CN106516170B - 一种航天器液路断接器双组同步分离装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种航天器液路断接器双组同步分离装置，属于航天器技术领域，包括：两组分离动力组件、固定基座、分离支架、导向外筒、导向内筒、分离螺母及连接螺杆；所述分离动力组件用于提供分离支架与固定基座分离的动力；分离支架的安装板压紧在固定基座上；导向内筒固定在分离支架的矩形架体内，导向外筒套装在导向内筒的外圆周面上；分离螺母安装在导向内筒内，其一端固定在分离支架的矩形架体顶部，另一端与连接螺杆连接；两个分离动力组件对称安装在分离螺母的两侧，每个分离动力组件的两端分别与分离支架和固定基座固定连接；该装置能够在航天器的舱段分离前预先自主实现舱间液路断接器的全程平动拔脱分离。

Description

一种航天器液路断接器双组同步分离装置

技术领域

本发明属于航天器技术领域，具体涉及一种航天器液路断接器双组同步分离装置。

背景技术

航天器通常由多个相互连接的舱段组成，对于配置流体回路热控系统的航天器，往往需要在舱段对接面设置舱间液路断接器，以形成流体回路的跨舱段布局，实现舱间热控工质的贯通与断开。通常情况下，舱间液路断接器随舱段之间的机械对接而贯通，随舱段之间的机械分离而断开。但是，液路断接器自身设有较大的插拔载荷和导向行程，加之多组液路断接器必然呈现分离不同步性，其在轨随舱段分离时对舱段分离姿态产生的扰动影响不可忽视，极端情况下甚至导致航天器分离任务的失败。

因此，确有必要在航天器舱段分离前预先完成舱间液路断接器的拔脱分离，可避免液路断接器对舱段分离姿态产生扰动，提高航天器舱段分离的可靠性与安全性。

我国神舟系列载人飞船在推进舱与返回舱分离之前，通过摆动分离装置实现十余组舱间液路/气路/电路断接器的预先自主拔脱分离，参见2004年第13卷第4期《航天器工程》中娄汉文等发表的《神舟飞船舱段之间连接分离方案》一文；该装置是基于火工锁连接释放和弹簧分离的摆动机构，其摆动分离的运动特点，一方面限制断接器的安装方向须垂直于舱壁，这并不利于断接器配套管路及电缆的走线布局，另一方面导致该装置只能设置在舱壁外侧，不但占用运载包络空间，而且需要实施热控防护，带来额外的资源需求和代价。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种航天器液路断接器双组同步分离装置，能够在航天器的舱段分离前预先自主实现舱间液路断接器的全程平动拔脱分离，期间通过对双组液路断接器校正分离姿态以维持分离同步性，有效提高双组液路断接器分离的可靠性。

本发明是通过下述技术方案实现的：

一种航天器液路断接器双组同步分离装置，包括：两组分离动力组件、固定基座、分离支架、导向外筒、导向内筒、分离螺母、连接螺杆、锁紧球垫、锁紧螺母、脱杆弹簧及弹簧压帽；

所述锁紧球垫为球缺状结构；

所述固定基座上加工有用于安装两个液路断接器的安装孔,其中心加工有用于安装锁紧球垫的球缺槽；

所述分离支架包括安装板和设置在安装板中部的矩形架体；安装板上加工有用于安装两个液路断接器的安装孔；

所述导向外筒一端的内圆周面上设有环形分瓣凸台，另一端设有方形安装法兰；所述导向内筒一端的外圆周面上设有环形分瓣凸台，另一端设有方形安装法兰；

所述分离动力组件用于提供分离支架与固定基座分离的动力；

整体连接关系如下：分离支架的安装板压紧在固定基座上，且分离支架的安装孔与固定基座的安装孔相对；导向内筒通过其方形安装法兰固定在分离支架的矩形架体内，导向外筒套装在导向内筒的外圆周面上，其内圆周面设有环形分瓣凸台的一端向上，另一端通过其方形安装法兰固定在固定基座上；其中，导向外筒内圆周面上的环形分瓣凸台与导向内筒的外圆周面相抵触，导向内筒底部外圆周面上的环形分瓣凸台与导向外筒的内圆周面相抵触，导向外筒与导向内筒为间隙配合的圆柱滑动副；

