CN105659914B - 一种星载天线压紧释放机构 - Google Patents

Abstract

一种星载天线压紧释放机构，包括3个联动压紧装置(1)、2个独立压紧装置(2)和释放装置(3)；所述的3个联动压紧装置(1)安装在星载天线反射面支架上，并且沿所述反射面周向布置；3个联动压紧装置(1)通过联动绳与释放装置(3)连接；所述的2个独立压紧装置(2)安装在星载天线两个驱动轴的轴间支架和其中一个驱动轴与伸展臂的连接处。本发明克服现有技术的不足，实现形式相对简单、可靠，并使星载天线获得较高的刚度，能够满足发射段的恶劣力学环境条件，具有可靠性高、质量轻与承载能力强的特点。<pb pnum="1" />

Description

一种星载天线压紧释放机构

技术领域

本发明涉及一种航天器压紧释放机构，尤其适用于具有展开功能的星载天线。

背景技术

定向天线是某卫星的关键攻关技术之一，是国内卫星第一次采用的多自由度扫描天线，如图1所示。压紧释放机构用来将天线可靠地压紧于卫星侧板上，使天线在卫星的发射段可以承受较大的载荷而不损坏，并且满足天线收拢状态的模态要求；在卫星入轨后，顺利地解除对天线的约束，使天线展开机构可以正常运动。

目前，国内、外一次性锁(压)紧释放机构可以分为四个主要类型，带状半刚性压紧释放机构、锁爪式压紧释放机构、连杆式压紧释放机构、联动解锁的压紧释放装置：带状半刚性压紧释放机构的典型应用是实现卫星与火箭适配连接与分离包带分离装置；许多天线都采用锁爪式压紧释放机构；连杆式压紧释放机构的典型应用是太阳翼压紧释放机构和一些连接分离螺栓；联动解锁的典型应用是小卫星太阳翼压紧释放机构。

对于天线系统以往使用较多的压紧释放机构为连杆式压紧释放机构，同时有少量的天线采用锁爪式压紧释放机构。连杆式压紧释放机构及锁爪式压紧释放机构具有可以承受较大载荷能力、较高可靠性等特点，其缺点每个压紧点都需要一个火工品。

国内、外文献报道中未见带状半刚性压紧释放机构及联动解锁的压紧释放装置用于天线系统压紧释放的报道。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种简单、可靠的星载天线压紧释放机构。

本发明的技术解决方案是：一种星载天线压紧释放机构，包括3个联动压紧装置、2个独立压紧装置和释放装置；所述的3个联动压紧装置安装在星载天线反射面支架上，并且沿所述反射面周向布置；3个联动压紧装置通过联动绳与释放装置连接；所述的2个独立压紧装置安装在星载天线两个驱动轴的轴间支架和其中一个驱动轴与伸展臂的连接处。

还包括辅助支撑，辅助支撑安装在星载天线最前端驱动轴的下方，用以提供支撑点、提高星载天线的基频。

所述的联动压紧装置包括压紧带、板簧、压紧座、联动绳和曲柄，压紧带一端连接在星载天线的发射面支架上，另一端固定一芯轴，所述芯轴置于压紧带侧面槽中，压紧时通过曲柄地一端将芯轴限制在所述槽中，曲柄的另一端连接联动绳，板簧安装在压紧座上，其活动端与曲柄的下表面接触，联动绳通过压紧座上的拉环与释放装置相连；释放时，释放装置断开联动绳，曲柄在板簧的作用下弹开，释放压紧带，实现释放。

所述的独立压紧装置包括压紧杆、独立压紧座、火工切割器和缓冲组件；独立压紧座的上表面与星载天线驱动轴的连接支架相接触，火工切割器沿径向穿过独立压紧座的腔体底部，并固定在独立压紧座上；压紧杆沿轴向依次穿过所述的连接支架、独立压紧座的腔体、火工切割器，压紧杆的上端固定在所述的连接支架上，下端固定在独立压紧座的底部，通过压紧杆将所述的连接支架与独立压紧座压合到一起；缓冲组件置于压紧杆的上方，并于所述的连接支架连接。

