CN109606750A - 一种面向微小卫星的低冲分离机构 - Google Patents

Abstract

一种面向微小卫星的低冲分离机构，包括底板(1)、驱动机构、若干分离解锁组件；驱动机构包括解锁驱动齿轮(4)、若干导向齿轮(5)，解锁驱动齿轮(4)安装在底板(1)中部，各导向齿轮(5)沿解锁驱动齿轮(4)周向分布；各组分离解锁组件分布在解锁驱动齿轮(4)周围，均安装在底板(1)上；锁定状态下，插销(12)分别插入支撑筒(2)、连接脚撑(3)两侧的通孔内，并通过挡板(10)限位。本发明克服火工分离机构的冲击大、污染多、不可重复使用的缺陷，采用多点锁紧、单点触发、同步解锁，解决了传统分离机构性能单一问题。

Description

一种面向微小卫星的低冲分离机构

技术领域

本发明涉及一种低冲分离机构，特别涉及一种面向微小卫星的低冲分离机构。

背景技术

近年来，随着微电路、微机械、微电子以及新材料等技术的不断进步，卫星的小型化成为卫星发展的一种趋势。微小卫星以其成本低、研制周期短、发射方式灵活等优点得到了研究人员和工程师们的关注，成为航天研究热点之一。从卫星实现的功能上看，一些大型人造地球卫星具有的功能微小卫星是能够实现的。例如，在军事方面，可实现对地侦查观测、卫星导航、卫星通信、时间校准；在民用方面，可实现资源普查、气象监测、传输电视广播信号等。由于一次可以发射多颗微小卫星组成星群，其覆盖面相当可观，实时性也优势明显。

伴随这微小卫星的快速发展，面向微小卫星的分离机构也急需加快发展。分离机构是实现航天器本体与部件之间、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，又可以按规定的要求在运行轨道上实现释放与分离的机构。

目前我国传统的分离机构主要应用于大型卫星与火箭之间的分离作用，其在转化应用于微小卫星分离时，主要存在以下几个问题：

1、尺寸不适应。传统的分离机构主要由包带、爆炸螺栓、弹簧、反推火箭等几种常用的装置进行组合，星箭接口通常有Φ1194A、Φ937A、Φ660等几种常用的通用接口尺寸。对于尺寸小、质量轻、形状不规则的微小卫星而言，以上典型接口与分离方式均不能完全适应分离要求。

2、冲击过大、污染较强。目前主流的分离机构大多采用火工分离方式，而微小卫星上使用的仪器和零部件一般都是由微小的精密设备做组成的，对于冲击载荷响应比较灵敏，因此当进行火工分离时，不可避免地会产生较大冲击，从而影响了微小卫星的性能和寿命。虽然目前也有很多低冲的火工分离装置被研制了出来，但是火工品作用过程中产生的污染仍然难以控制，其会对微小卫星上的精密光学器件带来不可逆的影响。

3、不可重复使用。随着未来可重复火箭的逐步应用，分离机构也需要开展可重复使用的技术研究。基于火工品的分离机构，由于火工品本身的一次性消耗特点，使得其不可能满足重复使用的原则，因此开发其他类型的，尤其是纯机械式的分离机构显得尤为迫切。

目前微小卫星分离机构主要采用了非火工分离方式，但是大多采用了先进材料导致价格高昂，或者采用了化学反应增加了空间污染的可能性；而国内各单位研制的面向微小卫星的分离机构大多涉及了火工分离方式，或者同样采用了先进材料增加了分离机构的成本。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种安全可靠的、面向微小卫星的低冲分离机构，从而克服火工分离机构的冲击大、污染多、不可重复使用的缺陷，采用多点锁紧、单点触发、同步解锁，解决了传统分离机构性能单一问题。

