CN107697321A - 一种皮卫星开放式锁紧分离装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种皮卫星开放式锁紧及分离装置，包括分离底板、锁紧分离模块以及顶推模块，所述锁紧分离模块包括：两个滑动件，对称布置且滑动安装在所述分离底板的两侧；两个切割单元，分别安装在对应的滑动件上；两个弹性单元，分别将对应的滑动件与所述分离底板连接，在所述滑动件位于所述锁紧位置时变形提供解锁的驱动力，该驱动力释放后使两个滑动件滑动至相互远离的解锁位置；两组锁紧件，分别安装在对应的滑动件上且在所述滑动件位于所述锁紧位置时将卫星压紧在顶推模块上；锁紧绳，同时绕装在两个切割单元的切割面上且使两个滑动件滑动到相互靠近的锁紧位置；本发明结构简单，安装方便，工作稳定，研制成本低。

Description

一种皮卫星开放式锁紧分离装置
技术领域
本发明涉及航空飞行器技术领域，特别涉及一种皮卫星开放式锁紧分离装置。
背景技术
卫星的发射成本直接与整星的重量相关，一般卫星的发射成本在每公斤2万美元，卫星的锁紧及分离装置作为整星的一部分，重量上占有相当大的比例，如何能有效的减轻重量一直是诸多专家学者关注的问题。
常规的皮卫星特别是Cubesat卫星，一般的采用的分离机构都是通过舱门将卫星固定在筒状分离机构内，通过钛杆将舱门锁紧，分离时通过火攻装置切断钛杆，舱门打开的同时，卫星从分离机构释放。例如公开号为CN105151330A的专利文献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；上述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。
又例如公开号为CN104527997A的专利文献公开了一种用于连接和解锁卫星的同步装置，包括固定安装在卫星两侧的一对销槽，以及通过同步驱动机构安装在卫星分离部件上且与该对销槽分别配合的一对活动锁销，所述同步驱动机构包括：底座，固定在卫星分离部件上；支撑杆，一端铰接在底座上；直推杆，一端与支撑杆的自由端铰接；横推杆，中部与直推杆的自由端铰接；一对联动机构，对称布置在直推杆两侧，对应连接所述活动锁销和横推杆的两端，用于将横推杆的水平推力同时传送至所述一对活动锁销驱动该对活动锁销同时脱离对应的销槽。上述通过纯机械结构来连接分离卫星，结构简单，安装方便，工作稳定，特别适合在地面上代替火工品进行卫星分离试验，从而大大降低试验成本。
但是上述的分离机构都具有结构复杂、重量重、解锁有冲击的缺点。当卫星在进入预定轨道后即从火箭分离，这对卫星的热控没有特殊要求，可以采用开放式的分离方式，可有效降低分离机构的重量。针对卫星的在轨需求和常规设计的缺点，需要研发一款结构更简单、重量更轻、解锁无冲击的皮通用锁紧及分离装置。
发明内容
本发明提供了一种皮卫星开放式锁紧分离装置，结构简单，安装方便，运行可靠，可以有效锁紧及分离皮卫星。
一种皮卫星开放式锁紧及分离装置，包括分离底板、锁紧分离模块以及顶推模块，所述锁紧分离模块包括：
两个滑动件，对称布置且滑动安装在所述分离底板的两侧，包括相互靠近的锁紧位置以及相互远离的解锁位置；
两个切割单元，分别安装在对应的滑动件上；
两个弹性单元，分别将对应的滑动件与所述分离底板连接，在所述滑动件位于所述锁紧位置时变形提供解锁的驱动力，该驱动力释放后使两个滑动件滑动至相互远离的解锁位置；
两组锁紧件，分别安装在对应的滑动件上且在所述滑动件位于所述锁紧位置时将卫星压紧在顶推模块上；
锁紧绳，同时绕装在两个切割单元的切割面上且使两个滑动件滑动到相互靠近的锁紧位置。