分离螺母安装在导向内筒内，其一端固定在分离支架的矩形架体顶部，另一端与连接螺杆的一端连接；连接螺杆的另一端穿过固定支座后，在其端部固定锁紧螺母和弹簧压帽，脱杆弹簧安装在连接螺杆上，且脱杆弹簧的一端抵触在弹簧压帽上，另一端抵触在固定支座上，并使得锁紧螺母与安装在固定支座的球缺槽内的锁紧球垫相抵触；连接螺杆、分离螺母、锁紧球垫及锁紧螺母实现对分离支架和固定基座的预紧加载；

两个分离动力组件对称安装在分离螺母的两侧，每个分离动力组件的两端分别与分离支架和固定基座固定连接；两个液路断接器与两个分离动力组件呈正交对称布置，液路断接器的固定端与固定基座固定连接，液路断接器的分离端与分离支架的安装板固定连接。

进一步的，所述分离动力组件包括：分离弹簧、弹簧套筒、弹簧端盖、随动导杆、关节球窝、关节球顶及缓冲器；

所述随动导杆的一端加工为球状结构；

弹簧套筒固定在分离支架的矩形架体顶部；关节球窝固定在固定基座上，关节球顶安装在关节球窝内，关节球窝的内腔和关节球顶的表面形成球形槽；随动导杆位于分离支架的矩形架体内，其一端的球状结构与所述球形槽配合，该端安装有弹簧端盖，随动导杆的另一端穿过弹簧套筒后在该端端部固定有缓冲器；分离弹簧安装在随动导杆上，且分离弹簧的两端分别与弹簧端盖和弹簧套筒相抵触。

进一步的，还包括定位锥座；所述定位锥座上加工有用于安装两个液路断接器的安装孔，定位锥座的安装孔内圆周面加工为圆锥面；

所述分离支架的安装孔的端面加工有同轴的环形限位台，环形限位台外侧面为圆锥面；

定位锥座安装在固定基座与分离支架之间，且定位锥座的安装孔的圆锥面与分离支架的环形限位台的圆锥面相配合。

进一步的，所述分离螺母选用火工式分离螺母或气动式分离螺母。

进一步的，所述导向外筒与导向内筒的配合表面喷涂有二硫化钼固体润滑膜。

进一步的，所述缓冲器为薄壁多孔金属管。

进一步的，所述分离支架还包括固定在矩形架体和安装板垂直连接面上的三角形肋板。

有益效果：(1)本发明在航天器舱段分离前实现对舱间液路断接器的解锁分离，不影响航天器分离时各舱段分离速度与分离姿态，提高了航天器分离的可靠性和安全性；

(2)本发明的安装位置和方向不受航天器分离方向限制，可以安装在航天器舱内，无需额外占用运载包络空间和热控资源，亦不影响液路断接器管路的走线布局，适用范围更加广泛；

(3)本发明通过刚性导向能够校正液路断接器的拔脱分离姿态，可实现双组液路断接器较高的分离同步性，克服液路断接器管路较大的附加弯矩，避免液路断接器拔脱卡滞或卡死，提高了双组液路断接器分离的可靠性。

(4)本发明的分离支架与固定基座之间通过导向外筒和导向内筒实现刚性导向分离，保证双组液路断接器分离同步且姿态对正；导向外筒与导向内筒具有末端限位功能且便于重复拆装，导向外筒与导向内筒的配合表面喷涂二硫化钼固体润滑膜，能够降低摩擦并防止真空冷焊。

(5)本发明通过设计分离弹簧的弹簧力值，能够满足不同的分离裕度和分离速度要求；通过调节缓冲器的壁厚能够改变缓冲力特性，通过调节缓冲器安装位置可改变分离支架与固定基座的分离相对行程。

(6)本发明的锁紧球垫与固定支座之间为球面副配合，其转动自由度可弥补相关零件的制造及装配误差，防止预紧加载后连接螺杆承受弯矩影响其承载性能；定位锥座与分离支架之间为锥面副配合，不但可为相关零件的对接安装提供定位，并且能够传递横向载荷，避免外载作用后连接螺杆承受弯矩影响其承载性能；随动导杆与关节球窝及关节球顶装配组成关节轴承，作为分离弹簧的浮动支承，避免对分离运动产生导向过约束。

