CN107914899B - 一种微卫星在轨释放装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微卫星在轨释放装置，包括手动安装组件、导向组件、弹射组件和驱动组件；手动安装组件包括调节螺杆和限位板，调节螺杆的旋转运动转换为限位板的直线运动；导向组件包括底板和收缩导向杆，收缩导向杆的一端连接在限位板上，另一端连接在推板上；弹射组件包括推板和分离弹簧，分离弹簧串设在收缩导向杆上，分离弹簧的一端连接在推板上，另一端连接在底板上；驱动组件包括电机、定位座、螺杆和锁块，电机带动螺杆旋转运动从而转换为锁块的直线运动，致使锁块上的插销在定位座的预留位置滑动，以锁定微卫星和已压缩的弹射组件。本发明具有可重复性、释放耗能低、电动与手动互为备份、结构简单和释放运动简单可靠等优点。

Description

一种微卫星在轨释放装置

技术领域

本发明属于航空航天飞行器技术领域，涉及一种微小飞行器在轨释放装置，特别涉及一种微卫星在轨释放装置

背景技术

我国载人航天工程三期空间站在各舱段完成在轨组件后，需要完成大量的在轨试验验证与在轨工程应用。微小飞行器在轨释放是目前国际空间站一项重要在轨应用，在轨释放装置进入空间站后长期贮存在空间站舱内，微小飞行器随货运飞船进入空间站后，航天员手动将微小飞行器安装在释放装置后转运到舱外，在机械臂的辅助下完成微小飞行器在轨释放。按照国际空间站的在轨应用的经验，我国空间站完成在轨组件后，也具备微小飞行器在轨释放功能，微小飞行器主要包括外观外形不标准的微卫星与外形外观标准的立方星，微卫星是一种质量在10～100公斤之间的具有某种特定功能的微小飞行器，微卫星的外形包络与质量特性、及其自身的功能需求相关，覆盖范围较大，对释放机构的适应能力提出较高的要求。考虑到各种规格微卫星的释放需求，本发明提供一种微卫星在轨释放装置，该释放装置进入空间站后长期在轨贮存，有微卫星释放需求时，由航天员在轨完成微卫星的安装与测试，释放机构进出舱由转移机构完成，微卫星释放时由机械臂辅助。

发明内容

本发明提供一种微卫星在轨释放装置，该装置可释放多种规格的微卫星，在正常工况下释放过程采用电机驱动锁块运动完成，微卫星的释放动能由分离弹簧的弹性势能提供，微卫星安装于锁定状态时均由手动操作完成；此外，在故障工况下，可手动完成微卫星释放。

本发明的技术方案如下：

一种微卫星在轨释放装置，包括手动安装组件、导向组件、弹射组件和驱动组件；其中，

所述的手动安装组件包括调节螺杆和限位板，所述的调节螺杆穿过所述的限位板并与其丝杠螺母连接，且所述的调节螺杆的一端与底板连接，其中，所述的调节螺杆的旋转运动转换为所述的限位板的直线运动；

所述的导向组件包括所述的底板和若干个收缩导向杆，所述的收缩导向杆穿过所述的底板，其中，所述的收缩导向杆的一端连接在所述的限位板上，另一端连接在用于安装微卫星的推板上；

所述的弹射组件包括所述的推板和分离弹簧，在所述的收缩导向杆上串设有所述的分离弹簧，其中，所述的分离弹簧的一端连接在所述的推板上，另一端连接在所述的底板上；

所述的驱动组件包括电机、定位座、螺杆和锁块，所述的电机和所述的定位座设置在所述的底板上，所述的电机与所述的螺杆连接，所述的螺杆连接在所述的定位座上，其中，所述的螺杆与所述的锁块丝杠螺母连接，所述的螺杆的旋转运动转换为所述的锁块的直线运动，致使所述的锁块上的插销可在所述的定位座的预留位置滑动，以锁定微卫星和已压缩的所述的弹射组件。