所述的释放装置包括拉杆、压盖、火工切割器二、防逃钢丝绳和切割器座；火工切割器二沿径向穿过切割器座的腔体底部，并固定在切割器座上；防逃钢丝绳穿过拉杆，其两端分别穿过压盖与切割器座接触面孔固定于切割器座的侧面；拉杆沿轴向依次穿过压盖、切割器座的腔体、火工切割器二，其上端固定在压盖上，下端与切割器座固定，联动绳的绳头穿过压盖与切割器座接触面孔扣在压盖与切割器座形成的腔体内。

本发明与现有技术相比有益效果为：

(1)由于星载天线外形复杂，结构紧凑，使得压紧释放机构的可使用空间非常狭小；双轴驱动机构内部构造复杂，难以为压紧释放机构提供理想的压紧位置及空间；本发明针对上述问题具体分析采用“3+2”的压紧方式，即3个联动压紧+2个(连杆式)独立压紧解决星载天线的压紧释放问题，并且本发明的布局对天线系统布局的影响较小；实现形式相对简单、可靠，并使星载天线获得较高的刚度，能够满足发射段的恶劣力学环境条件。

(2)本发明三个联动压紧装置共用一个释放装置，减少火工切割器的数量，提高了解锁的可靠性；两个独立的压紧装置提高了整个机构的承载能力，辅助支撑提高天线系统的基频；本发明将上述三者很好的进行结合，通过大量的分析与试验确定其布局形式，使其具有可靠性高、质量轻与承载能力强的特点。

(3)本发明采用辅助支撑一方面使得天线系统的基频得到大幅的提高，另一方面减少了火工品的数量，增加了解锁的可靠性。

(4)本发明独立压紧装置在垂直火工切割器切刀运动方向的表面通过加筋使其形成稳定的三角形结构，与现有的连杆式压紧释放机构相比，本发明在此方向上的刚度得到较大的提高。

附图说明

图1为本发明定向天线示意图；

图2为本发明安装示意图；

图3为本发明联动压紧装置结构示意图；

图4为本发明释放装置示意图；其中4a为压紧状态示意图，4b为释放状态示意图；

图5为本发明独立压紧装置结构示意图；

图6为本发明辅助支撑结构示意图。

具体实施方式

图1为定向天线示意图，其中：51-反射面，52-反射面支架，53-B轴，54-轴间支架，55-A轴，56-A轴支架，57-伸展臂，58-系统安装板，59-展开机构，下面结合图1的结构详细介绍本发明。

图2为本发明安装在图1中结构的示意图。本发明压紧释放装置包括3个联动压紧装置1、2个独立压紧装置2和释放装置3；所述的3个联动压紧装置1安装在星载天线反射面支架52上，并且根据星载天线的具体结构及操作要求沿所述反射面51圆周尽可能均布；3个联动压紧装置1通过联动绳14与释放装置3连接；所述的2个独立压紧装置2一个安装在星载天线驱动轴A轴55和B轴53的轴间支架54上，另一个安装在驱动轴A轴支架56上。为了提高整个系统的基频，增加系统刚度，本发明还可以包括一个辅助支撑4，辅助支撑4安装在星载天线驱动轴B轴的下方。

整套机构依据杠杆增力原理和力隔离原则设计，通过联动机构将各压紧点组成一个统一体，使得多点压紧仅通过一个火工切割器即可控制，从而通过一点释放即可完成全部压紧释放动作。机构的运动由三个主要动作组成：切割、联动、解锁，分别由火工切割器、联动绳、压紧座三部分完成。