本发明通过同一锁紧绳来控制两组锁紧件工作，简单快速且有效地使卫星与火箭分离。
所述顶推模块用于在解锁时提供分离力，包括套筒、安装在套筒内的推杆以及分离弹簧。
为了能有效锁紧稳定地卫星，优选的，所述锁紧件为两个布置在同一侧且固定在同一滑动件上的拉杆，所述拉杆一端固定在所述滑动件上，另一端向上延伸并向内翻折形成压在卫星凸台上的压紧部。
为了方便安装绳索，优选的，所述滑动件包括：
挡板，用于连接弹性单元和安装切割单元；
导向杆，一端固定在所述挡板上与所述分离底板滑动连接，另一端连接所述拉杆。
所述分离底板上设有对应每个导向杆设置的支撑板，所述支撑板上设有与所述导向杆配合的导向孔。
为了方便安装和制造，优选的，两个支撑板布置在对应挡板的外侧，所述弹性单元安装在所述支撑板和挡板之间。
为了方便安装和制造，优选的，所述弹性单元为拉簧，所述拉簧的两端分别与所述支撑板和挡板连接。拉簧取材方便，便于控制精度。
为了方便解锁，优选的，所述切割单元采用热刀，固定在所述挡板的中间。热刀加热反应快、切割绳索速度快，两侧的绳索可以保证同时断开。
为了更稳定的锁定卫星，优选的，所述分离底板的顶面设有与卫星底部形状相适应的凹槽。
为了更稳定的锁定卫星，进一步优选的，所述凹槽的边沿设有与卫星凸台形状相适应的卡槽，所述拉杆的压紧部位于所述卡槽的正上方。进一步优选的，所述压紧部同时嵌入对应的卡槽内，安装的匹配性更高。
为了方便制造和安装，优选的，所述锁紧绳为尼龙绳。尼龙绳取材方便
本发明的有益效果：
本发明的皮卫星开放式锁紧及分离装置可以有效实现皮卫星锁紧，通过切割锁紧绳，能有效实现卫星的分离，此结构简化了以往的皮卫星采用舱门和钛杆锁紧的复杂结构，锁紧及分离装置从原来的3.5kg降低到1kg以下，结构简单，安装方便，工作稳定，研制成本低。
附图说明
图1为本发明的皮卫星开放式锁紧及分离装置在锁紧状态下的结构示意图。
图2为图1的俯视图。
图3为图1的左视图。
图4为本发明的皮卫星开放式锁紧及分离装置在锁紧状态且无卫星的结构示意图。
图5为图4的俯视图。
图6为图4的左视图。
图7为本发明的皮卫星开放式锁紧及分离装置在解锁状态下的结构示意图。
图8为图7的俯视图。
图9为图7的左视图。
具体实施方式
如图1～6所示，本实施例的皮卫星开放式锁紧及分离装置包括分离底板1、四个套筒2、四个推杆3、四个分离弹簧4、四个拉杆5、两个挡板6、四个拉簧7、四个挂钩8、两个热刀架9、两个热刀10和尼龙绳11。当卫星12需要锁紧时，卫星12放入分离底板1，通过尼龙绳11将两个拉杆5拉紧，使拉杆5的压紧部501在拉簧的作用下与卫星12的四个凸台1201接触，卫星12被锁紧；
当卫星12需要分离时，给热刀10通电，尼龙绳11在热刀的作用下熔断，拉杆5在拉簧7的作用下与卫星12脱离接触，实现卫星12分离。其中，分离底板1固定在火箭上，套筒2固定在分离底板1上，分离弹簧4与套筒2配合安装，推杆3与套筒2和分离弹簧4配合安装形成顶推模块，挡板6与拉杆5通过导向杆502连接，导向杆502与分离底板1上的支撑板101进行运动导向；卫星12放置在分离底板1上，与拉杆5和推杆3接触；挂钩8固定分离底板1和挡板6上，拉簧一端与分离底板1的支撑板101上的挂钩相连，另外一端与挡板6上挂钩相连；热刀架9固定在对应的挡板6顶部的中间位置；热刀10固定热刀架9上，尼龙绳11同时绕在两个热刀10上。
拉杆5与挡板6通过导向杆502连接，并通过分离底板1上的支撑板进行导向，拉杆5的压紧部501与卫星12的四个凸台1201的顶部抵触。
挡板6通过挂钩8与拉簧7相连，热刀架9安装在挡板6上，热刀10固定在热刀架9上，挡板6通过尼龙绳11锁紧。