优选为，所述的锁块上的插销通过穿过微卫星尾部的腰形固定孔将微卫星锁定。

优选为，所述的调节螺杆的一端通过角接触轴承与所述的底板连接。

优选为，所述的收缩导向杆沿所述的底板的周向间隔设置。

优选为，所述的收缩导向杆的个数为三个，以120°沿所述的底板的周向设置。

优选为，沿所述的底板的周向在两所述的收缩导向杆之间还另设有所述的分离弹簧，所述的分离弹簧呈60°均布。

优选为，所述的弹射组件还包括外护套和内护套，所述的外护套和所述的内护套分别设置在所述的分离弹簧两侧的所述的推板与所述的底座上，以保护所述的分离弹簧。

优选为，所述的导向组件还包括导向套和直线轴承，所述的导向套内安装有两个所述的直线轴承，所述的收缩导向杆在所述的直线轴承的内部滑动。

优选为，所述的螺杆通过两个轴承与锁紧螺母连接在所述的定位座上。

优选为，与所述的电机相连的所述的螺杆的另一端预留手动操作接口。

优选为，所述的手动安装组件还包括大缓冲垫与小缓冲垫，所述的大缓冲垫和所述的小缓冲垫设置在所述的限位板与所述的底板之间。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明的一种微卫星在轨释放装置具有手动安装微卫星、电动安装微卫星、手动释放微卫星、电动释放微卫星、可重复释放等功能，其中，手动安装微卫星由手动安装组件与驱动组件完成，采用舱内操作工具将手动安装组件运动至锁定位置并自锁，之后采用舱内操作工具将驱动组件运动到锁紧位置，最后拆除调节螺杆。电动安装微卫星也由手动安装组件与驱动组件完成，采用舱内操作工具将手动安装组件运动至锁定位置并自锁，之后电机上电后将驱动组件运动到锁紧位置，最后拆除调节螺杆。手动释放微卫星采用操作工具手动将驱动组件运动至释放位置，微卫星在弹射组件与导向组件的作用下完成释放。电动释放微卫星时，驱动组件的电机上电旋转，将驱动组件运动至释放位置，微卫星在弹射组件与导向组件的作用下完成释放。可重复释放功能时单次微卫星释放完成后，将调节螺杆安装到释放机构上，可再次恢复到锁定状态，准备为下一次微卫星释放。

因此，本发明的一种微卫星在轨释放装置，具有可重复性、释放耗能低、电动与手动互为备份、结构简单、释放运动简单可靠等特点。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

图1为本发明的一种微卫星在轨释放装置微卫星安装后锁定状态的结构示意图；

图2为本发明一种微卫星在轨释放装置微卫星释放后解锁状态的结构示意图；

图3是本发明的一种微卫星在轨释放装置锁定状态下驱动组件的剖视图；

图4为本发明一种微卫星在轨释放装置锁定状态下弹射组件、导向组件与手动安装组件的剖视图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应该理解，这些实施例仅用于说明本发明，而不用于限定本发明的保护范围。在实际应用中本领域技术人员根据本发明做出的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

为了更好的说明本发明，下方结合附图对本发明进行详细的描述。

如图1～4所示，本发明的一种微卫星在轨释放装置，包括手动安装组件、导向组件、弹射组件和驱动组件；其中，

所述的手动安装组件包括调节螺杆8和限位板7，所述的调节螺杆8穿过所述的限位板7并与其丝杠螺母连接，且所述的调节螺杆8的一端与底板5连接，其中，所述的调节螺杆8的旋转运动转换为所述的限位板7的直线运动；

所述的导向组件包括所述的底板5和若干个收缩导向杆10，所述的收缩导向杆10穿过所述的底板，其中，所述的收缩导向杆10的一端连接在所述的限位板7上，另一端连接在用于安装微卫星的推板1上；

所述的弹射组件包括所述的推板1和分离弹簧3，在所述的收缩导向杆10上串设有所述的分离弹簧3，其中，所述的分离弹簧3的一端连接在所述的推板1上，另一端连接在所述的底板5上；