附图说明

图1为本发明连接状态下的剖面主视图。

图2为本发明连接状态下的剖面左视图。

图3为本发明连接状态下的立体构型示意图。

图4为本发明分离状态下的立体构型示意图。

图5为本发明分离状态下的剖面主视图。

图6为本发明分离状态下的剖面左视图。

图7是本发明中导向外筒与导向内筒的装配示意图。

其中，1-固定基座，2-定位锥座，3-分离支架，4-导向外筒，5-导向内筒，6-分离弹簧，7-弹簧套筒，8-弹簧端盖，9-随动导杆，10-关节球窝，11-关节球顶，12-缓冲器，13-分离螺母，14-连接螺杆，15-锁紧球垫，16-锁紧螺母，17-脱杆弹簧，18-弹簧压帽，19-固定端，20-分离端。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种航天器液路断接器双组同步分离装置，参见附图1和2，包括：两组分离动力组件、固定基座1、定位锥座2、分离支架3、导向外筒4、导向内筒5、分离螺母13、连接螺杆14、锁紧球垫15、锁紧螺母16、脱杆弹簧17及弹簧压帽18；

所述锁紧球垫15为球缺状结构；

所述固定基座1上加工有用于安装两个液路断接器的安装孔,其中心加工有用于安装锁紧球垫15的球缺槽；

所述定位锥座2上加工有用于安装两个液路断接器的安装孔，定位锥座2的安装孔内圆周面加工为圆锥面，定位锥座2的中心加工有中心孔；

所述分离支架3包括：安装板、设置在安装板中部的矩形架体及固定在矩形架体和安装板之间的三角形肋板；安装板上加工有用于安装两个液路断接器的安装孔，所述安装孔的端面加工有同轴的环形限位台，环形限位台外侧面为圆锥面；

所述导向外筒4一端的内圆周面上设有环形分瓣凸台，另一端设有方形安装法兰；所述导向内筒5一端的外圆周面上设有环形分瓣凸台，另一端设有方形安装法兰；

所述分离螺母13选用火工式分离螺母或气动式分离螺母；

所述分离动力组件用于提供分离支架3与固定基座1分离的动力；

整体连接关系如下：定位锥座2的一端固定在固定基座1上，定位锥座2上的安装孔与固定基座1上的安装孔相对；分离支架3的安装板压紧在定位锥座2的另一端，分离支架3的环形限位台的圆锥面与定位锥座2的安装孔的圆锥面相配合；定位锥座2与分离支架3之间为锥面副配合，不但可为相关零件的对接安装提供定位，并且能够传递横向载荷，避免外载作用后连接螺杆14承受弯矩影响其承载性能；

参见附图7，导向内筒5通过其方形安装法兰固定在分离支架3的矩形架体内，导向外筒4套装在导向内筒5的外圆周面上，其内圆周面设有环形分瓣凸台的一端向上，另一端通过其方形安装法兰固定在固定基座1上；其中，导向外筒4内圆周面上的环形分瓣凸台与导向内筒5的外圆周面相抵触，导向内筒5底部外圆周面上的环形分瓣凸台与导向外筒4的内圆周面相抵触；导向外筒4与导向内筒5为间隙配合的圆柱滑动副，配合结构为分瓣式互错凸台，具有末端限位功能且便于重复拆装，配合表面喷涂二硫化钼固体润滑膜，用于降低摩擦并防止真空冷焊；

分离螺母13安装在导向内筒5内，其一端固定在分离支架3的矩形架体顶部，另一端与连接螺杆14的一端连接；连接螺杆14的另一端穿过固定支座1后，固定有锁紧螺母16和弹簧压帽18，脱杆弹簧17安装在连接螺杆14上，且脱杆弹簧17的一端抵触在弹簧压帽18上，另一端抵触在固定支座1上，并使得锁紧螺母16与安装在固定支座1的球缺槽内的锁紧球垫15相抵触；锁紧球垫15与固定支座1之间为球面副配合，其转动自由度可弥补相关零件的制造及装配误差，防止预紧加载后连接螺杆14承受弯矩影响其承载性能；

