CN109050986B - 用于航天器的高刚度低冲击密封式连接分离装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于航天器的高刚度低冲击密封式连接分离装置及方法，用于航天器的在轨的连接与分离，并可根据要求实现在轨按需解锁与分离，包括连接主体结构及与其固接的局部连接单元，在分离界面处设置膨胀管限位环，在膨胀管限位环和连接主体结构间设置膨胀管，在轨解锁前，系统刚度由连接主体结构及局部连接单元共同提供，在轨解锁时，先通过局部连接单元的低冲击解锁，随后在膨胀管的作用下，将连接结构主体和膨胀管限位环沿分离面进行切断，实现系统的在轨分离。本发明装置具有连接刚度大、承载力大的同时，还具有系统密封性好、解锁冲击小等特点。

Description

用于航天器的高刚度低冲击密封式连接分离装置及方法
技术领域
本发明涉及一种航天器在轨使用的高刚度低冲击密封式连接分离装置及方法。
背景技术
航天器的连接分离技术，是用于实现航天器本体和部件之间、舱段之间、航天器与运载火箭之间以及航天器之间的牢固连接，同时能够根据指令要求实现在轨释放与分离。
针对连接分离技术主要关注的两个性能：一是系统连接的刚度，二是系统分离式的解锁冲击；连接刚度关系到待分离系统整体的刚度特性，系统解锁过程中的冲击性能，则关系到后续工程应用解锁冲击则关系到工作时周边单机的力学环境特性。
目前部分分离技术，在具有低冲击的性能下，连接刚度及承载能力相对较低(如小于15000N)；而部分高刚度大承载的连接分离，则难以实现低冲击的特点(如10000Hz内，大于6000g)。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种航天器在轨使用的连接分离装置及方法，通过系统构型设计及工作时序设计的结合，使之具有较高的连接刚度、较低的分离冲击以及较好的密封性等优点。较高的连接刚度，可使得该系统可应用于大型产品/部件的连接及在轨分离。较低的分离冲击，可保证连接分离过程中，周边的单机承受较小的冲击载荷。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种用于航天器的高刚度低冲击密封式连接分离装置，用于航天器的在轨的连接与分离，并可根据要求实现在轨按需解锁与分离，包括连接主体结构及与其固接的局部连接单元，在分离界面处设置膨胀管限位环，在膨胀管限位环和连接主体结构间设置膨胀管，在轨解锁前，系统刚度由连接主体结构及局部连接单元共同提供，在轨解锁时，先通过局部连接单元的低冲击解锁，随后在膨胀管的作用下，将连接结构主体和膨胀管限位环沿分离面进行切断，实现系统的在轨分离。
所述局部连接单元沿连接主体结构的周向均匀分布，包括压紧绳索、上压紧座、下压紧座、热切割器，连接时，通过压紧绳索实现上压紧座、下压紧座的有效连接，同时提供系统刚度，在轨解锁时，首先通过热切割器，实现压紧绳索的切断，使上压紧座及下压紧座之间解锁，实现局部的解锁。
本发明提供一种用于航天器的高刚度低冲击密封式连接分离方法，在轨需要分离时，先通过热切割器将压紧绳索切断，实现第一步解锁；在压紧绳索切断后，膨胀管工作，将相对薄弱的连接主体结构和膨胀管限位环炸断，完成第二步解锁；在完成第一步和第二步解锁后，连接结构主体实现了结构的切割，形成上下两部分，并在膨胀管工作时所产生的冲击力的作用下，实现上下两部分的在轨有效分离。
本发明的积极进步效果在于：
在航天器发射主动段，系统处于连接状态，此时系统刚度由连接主体结构和局部连接单元共同提供。由于局部连接单元承担了部分的连接刚度，因此连接主体结构整体可设计较薄。
而在轨待解锁分离时，首先实现局部连接单元的解锁，即通过热刀方式，实现压紧绳索的切断，实现局部的解锁。在局部连接单元解锁后，在程控或遥控条件下，膨胀管工作，实现连接主体结构和膨胀管限位环沿分离面的断裂与分离。由于连接主体结构和膨胀管限位环在分离面位置均采用了结构弱化设计，在连接分离面处采用切口减薄的特征设计，从而可以采用较小作动力的膨胀管即可实现系统的分离与解锁，并最终保证膨胀管工作时具有较小的冲击，使得系统分离时具有较低的分离冲击力。
通过如上方式，最终保证了系统高刚度大承载(承载力可大于30000N)，也保证了系统在工作时具有较低的冲击载荷(10000Hz内，小于1000g)，同时，还具备了很好的系统连续性和密封性。整个系统整体具有设计构型紧凑，体积小，节省空间，装配工艺好，解锁冲击小、承载能力大等优点。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1是本发明装置的结构示意图；
图2是图1的俯视图；
图3是图2沿A-A方向的剖面图；
图4是图2沿B-B方向的剖面图；
图5是图2中C部位的局部放大图；
图6是本发明装置工作状态图一；
图7是本发明装置工作状态图二；
图8是本发明装置工作状态图三；
图9是本发明装置工作状态图四。
1-连接主体结构 2-膨胀管限位环 3-膨胀管 4-压紧绳索 5-上压紧座 6-下压紧座 7-热切割器。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。
图1～图5所示，本发明所提供的用于航天器的高刚度低冲击密封式连接分离装置，包括连接主体结构1、膨胀管限位环2、膨胀管3。
一种用于航天器的高刚度低冲击密封式连接分离装置，用于航天器的在轨的连接与分离，并可根据要求实现在轨按需解锁与分离，包括连接主体结构及与其固接的局部连接单元，在分离界面处设置膨胀管限位环，在膨胀管限位环和连接主体结构间设置膨胀管，在轨解锁前，系统刚度由连接主体结构及局部连接单元共同提供，在轨解锁时，先通过局部连接单元的低冲击解锁，随后在膨胀管的作用下，将连接结构主体和膨胀管限位环沿分离面进行切断，实现系统的在轨分离
图1、图3所示，航天器分离处外径1000mm、材料铝合金，整体呈环形分离界面处有环形V型削弱槽，连接主体结构金属筒主体厚度约4mm，连接主体结构在分离面位置设计有V型槽，降低膨胀管作动力需求。
在连接主体结构周边，设计有局部连接单元，提供系统刚度增强作用；保证系统高刚度性能。
图3所示，膨胀管3在膨胀管限位环2内部。V型槽用于降低膨胀管作动需求，并最终降低在解锁过程中产生的冲击载荷。
图4所示，局部连接单元包括压紧绳索4、上压紧座5、下压紧座6、热切割器7。压紧绳索4将连接框压紧固定，提高膨胀管承载能力。压紧绳索4均布在膨胀管外圈周围。连接时，通过压紧绳索实现上压紧座、下压紧座的有效连接，同时提供系统刚度，在轨解锁时，首先通过图5所示的热切割器，实现压紧绳索的切断，使上压紧座及下压紧座之间解锁，实现局部的解锁。
图6～图9所示，是本发明装置在轨需要分离时的工作状态示意图。由热切割器7将压紧绳索4切断、膨胀管3将连接主体结构1从V型削弱槽处断开，实现解锁。
工作过程如下，在发射主动段时，相对薄弱的连接主体结构1和张紧状态下的压紧绳索4，共同提供系统的连接刚度，实现连接需求；如图3所示；
待需实现分离时，先通过热切割器7将压紧绳索4切断，从而实现第一步解锁，如图6所示；
在压紧绳索4切断后，膨胀管3工作，将相对薄弱的连接主体结构1和膨胀管限位环2炸断，完成第二步解锁，如图7所示；
在完成第一步和第二步解锁后，连接结构主体1实现了结构的切割，形成上下两部分，分别如图8和图9所示，并在膨胀管3工作时所产生的冲击力的作用下，实现上下两部分的在轨有效分离。
根据有效载荷重量以及力学条件，可以设计不同的连接带厚度、V型削弱槽的厚度以及绳索压紧数量、分布位置等。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (6)