本发明所采用的技术方案是：一种面向微小卫星的低冲分离机构，包括底板、驱动机构、若干分离解锁组件；驱动机构包括解锁驱动齿轮、若干导向齿轮，解锁驱动齿轮安装在底板中部，各导向齿轮沿解锁驱动齿轮周向分布；各组分离解锁组件分布在解锁驱动齿轮周围，均安装在底板上；分离解锁组件包括支撑筒、连接脚撑、分离弹簧、推板、插销、挂耳、第二拉绳、拉力弹簧、挡板、第一拉绳；支撑筒安装在底板上，分离弹簧安装在支撑筒内，两端分别连接支撑筒底部和推板，连接脚撑安装在支撑筒端口上，压住推板；支撑筒顶端两侧侧壁上对称开有通孔，并在通孔位置下方分别设置挂耳；连接脚撑底部两侧对称开有通孔；插销通过第二拉绳与拉力弹簧一端连接，拉力弹簧另一端固定在挂耳端部的支耳上，挡板分别安装在挂耳的滑槽内，各挡板分别通过第一拉绳与导向齿轮相连，连接脚撑与卫星连接；锁定状态下，插销分别插入支撑筒、连接脚撑两侧的通孔内，并通过挡板限位。

所述分离解锁组件还包括两组导向滚轮，两组导向滚轮关于支撑筒对称布置，用于对第一拉绳导向。

每组导向滚轮包括一个或多个导向滚轮，沿支撑筒轴向固定在支撑筒一侧，第一拉绳绕过导向滑轮进行导向。

所述支撑筒顶端两侧侧壁上对称设置的通孔为锥形孔。

所述连接脚撑底部设置环形结构，插入支撑筒端口内；连接脚撑底部两侧对称开有的通孔设置在环形结构上，通孔为锥形孔。

所述插销为锥形，与支撑筒、连接脚撑上设置的锥形孔配合。

所述低冲分离机构的解锁过程如下：解锁驱动齿轮旋转，带动导向齿轮旋转，导向齿轮拉动第一拉绳，第一拉绳拉动挡板在挂耳的滑槽内移动，使得插销失去限位措施；拉力弹簧通过第二拉绳拉动并拔出插销；分离弹簧在压紧力的作用下，推动推板将连接脚撑推出支撑筒，完成分离。

所述分离解锁组件有一组或多组，关于解锁驱动齿轮对称或非对称布置。

所述底板上开有若干减重通槽，边缘设置连接孔，连接孔用于与外部设备连接。

所述连接脚撑是卫星的一部分或者固定在卫星上。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明采用机械传动解锁，冲击力低。本发明中所使用的零部件全部都是基本的机械传动部件，没有采用类似基于火工品的包带形式或者爆炸螺栓等高冲击装置，能够有效地避免冲击力对微小卫星上的精密器件产生冲击破坏，有助于稳定卫星分离后的姿态控制。

(2)本发明采用机械传动分离，可重复使用。本发明中所使用的零部件在不考虑长时间耗损的状态下，可以无限反复使用，突破了类似基于火工品或者热切割等方式的一次性或者有限次的使用限制。

(3)本发明采用机械冗余固定，安全可靠。本发明使用三点式的冗余固定方案，保证了在分离前牢固地固定微小卫星。同时在每一个固定连接处，还使用了两端冗余固定的方式，即有6处固定位置，保证了固定的可靠性。

(4)本发明无需高新材料，价格低廉。本发明所使用的零部件全部来自于机械生产加工中常见的物料，如插销、齿轮、弹簧、挡板、绳索等，不会使用到如记忆合金丝等的高新材料；有助于降低分离机构成本，为后期市场化开发奠定了良好的基础。

(5)本发明采用多点锁紧、单点触发、同步解锁。本发明采用多点锁紧、单点触发、同步解锁的技术方案，避免了单点锁紧方案的安全固定问题，多点触发方案的可靠解锁问题，以及异步解锁方案的分离推力偏移问题。

附图说明

图1是本发明的低冲分离机构的整体结构图；

图2是本发明的低冲分离机构与卫星连接的效果图；

图3是本发明的低冲分离机构的局部剖视图；

图4是本发明的低冲分离机构的解锁驱动装置示意图；

图5是本发明的低冲分离机构的绳索布置的局部示意图；

图6是本发明的低冲分离机构的局部放大视图。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明的具体实施方式进行描述。