两个分离动力组件对称安装在分离螺母13的两侧，每个分离动力组件的两端分别与分离支架3和固定基座1固定连接；

其中，所述分离动力组件包括：分离弹簧6、弹簧套筒7、弹簧端盖8、随动导杆9、关节球窝10、关节球顶11及缓冲器12；

所述分离弹簧6用于提供分离支架3分离运动的主要驱动力，通过弹簧力值设计，可满足不同的分离裕度和分离速度要求；

所述随动导杆9的一端加工为球状结构；

所述缓冲器12为薄壁多孔金属管，通过自身压溃变形实现缓冲吸能，降低分离运动到位冲击效应，通过调节缓冲器12壁厚可改变缓冲力特性，通过调节缓冲器12安装位置可改变分离行程；

弹簧套筒7固定在分离支架3的矩形架体顶部；关节球窝10固定在固定基座1上，关节球顶11安装在关节球窝10内，关节球窝10的内腔和关节球顶11的表面形成球形槽；随动导杆9位于分离支架3的矩形架体内，其一端的球状结构与所述球形槽配合，该端安装有弹簧端盖8，随动导杆9的另一端穿过弹簧套筒7后在该端端部固定有缓冲器12；分离弹簧6安装在随动导杆9上，且分离弹簧6的两端分别与弹簧端盖8和弹簧套筒7相抵触；

工作原理：参见附图3-6，两个液路断接器与两个分离动力组件呈正交对称布置，液路断接器的固定端19与固定基座1固定连接，液路断接器的分离端20与分离支架3的安装板固定连接；通过改变分离支架3与固定基座1之间相对位置即可实现液路断接器的固定端19和分离端20插接贯通或拔脱分离；

当液路断接器的固定端19和分离端20插接贯通时，利用连接螺杆14配合分离螺母6、锁紧球垫15及锁紧螺母16完成预紧加载，将分离支架3通过定位锥座2与固定基座1对接压紧，保证液路断接器的固定端19和分离端20插接贯通；

当液路断接器的固定端19和分离端20拔脱分离时，首先分离螺母13解锁释放连接螺杆14，分离支架3与固定基座1之间连接关系解除，随后连接螺杆14在脱杆弹簧17推力作用下向远离分离螺母13的方向进行拔杆运动，同时分离支架3在分离弹簧6推力作用下向远离固定基座1的方向进行分离运动，直到分离支架3上的弹簧套筒7抵触到缓冲器12，缓冲器12对分离支架3进行缓冲吸能，最终缓冲停止后，分离支架3在分离弹簧6残余推力作用下稳定停驻，保证液路断接器的固定端19和分离端20拔脱分离；

其中，分离支架3与固定基座1之间通过导向外筒4和导向内筒5实现刚性导向分离，保证双组液路断接器分离同步且姿态对正。

随动导杆9与关节球窝10及关节球顶11装配组成关节轴承，作为分离弹簧6的浮动支承，避免对分离运动产生导向过约束；

脱杆弹簧17用于提供连接螺杆14拔杆运动的主要驱动力，避免其无约束大幅晃动引起动态干涉。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种航天器液路断接器双组同步分离装置，其特征在于，包括：两组分离动力组件、固定基座(1)、分离支架(3)、导向外筒(4)、导向内筒(5)、分离螺母(13)、连接螺杆(14)、锁紧球垫(15)、锁紧螺母(16)、脱杆弹簧(17)及弹簧压帽(18)；