1.一种用于航天器的高刚度低冲击密封式连接分离装置，其特征在于，包括连接主体结构及与其固接的局部连接单元，在分离界面处设置膨胀管限位环，在膨胀管限位环和连接主体结构间设置膨胀管，在轨解锁前，系统刚度由连接主体结构及局部连接单元共同提供，在轨解锁时，先通过局部连接单元的低冲击解锁，随后在膨胀管的作用下，将连接结构主体和膨胀管限位环沿分离面进行切断，实现系统的在轨分离；
所述局部连接单元沿连接主体结构的周向均匀分布，包括压紧绳索、上压紧座、下压紧座、热切割器，连接时，通过压紧绳索实现上压紧座、下压紧座的有效连接，同时提供系统刚度，在轨解锁时，首先通过热切割器，实现压紧绳索的切断，实现局部的解锁。
2.根据权利要求1所述的用于航天器的高刚度低冲击密封式连接分离装置，其特征在于，通过程控或遥控方式控制膨胀管工作，实现连接主体结构与膨胀管限位环在分离面的解锁，最终实现系统整体分离。
3.根据权利要求1所述的用于航天器的高刚度低冲击密封式连接分离装置，其特征在于，分离界面呈环形，分离界面处设置有环形V型削弱槽，降低膨胀管作动力需求，降低在解锁过程中产生的冲击载荷。
4.根据权利要求1所述的用于航天器的高刚度低冲击密封式连接分离装置，其特征在于，压紧绳索均布在膨胀管外圈周围。
5.根据权利要求3所述的用于航天器的高刚度低冲击密封式连接分离装置，其特征在于，根据有效载荷重量以及力学条件，对连接带厚度、V型削弱槽的厚度以及绳索压紧数量和分布位置进行不同的设计。
6.一种用于航天器的高刚度低冲击密封式连接分离方法，其特征在于，采用权利要求4所述的装置，在轨需要分离时，先通过热切割器将压紧绳索切断，实现第一步解锁；在压紧绳索切断后，膨胀管工作，将相对薄弱的连接主体结构和膨胀管限位环炸断，完成第二步解锁；在完成第一步和第二步解锁后，连接结构主体实现了结构的切割，形成上下两部分，并在膨胀管工作时所产生的冲击力的作用下，实现上下两部分的在轨有效分离。
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