如图1和图6所示，其为本发明的低冲分离机构的整体结构图及局部放大视图；所述的分离机构具备4种功能，包括连接、固定、解锁和分离。

一种面向微小卫星的低冲分离机构，包括底板1、驱动机构、若干分离解锁组件；驱动机构包括解锁驱动齿轮4、若干导向齿轮5，解锁驱动齿轮4安装在底板1中部，各导向齿轮5沿解锁驱动齿轮4周向分布；各组分离解锁组件分布在解锁驱动齿轮4周围，均安装在底板1上；分离解锁组件包括支撑筒2、连接脚撑3、分离弹簧14、推板15、插销12、挂耳13、第二拉绳16、拉力弹簧11、挡板10、第一拉绳8；支撑筒2安装在底板1上，分离弹簧14安装在支撑筒2内，两端分别连接支撑筒2底部和推板15，连接脚撑3安装在支撑筒2端口上，压住推板15；支撑筒2顶端两侧侧壁上对称开有通孔，并在通孔位置下方分别设置挂耳13；连接脚撑3底部两侧对称开有通孔；插销12通过第二拉绳16与拉力弹簧11一端连接，拉力弹簧11另一端固定在挂耳13端部的支耳上，两个挡板10分别安装在两个挂耳13的滑槽内，挡板10分别通过第一拉绳8与导向齿轮5相连，连接脚撑3与卫星17连接；锁定状态下，两个插销12分别插入支撑筒2、连接脚撑3两侧的通孔内，并通过挡板10限位。

底板1作为分离机构的主要结构体，仅需要一件；解锁驱动齿轮4作为单点解锁触发装置，也仅需要一件；其他主要部件：支撑筒2、连接脚撑3、导向齿轮5、第一导向滚轮6、第二导向滚轮7、第一拉绳8、挡板10、拉力弹簧11、插销12、挂耳13、分离弹簧14、推板15和第二拉绳16组成分离机构的一个分支，均布在解锁驱动齿轮4的周围，并置于底板1之上以固定。

如图2所示，其为本发明的低冲分离机构与卫星连接的效果图，该图展现了卫星与分离机构的连接关系。由于该分离机构是三点式均布，三点处的结构形式完全一致，因此仅对其中一处进行描述。连接脚撑3是卫星17的一部分或者固定在卫星17上，在确保连接强度的情况下连接方式可以适当变化。连接脚撑3与支撑筒2连接，但不进行二者的固定。支撑筒2与底板1连接，支撑筒2可以是底板1的一部分从而形成固定关系，也可以在确保连接强度的情况下适当变化固定形式。底板1通过连接孔9进一步与卫星需要脱离的部件连接，从而实现分离机构将卫星与运载器连接在仪器的功能。

如图3所示，其为本发明的低冲分离机构的局部剖视图，该图展现了分离机构固定卫星的状态。由于该分离机构是三点式均布，三点处的结构形式完全一致，因此仅对其中一处进行描述。当卫星与分离机构进行连接后，支撑筒2、连接脚撑3的两侧开有两个圆锥形通孔。插销12插入该圆锥形通孔中对支撑筒2与连接脚撑3实施固定措施。为了进一步可靠固定插销12，挡板10安装在插销12末端，并卡在挂耳13的滑槽内，其可以在滑槽内移动。移动的动力来自于解锁驱动力。至此，完成对卫星17固定措施。

如图4和图5所示，其分别为本发明的低冲分离机构的解锁驱动装置示意图和本发明基于机械传动的低冲分离机构的绳索布置的局部示意图，该图组展现了分离机构解锁卫星的动作。在电机或者其他动力源的带动下，解锁驱动齿轮4旋转，并带动导向齿轮5旋转，同时系在导向齿轮5上的第一拉绳8会被拉紧并开始移动，通过第一导向滚轮6和第二导向滚轮7(此处的导向轮可以使用一个，可以使用多个，较佳的状态是本实施例中的两个状态)的牵引，第一拉绳8会拉动挡板10在挂耳13的滑槽内移动，从而使得插销12失去限位措施。在拉力弹簧11与系在插销12上的第二拉绳16(可调节拉力弹簧11与第二拉绳16的长度设定预紧力)共同作用下，插销12被拔出支撑筒2与连接脚撑3形成的圆锥形通孔。至此，卫星失去固定措施，完成分离机构的解锁动作。

在完成解锁动作后，固连在分离机构上的支撑筒2与固连在卫星上的连接脚撑3处于自由状态。分离弹簧14在预紧力的作用下，带动推板15将连接脚撑3推出支撑筒2，从而完成分离动作。

需要申明的是，本发明技术方案虽然采用了三点周边式锁紧、单点中心式触发的同步解锁总体方案，但是这并不代表本发明不能采用单点式或多点式的对称或者非对称式、中心或者非中心式总体布局方案。三点式总体布局方案以及中心式解锁触发方案都是基于微小卫星空间狭小的考虑做出的适应性设计，若本发明进一步拓展至更大、更重的卫星或者飞行器等部件的分离，可以采用单点式或多点式的对称或者非对称式、中心或者非中心式的总体布局分离方案。原则上，采用单点式或多点式的对称或者非对称式、中心或者非中心式总体布局方案均在本发明专利保护范围之内。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变、修改甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。