所述的驱动组件包括电机13、定位座16、螺杆17和锁块15，所述的电机13和所述的定位座16设置在所述的底板5上，所述的电机13与所述的螺杆17连接，所述的螺杆17连接在所述的定位座16上，其中，所述的螺杆17与所述的锁块15丝杠螺母连接，所述的螺杆17的旋转运动转换为所述的锁块15的直线运动，致使所述的锁块15上的插销可在所述的定位座16的预留位置滑动，以锁定微卫星和已压缩的所述的弹射组件积蓄弹性势能，从而。

进一步，所述的调节螺杆8的一端通过角接触轴承与所述的底板5连接。

进一步，所述的收缩导向杆10沿所述的底板5的周向间隔设置，其中，具体可优选如下设置，所述的收缩导向杆10的个数为三个，以120°沿所述的底板5的周向设置，沿所述的底板5的周向在两所述的收缩导向杆10之间还另设有所述的分离弹簧3，所述的分离弹簧3呈60°均布。

为了保护所述的分离弹簧3，所述的弹射组件还包括外护套2和内护套4，所述的外护套2和所述的内护套4分别设置在所述的分离弹簧3两侧的所述的推板1与所述的底座5上。

此外，为了保证推板1运动的指向精度，所述的导向组件还包括导向套24和直线轴承23，所述的导向套24内安装有两个所述的直线轴承23，所述的收缩导向杆10在所述的直线轴承23的内部滑动。

进一步，所述的螺杆17通过两个轴承19与锁紧螺母18连接在所述的定位座16上。同时为了实现手动，与所述的电机13相连的所述的螺杆17的另一端预留了手动操作接口。

和，为了减轻释放时限位板7与底板5之间的冲击力，所述的手动安装组件还包括大缓冲垫22与小缓冲垫25，所述的大缓冲垫22和所述的小缓冲垫25设置在所述的限位板7与所述的底板5之间。

为了进一步地阐述本发明的一种微卫星在轨释放装置，以下通过一实施例进行阐述。

本发明的一种微卫星在轨释放装置，包括推板1、外护套2、分离弹簧3、内护套4、底板5、导轨6、限位板7、调节螺杆8、螺母9、收缩导向杆10、到位杆11、壳体12、电机13、电机座14、锁块15、定位座16、螺杆17、锁紧螺母18、轴承19、微动开关20、角接触轴承21、大缓冲垫22、直线轴承23、导向套24与小缓冲垫25等部件，其中，到位杆11、壳体12、电机13、电机座14、锁块15、定位座16、螺杆17、锁紧螺母18、轴承19、微动开关20组成释放机构的驱动组件；推板1、外护套2、分离弹簧3、内护套4组成释放机构的弹射组件；收缩导向杆10、直线轴承23、导向套24与底板5组成释放机构的导向组件；导轨6、限位板7、调节螺杆8、螺母9、角接触轴承21、大缓冲垫22与小缓冲垫25组成释放机构的手动安装组件。

如图1所示，驱动组件处于解锁状态，即螺杆17未插入定位座14的中心孔，驱动组件上的三个微动开关20也均处于解锁状态，弹射组件与导向组件也均处于弹出状态，六个分离弹簧3保持一定的初始预紧力，导向组件的3个收缩导向杆10穿过底板5后，由螺母9固定在限位板7上，限位板7与底板5之间由三个小缓冲垫25与一个大缓冲垫22支撑，调节螺杆8通过丝杠螺母结构安装在底板5上。本发明的一种微卫星在轨释放装置处于释放后解锁状态时，手动安装组件的手动接口与驱动组件的手动接口均处于解锁状态，微卫星安装过程如下：首先采用操作工具手动旋转调节螺杆8，带动限位板7向后运动，限位板向后运动时由固定在底板5上的三个导轨6导向，限位板7带动3个收缩导向杆10与推板1向后运动，推板1按压六个分离弹簧3以积蓄弹性势能；其次将微卫星安装到推板1与驱动组件的定位座16上，并采用操作工具手动旋转驱动组件的螺杆17，螺杆17带动锁块15运动，将锁块15插销插入微卫星尾部的腰形孔中将其锁定，锁块15运动到位信号由到位杆11给出；最后采用操作工具将调节螺杆8拆除。