结合图3、图4具体说明本发明的联动压紧装置的工作过程。其中，联动压紧装置1包括压紧带11、板簧12、压紧座13、联动绳14和曲柄15；释放装置3包括拉杆31、压盖32、火工切割器二33、防逃钢丝绳34和切割器座35；具体为：反射面支架52与压紧带11一端的长圆孔用螺钉相连，而压紧带11的另一端被曲柄15(短臂端)压在压紧座13的半圆型凹槽内；压紧带11上的预紧力通过专用工具施加，拉紧压紧带11与板的连接端，并控制拉紧力达到某一值；由于这个力的作用使反射面支架52的圆锥与压紧座13正上方的锥套相配合，使其在压紧带11的垂直面内无法移动，从而可承受剪切力。曲柄15的长臂端被联动绳14拉紧，使其不能转动，从而达到锁定压紧带11及反射面支架52的目的。另外，在曲柄15长臂端有一个提供与压紧力相反的板簧12。联动绳14两端各有一个小球，其中一个与曲柄15相连，一个被切割器座35上和压盖32上的两个对应的半圆型凹槽扣住；联动绳14通过转向器转变拉力方向，并通过对转向器的纵向位置进行调节，可使联动绳上的拉力达到某一数值。压盖32被从其中心穿过的两端都有螺纹的拉杆31和一个螺母固定在切割器座35上，采用防逃钢丝绳34，一方面可防止冲击，一方面保证拉杆31在被火工品切割器二33切断后不会飞出，并在拉杆31切断后给压盖32一个弹力，使其弹开，确保联动绳14的小球越过半圆槽，实现解锁动作。压紧带，其由Ti-15-3材料加工。

图5为本发明独立压紧装置2结构示意图，包括压紧杆21、独立压紧座22、火工切割器23和缓冲组件24；独立压紧座22的上表面与星载天线驱动轴的轴间支架54相接触，火工切割器23沿径向穿过独立压紧座22的腔体底部，并固定在独立压紧座22上；两个独立压紧装置2的压紧杆21分别沿轴向依次穿过连接支架(其中一个穿过轴间支架54，另一个穿过A轴支架56)、独立压紧座22的腔体、火工切割器23，压紧杆21的上端固定在所述的连接支架上，下端固定在独立压紧座22的底部，通过压紧杆21将所述的连接支架与独立压紧座22压合到一起；缓冲组件24置于压紧杆21的上方，并于所述的连接支架连接。预紧时，通过压紧杆21施加压紧力；解锁时，火工切割器23切断压紧杆21，实现释放功能；缓冲组件24采用铝蜂窝来吸收动能，实现缓冲的功能，同时能够保证压紧杆21被切断后不会飞出。为了增加连接支架与独立压紧座22之间的摩擦力，在独立压紧座22的上表面与星载天线驱动轴的连接支架接触面之间涂高摩擦涂层。在垂直火工切割器23切刀运动方向的表面通过加筋使其形成稳定的三角形结构，以提高独立压紧座22在此方向上的刚度。

图6为本发明所述的辅助支撑4包括辅助支撑座41、支撑杆42、支撑螺母43和过渡螺母44，支撑杆42通过过渡螺母44穿过辅助支承座41，支撑杆42两端分别安装支撑螺母43。安装时使支撑杆42无法转动，只能沿轴向运动，通过支撑螺母43调节高度。过渡螺母44为内圈为细牙螺纹、外圈与辅助支撑座41配合，减小支撑杆42与辅助支撑座41之间的间隙，提高压紧的可靠性。

对图1所示的定向天线进行力学环境试验，包括：正弦振动、随机振动、冲击试验、加速度试验；压紧释放机构的作用下整个定向天线能够承受以上试验载荷的考核；试验条件如下：

表1鉴定级正弦振动试验量级

表2鉴定级随机振动试验量级

表3冲击鉴定试验条件

冲击加速度	50g
		冲击波形	近似半正弦波
持续时间	6ms
		冲击方向	±X、±Y、±Z
冲击次数	每个方向一次

表4加速度试验条件

加速度	9g
		加速度方向	卫星X轴方向
试验时间	达到最大后保持2min
		加载速率	不大于5g/min

试验结果证明：本发明在定向天线中的应用，使其在锁紧状态下的强度和刚度满足发射段的环境要求；满足在飞行器入轨后可靠解锁的要求。本发明现已完成飞行试验，解锁后定向天线系统工作正常。