两组拉杆5、挡板6、拉簧7、热刀架9和热刀10为对称布置。
拉杆5一端固定在导向杆502上，另一端向上延伸并向内翻折形成压在卫星12的凸台1201上的压紧部501。
导向杆502一端固定在挡板6上与分离底板1滑动连接，另一端连接拉杆5。分离底板1上设有对应每个导向杆502设置的支撑板101，支撑板101上设有与导向杆502配合的导向孔。两个支撑板101布置在对应挡板6的外侧。
分离底板1的顶面设有与卫星12底部形状相适应的凹槽。凹槽的边沿设有与卫星的凸台1201形状相适应的卡槽，导向杆502穿过卡槽的底部后连接的拉杆5在向上延伸且压紧部501位于卡槽的正上方。
另外对卫星的受力情况进行分析，在XYZ坐标系下：
卫星12在X和Y方向由于有分离底板1的凹槽的约束，受力状态较好，Z方向所受的载荷最大，因此主要对Z方向进行计算说明。
卫星12质量为m＝3kg，卫星12在三个方向的载荷是G＝10g，单个分离弹簧4力最大为F1＝75N。
卫星12锁紧时四个拉杆5所需提供Z方向的力FZ＝mG+4F1＝600N；
解锁分离时拉杆5需要克服与卫星的摩擦力fX＝μFZ＝60-120N，一般μ＝0.1-0.2，
单个拉杆5在Z方向承受的力为FZ/4＝150N；
单个拉簧7提供的力只要大于fX/4＝15-30N，卫星12就能解锁；
尼龙绳11提供的锁紧力只要大于fX就能确保卫星的锁紧。

Claims (9)

1.一种皮卫星开放式锁紧及分离装置，包括分离底板、锁紧分离模块以及顶推模块，其特征在于，所述锁紧分离模块包括：
两个滑动件，对称布置且滑动安装在所述分离底板的两侧，包括相互靠近的锁紧位置以及相互远离的解锁位置；
两个切割单元，分别安装在对应的滑动件上；
两个弹性单元，分别将对应的滑动件与所述分离底板连接，在所述滑动件位于所述锁紧位置时变形提供解锁的驱动力，该驱动力释放后使两个滑动件滑动至相互远离的解锁位置；
两组锁紧件，分别安装在对应的滑动件上且在所述滑动件位于所述锁紧位置时将卫星压紧在顶推模块上；
锁紧绳，同时绕装在两个切割单元的切割面上且使两个滑动件滑动到相互靠近的锁紧位置。
2.如权利要求1所述的皮卫星开放式锁紧及分离装置，其特征在于，所述锁紧件为两个布置在同一侧且固定在同一滑动件上的拉杆，所述拉杆一端固定在所述滑动件上，另一端向上延伸并向内翻折形成压在卫星凸台上的压紧部。
3.如权利要求2所述的皮卫星开放式锁紧及分离装置，其特征在于，所述滑动件包括：
挡板，用于连接弹性单元和安装切割单元；
导向杆，一端固定在所述挡板上与所述分离底板滑动连接，另一端连接所述拉杆。
所述分离底板上设有对应每个导向杆设置的支撑板，所述支撑板上设有与所述导向杆配合的导向孔。
4.如权利要求3所述的皮卫星开放式锁紧及分离装置，其特征在于，两个支撑板布置在对应挡板的外侧，所述弹性单元安装在所述支撑板和挡板之间。
5.如权利要求4所述的皮卫星开放式锁紧及分离装置，其特征在于，所述弹性单元为拉簧，所述拉簧的两端分别与所述支撑板和挡板连接。
6.如权利要求3所述的皮卫星开放式锁紧及分离装置，其特征在于，所述切割单元采用热刀，固定在所述挡板的中间。
7.如权利要求2所述的皮卫星开放式锁紧及分离装置，其特征在于，所述分离底板的顶面设有与卫星底部形状相适应的凹槽。
8.如权利要求7所述的皮卫星开放式锁紧及分离装置，其特征在于，所述凹槽的边沿设有与卫星凸台形状相适应的卡槽，所述拉杆的压紧部位于所述卡槽的正上方。
9.如权利要求1所述的皮卫星开放式锁紧及分离装置，其特征在于，所述锁紧绳为尼龙绳。
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