如图2所示，微卫星安装在推板1上，并由驱动组件锁块15的插销固定在定位座16上，通过微卫星尾部锁紧接口与推板1接触面压缩弹射组件的6个分离弹簧3与三个收缩导向杆10，三个收缩导向杆将限位板7推动到底板5后侧。微卫星锁定后，采用操作工具拆除调节螺杆8，解除调节螺杆8对限位板7直线运动的机械约束。本发明的一种微卫星在轨释放装置处于安装后锁定状态时，手动安装组件的手动接口已拆除，驱动组件的手动接口均处于锁定状态，微卫星释放过程如下：驱动组件的电机13上电，带动螺杆17旋转，螺杆17与锁块15之间为丝杠螺母结构，从而带动锁块15直线运动，解除锁块15的插销对微卫星尾部的机械约束，锁块15运动过程中触发驱动组件的两个微动开关，使其从锁定信号转换为解锁信号；微卫星尾部约束解除后，推板1在6个分离弹簧3的弹簧力作用下向释放方向运动，三个收缩导向杆10在固定在导向套24中的直线轴承23上滑动，保证推板1运动的指向精度，推板1推动微卫星运动，并将六个分离弹簧3的弹性势能转换成微卫星释放后的动能。释放过程中限位板7与底板5之间的冲击力由三个小缓冲垫25与一个大缓冲垫22缓冲。

如图3所示，本发明的一种微卫星在轨释放装置的电机座14与定位座16固定在底板5上，电机13固定在电机座上，电机13与螺杆17连接，螺杆17通过2个轴承19与锁紧螺母18固定在定位座16上，螺杆17与锁块15为丝杠螺母结构，将螺杆17的旋转运动转换为锁块15的直线运动，锁块15的插销在定位座16预留位置滑动，另外，螺杆17的另外一端预留手动操作接口，手动操作接口用于手动安装微卫星与手动释放微卫星，手动操作螺杆17时，反向驱动电机13运动，锁块15运动到一半行程时，触发一个微动开关20，监测锁块运动情况；锁块15运动到全行程时，触发另外一个微动开关20，控制锁块停止运动；微卫星锁定接口与定位座16脱离时，触发一个第三个微动开关20，监测微卫星与释放机构释放完成状态。

如图4所示，本发明的一种微卫星在轨释放装置弹射组件与导向组件集成设计，本发明的微卫星在轨释放装置包括三套导向组件与六套弹射组件，三套导向组件120°均布，六套弹射组件60°均布，其中三套弹射组件与三套导向组件集成设计，导向组件位于弹射组件内部，弹射组件的推板1的一端与微卫星接触，另外一端连接固定在底座上的6个分离弹簧3，外护套2与内护套4分别安装在推板1与底座5上，用于保护6个分离弹簧3。导向组件的三个导向套24安装在底板3上，单个导向套24内安装2个直线轴承23，安装在推板1上的收缩导向杆10在直线轴承23内部滑动，导向组件在释放过程中保持推板相对于底板直线滑动，保证微卫星释放的指向精度。手动安装组件通过螺母9与导向组件的三个收缩导向杆10固定，限位板7与底板5之间布置三个小缓冲垫25、一个大缓冲垫22与3个导轨6，三个小缓冲垫25与1个大缓冲垫22用于减轻释放时限位板7与底板5之间的冲击力，三个导轨6固定在底板5上，与限位板7的卡槽配合，减轻限位板7拉回过程中对导向机构产生的扭转力。调节螺杆8与限位板7之间为丝杠螺母结构，调节螺杆8与底板5之间通过角接触轴承21连接，手动旋转调节螺杆8时，限位板7的直线运动拉动导向机构的收缩导向杆10收缩，进而压缩6个弹射组件的分离弹簧3，积蓄弹性势能。手动安装组件将推板1拉动到指定位置后将微卫星锁定到释放机构上，最后手动旋转并拆除调节螺杆8，解除调节螺杆8对释放动作的限制。