根据上述试验以及分析表明，该压紧释放机构具有如下主要性能指标：

在卫星发射后500小时内，压紧释放机构的解锁可靠度为：0.99943。压紧释放机构的质量为2kg。

本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (3)

1.一种星载天线压紧释放机构，其特征在于：包括3个联动压紧装置(1)、2个独立压紧装置(2)和释放装置(3)；所述的3个联动压紧装置(1)安装在星载天线反射面支架上，并且沿所述反射面周向布置；3个联动压紧装置(1)通过联动绳与释放装置(3)连接；所述的2个独立压紧装置(2)安装在星载天线两个驱动轴的轴间支架和其中一个驱动轴与伸展臂的连接处；

所述的联动压紧装置(1)包括压紧带(11)、板簧(12)、压紧座(13)、联动绳(14)和曲柄(15)，压紧带(11)一端连接在星载天线的发射面支架上，另一端固定一芯轴，所述芯轴置于压紧带(11)侧面槽中，压紧时通过曲柄(15)地一端将芯轴限制在所述槽中，曲柄(15)的另一端连接联动绳(14)，板簧(12)安装在压紧座(13)上，其活动端与曲柄(15)的下表面接触，联动绳(14)通过压紧座(13)上的拉环与释放装置(3)相连；释放时，释放装置(3)断开联动绳(14)，曲柄(15)在板簧(12)的作用下弹开，释放压紧带(11)，实现释放；

所述的独立压紧装置(2)包括压紧杆(21)、独立压紧座(22)、火工切割器(23)和缓冲组件(24)；独立压紧座(22)的上表面与星载天线驱动轴的连接支架相接触，火工切割器(23)沿径向穿过独立压紧座(22)的腔体底部，并固定在独立压紧座(22)上；压紧杆(21)沿轴向依次穿过所述的连接支架、独立压紧座(22)的腔体、火工切割器(23)，压紧杆(21)的上端固定在所述的连接支架上，下端固定在独立压紧座(22)的底部，通过压紧杆(21)将所述的连接支架与独立压紧座(22)压合到一起；缓冲组件(24)置于压紧杆(21)的上方，并于所述的连接支架连接；

所述的释放装置(3)包括拉杆(31)、压盖(32)、火工切割器二(33)、防逃钢丝绳(34)和切割器座(35)；火工切割器二(33)沿径向穿过切割器座(35)的腔体底部，并固定在切割器座(35)上；防逃钢丝绳(34)穿过拉杆(31)，其两端分别穿过压盖(32)与切割器座(35)接触面孔固定于切割器座(35)的侧面；拉杆(31)沿轴向依次穿过压盖(32)、切割器座(35)的腔体、火工切割器二(33)，其上端固定在压盖(32)上，下端与切割器座(35)固定，联动绳(14)的绳头穿过压盖(32)与切割器座(35)接触面孔扣在压盖(32)与切割器座(35)形成的腔体内。

2.根据权利要求1所述的一种星载天线压紧释放机构，其特征在于：还包括辅助支撑(4)，辅助支撑(4)安装在星载天线最前端驱动轴的下方，用以提供支撑点、提高星载天线的基频。

3.根据权利要求2所述的一种星载天线压紧释放机构，其特征在于：所述的辅助支撑(4)包括辅助支撑座(41)、支撑杆(42)、支撑螺母(43)和过渡螺母(44)，支撑杆(42)通过过渡螺母(44)穿过辅助支承座(41)，支撑杆(42)两端分别安装支撑螺母(43)。