所述锁紧球垫(15)为球缺状结构；

所述固定基座(1)上加工有用于安装两个液路断接器的安装孔，其中心加工有用于安装锁紧球垫(15)的球缺槽；

所述分离支架(3)包括安装板和设置在安装板中部的矩形架体；安装板上加工有用于安装两个液路断接器的安装孔；

所述导向外筒(4)一端的内圆周面上设有环形分瓣凸台，另一端设有方形安装法兰；所述导向内筒(5)一端的外圆周面上设有环形分瓣凸台，另一端设有方形安装法兰；

所述分离动力组件用于提供分离支架(3)与固定基座(1)分离的动力；

整体连接关系如下：分离支架(3)的安装板压紧在固定基座(1)上，且分离支架(3)的安装孔与固定基座(1)的安装孔相对；导向内筒(5)通过其方形安装法兰固定在分离支架(3)的矩形架体内，导向外筒(4)套装在导向内筒(5)的外圆周面上，其内圆周面设有环形分瓣凸台的一端向上，另一端通过其方形安装法兰固定在固定基座(1)上；其中，导向外筒(4)内圆周面上的环形分瓣凸台与导向内筒(5)的外圆周面相抵触，导向内筒(5)底部外圆周面上的环形分瓣凸台与导向外筒(4)的内圆周面相抵触，导向外筒(4)与导向内筒(5)为间隙配合的圆柱滑动副；

分离螺母(13)安装在导向内筒(5)内，其一端固定在分离支架(3)的矩形架体顶部，另一端与连接螺杆(14)的一端连接；连接螺杆(14)的另一端穿过固定基座(1)后，在其端部固定锁紧螺母(16)和弹簧压帽(18)，脱杆弹簧(17)安装在连接螺杆(14)上，且脱杆弹簧(17)的一端抵触在弹簧压帽(18)上，另一端抵触在固定基座(1)上，并使得锁紧螺母(16)与安装在固定基座(1)的球缺槽内的锁紧球垫(15)相抵触；连接螺杆(14)、分离螺母(13)、锁紧球垫(15)及锁紧螺母(16)实现对分离支架(3)和固定基座(1)的预紧加载；

两个分离动力组件对称安装在分离螺母(13)的两侧，每个分离动力组件的两端分别与分离支架(3)和固定基座(1)固定连接；两个液路断接器与两个分离动力组件呈正交对称布置，液路断接器的固定端(19)与固定基座(1)固定连接，液路断接器的分离端(20)与分离支架(3)的安装板固定连接。

2.如权利要求1所述的一种航天器液路断接器双组同步分离装置，其特征在于，所述分离动力组件包括：分离弹簧(6)、弹簧套筒(7)、弹簧端盖(8)、随动导杆(9)、关节球窝(10)、关节球顶(11)及缓冲器(12)；

所述随动导杆(9)的一端加工为球状结构；

弹簧套筒(7)固定在分离支架(3)的矩形架体顶部；关节球窝(10)固定在固定基座(1)上，关节球顶(11)安装在关节球窝(10)内，关节球窝(10)的内腔和关节球顶(11)的表面形成球形槽；随动导杆(9)位于分离支架(3)的矩形架体内，其一端的球状结构与所述球形槽配合，该端安装有弹簧端盖(8)，随动导杆(9)的另一端穿过弹簧套筒(7)后在该端端部固定有缓冲器(12)；分离弹簧(6)安装在随动导杆(9)上，且分离弹簧(6)的两端分别与弹簧端盖(8)和弹簧套筒(7)相抵触。

3.如权利要求1所述的一种航天器液路断接器双组同步分离装置，其特征在于，还包括定位锥座(2)；所述定位锥座(2)上加工有用于安装两个液路断接器的安装孔，定位锥座(2)的安装孔内圆周面加工为圆锥面；

所述分离支架(3)的安装孔的端面加工有同轴的环形限位台，环形限位台外侧面为圆锥面；

定位锥座(2)安装在固定基座(1)与分离支架(3)之间，且定位锥座(2)的安装孔的圆锥面与分离支架(3)的环形限位台的圆锥面相配合。

4.如权利要求1所述的一种航天器液路断接器双组同步分离装置，其特征在于，所述分离螺母(13)选用火工式分离螺母或气动式分离螺母。

5.如权利要求1所述的一种航天器液路断接器双组同步分离装置，其特征在于，所述导向外筒(4)与导向内筒(5)的配合表面喷涂有二硫化钼固体润滑膜。

6.如权利要求2所述的一种航天器液路断接器双组同步分离装置，其特征在于，所述缓冲器(12)为薄壁多孔金属管。

7.如权利要求1所述的一种航天器液路断接器双组同步分离装置，其特征在于，所述分离支架(3)还包括固定在矩形架体和安装板垂直连接面上的三角形肋板。