综上，本发明的一种微卫星在轨释放装置，可完成多种规格的微卫星在轨释放任务，释放过程如下：首先航天员在舱内安装并测试微卫星；其次释放机构在空间机械臂等设备的辅助下转运出舱并运动到指定位姿；之后控制器通电完成微卫星释放；最后释放机构在空间机械臂等设备的辅助下转运回舱，准备下一次微卫星释放。

本发明的一种微卫星在轨释放装置，在正常工况下手动或电动安装微卫星、电动释放微卫星、手动恢复锁紧状态；故障工况主要如下：微卫星释放失败时，可采用舱内操作工具将调节螺杆安装到自锁位置，之后手动旋转驱动组件的螺杆，解除锁块对微卫星的约束后，手动将微卫星与释放机构分离。微卫星在轨释放装置在舱内贮存时手动安装组件、弹射组件与导向组件处于锁定状态，驱动组件处于解锁状态。

因此，本发明具有可重复性、释放耗能低、电动与手动互为备份、结构简单、释放运动简单可靠等特点。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种微卫星在轨释放装置，其特征在于，包括手动安装组件、导向组件、弹射组件和驱动组件；其中，

所述的手动安装组件包括调节螺杆和限位板，所述的调节螺杆穿过所述的限位板并与其丝杠螺母连接，且所述的调节螺杆的一端与底板连接，其中，所述的调节螺杆的旋转运动转换为所述的限位板的直线运动；

所述的导向组件包括所述的底板和若干个收缩导向杆，所述的收缩导向杆穿过所述的底板，其中，所述的收缩导向杆的一端连接在所述的限位板上，另一端连接在用于安装微卫星的推板上；

所述的弹射组件包括所述的推板和分离弹簧，在所述的收缩导向杆上串设有所述的分离弹簧，其中，所述的分离弹簧的一端连接在所述的推板上，另一端连接在所述的底板上；

所述的驱动组件包括电机、定位座、螺杆和锁块，所述的电机和所述的定位座设置在所述的底板上，所述的电机与所述的螺杆连接，所述的螺杆连接在所述的定位座上，其中，所述的螺杆与所述的锁块通过丝杠螺母结构连接，所述的螺杆的旋转运动转换为所述的锁块的直线运动，致使所述的锁块上的插销可在所述的定位座的预留位置滑动，以锁定微卫星和已压缩的所述的弹射组件。

2.根据权利要求1所述的微卫星在轨释放装置，其特征在于，所述的锁块上的插销通过穿过微卫星尾部的腰形固定孔将微卫星固定。

3.根据权利要求1所述的微卫星在轨释放装置，其特征在于，所述的收缩导向杆沿所述的底板的周向间隔设置。

4.根据权利要求3所述的微卫星在轨释放装置，其特征在于，所述的收缩导向杆的个数为三个，以120°沿所述的底板的周向设置。

5.根据权利要求4所述的微卫星在轨释放装置，其特征在于，沿所述的底板的周向在两所述的收缩导向杆之间还另设有所述的分离弹簧，所述的分离弹簧呈60°均布。

6.根据权利要求1所述的微卫星在轨释放装置，其特征在于，所述的弹射组件还包括外护套和内护套，所述的外护套和所述的内护套分别设置在所述的分离弹簧两侧的所述的推板与所述的底座上，以保护所述的分离弹簧。

7.根据权利要求1所述的微卫星在轨释放装置，其特征在于，所述的导向组件还包括导向套和直线轴承，所述的导向套内安装有两个所述的直线轴承，所述的收缩导向杆在所述的直线轴承的内部滑动。

8.根据权利要求1所述的微卫星在轨释放装置，其特征在于，所述的调节螺杆的一端通过角接触轴承与所述的底板连接；所述的螺杆通过两个轴承与锁紧螺母连接在所述的定位座上。

9.根据权利要求8所述的微卫星在轨释放装置，其特征在于，与所述的电机相连的所述的螺杆的另一端预留手动操作接口。

10.根据权利要求1所述的微卫星在轨释放装置，其特征在于，所述的手动安装组件还包括大缓冲垫与小缓冲垫，所述的大缓冲垫和所述的小缓冲垫设置在所述的限位板与所述的底板之间。