本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知技术。

Claims (10)

1.一种面向微小卫星的低冲分离机构，其特征在于，包括底板(1)、驱动机构、若干分离解锁组件；驱动机构包括解锁驱动齿轮(4)、若干导向齿轮(5)，解锁驱动齿轮(4)安装在底板(1)中部，各导向齿轮(5)沿解锁驱动齿轮(4)周向分布；各组分离解锁组件分布在解锁驱动齿轮(4)周围，均安装在底板(1)上；分离解锁组件包括支撑筒(2)、连接脚撑(3)、分离弹簧(14)、推板(15)、插销(12)、挂耳(13)、第二拉绳(16)、拉力弹簧(11)、挡板(10)、第一拉绳(8)；支撑筒(2)安装在底板(1)上，分离弹簧(14)安装在支撑筒(2)内，两端分别连接支撑筒(2)底部和推板(15)，连接脚撑(3)安装在支撑筒(2)端口上，压住推板(15)；支撑筒(2)顶端两侧侧壁上对称开有通孔，并在通孔位置下方分别设置挂耳(13)；连接脚撑(3)底部两侧对称开有通孔；插销(12)通过第二拉绳(16)与拉力弹簧(11)一端连接，拉力弹簧(11)另一端固定在挂耳(13)端部的支耳上，挡板(10)分别安装在挂耳(13)的滑槽内，各挡板(10)分别通过第一拉绳(8)与导向齿轮(5)相连，连接脚撑(3)与卫星(17)连接；锁定状态下，插销(12)分别插入支撑筒(2)、连接脚撑(3)两侧的通孔内，并通过挡板(10)限位。

2.根据权利要求1所述的一种面向微小卫星的低冲分离机构，其特征在于：所述分离解锁组件还包括两组导向滚轮，两组导向滚轮关于支撑筒(2)对称布置，用于对第一拉绳(8)导向。

3.根据权利要求2所述的一种面向微小卫星的低冲分离机构，其特征在于：每组导向滚轮包括一个或多个导向滚轮，沿支撑筒(2)轴向固定在支撑筒(2)一侧，第一拉绳(8)绕过导向滑轮进行导向。

4.根据权利要求1或2所述的一种面向微小卫星的低冲分离机构，其特征在于：所述支撑筒(2)顶端两侧侧壁上对称设置的通孔为锥形孔。

5.根据权利要求4所述的一种面向微小卫星的低冲分离机构，其特征在于：所述连接脚撑(3)底部设置环形结构，插入支撑筒(2)端口内；连接脚撑(3)底部两侧对称开有的通孔设置在环形结构上，通孔为锥形孔。

6.根据权利要求5所述的一种面向微小卫星的低冲分离机构，其特征在于：所述插销(12)为锥形，与支撑筒(2)、连接脚撑(3)上设置的锥形孔配合。

7.根据权利要求5或6所述的一种面向微小卫星的低冲分离机构，其特征在于：所述低冲分离机构的解锁过程如下：解锁驱动齿轮(4)旋转，带动导向齿轮(5)旋转，导向齿轮(5)拉动第一拉绳(8)，第一拉绳(8)拉动挡板(10)在挂耳(13)的滑槽内移动，使得插销(12)失去限位措施；拉力弹簧(11)通过第二拉绳(16)拉动并拔出插销(12)；分离弹簧(14)在压紧力的作用下，推动推板(15)将连接脚撑(3)推出支撑筒(2)，完成分离。

8.根据权利要求1所述的一种面向微小卫星的低冲分离机构，其特征在于：所述分离解锁组件有一组或多组，关于解锁驱动齿轮(4)对称或非对称布置。

9.根据权利要求1所述的一种面向微小卫星的低冲分离机构，其特征在于：所述底板(1)上开有若干减重通槽，边缘设置连接孔(9)，连接孔(9)用于与外部设备连接。

10.根据权利要求1所述的一种面向微小卫星的低冲分离机构，其特征在于：所述连接脚撑(3)是卫星(17)的一部分或者固定在卫星(17)上。