簧使其在压缩状态。

8.如权利要求7所述的皮纳卫星星箭固定及分离装置，其特征在于，导向部朝向推力弹簧的一侧设有安装推力弹簧的定位槽。

9.如权利要求1所述的皮纳卫星星箭固定及分离装置，其特征在于，所述底板设有减重区域，所述减重区域包括位于底板边沿的减重缺口以及位于底板中心的T型区域，所述卫星弹出机构和卫星支撑座围绕T型区域布置。

10.如权利要求1所述的皮纳卫星星箭固定及分离装置，其特征在于，任一一对所述卫星支撑座为开口相对的角钢结构。