CN110155376B - 一种立方星解锁分离机构及其分离方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种立方星解锁分离机构及其分离方法。该立方星解锁分离机构主要包括主框架结构、卫星分离结构、电磁锁定和解锁结构和抱刹自锁结构，主框架内含有卫星弹射轨道；电磁锁定和解锁结构，利用两个失电型电磁铁实现顶盖与主框架的锁定或解锁；抱刹自锁结构锁定时，卫星在解锁分离机构内被锁死，可有效减小振动对卫星的影响以及可防止顶盖弹开过程中卫星提前弹出，当顶盖完全打开后，立方星才会分离，顶盖打开到设定角度后可实现自锁，防止顶盖弹回干涉立方星分离。该解锁分离机构质量轻，体积小，可靠性高，可保证立方星的安全发射，卫星弹射成功率高。

Description

一种立方星解锁分离机构及其分离方法

技术领域

本发明涉及卫星发射技术领域，特别是一种立方星解锁分离机构及其分离方法。

背景技术

近年来，基于立方星开发周期短，制造成本低，研发费用少等优势，越来越多的科研院所和商业公司将注意力转移到立方星上。而在立方星发射过程中，星箭分离是发射程序的重要环节。因此，对于解锁分离机构，无论是技术还是结构上的研究，对于卫星行业来说都是意义非凡的。传统的卫星分离机构多数采用火工品连接。但是这些方式有着成本高，冲击大，污染重，功耗大，分离速度低等缺点。并且可能由于安装精度不高，导致卫星弹出姿态精度低，还有可能存在卡死问题，导致卫星发射失败，可靠性不足。而现有的非火工品解锁分离机构，也存在着解锁可靠性低，分离精度低等问题。

发明内容

本发提供了一种立方星解锁分离机构及其分离方法，解决了现有火工品解锁分离机构冲击大，分离精度低以及非火工品解锁分离机构可靠性低等问题。

为了达到上面概述的目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种立方星解锁分离机构，包括主框架结构、卫星分离结构、电磁锁定和解锁结构和抱刹自锁结构，所述包括主框架结构包括顶盖、卡锁片、上横梁、中间横梁、底板、顶盖打开装置、四根立柱、顶盖轴，所述上横梁固定于四根立柱的顶端，所述中间横梁固定于四根立柱的中间外部，所述底板固定于四根立柱的底部，所述顶盖通过顶盖轴与上横梁铰接，顶盖打开装置用于实现所述顶盖的打开，

所述卫星分离结构设置于所述主框架结构内，其包括上底托板、下底托板、四根底托立柱、大弹簧和卫星分离结构导向滑动装置，所述上底托板和下底托板通过四根底托立柱连接，所述卫星分离结构导向滑动装置用于实现所述卫星分离结构在所述主框架结构内的轴向滑动，所述大弹簧的底端连接所述底板、顶端连接上底托板，

所述电磁锁定和解锁结构设置于所述主框架结构的外部用于实现所述顶盖与上横梁的锁定与解锁，其包括锁架以及位于所述锁架内的两个失电型电磁铁、锁内架、两个锁连杆、两个锁吸片和两个拉簧，所述每个锁吸片的一端与对应的失电型电磁铁通过磁力相连接、另一端与对应的锁连杆铰接，每个拉簧的一端与锁内架连接、另一端与对应的锁连杆连接，两个锁连杆分别铰接在锁内架的两侧，通过失电型电磁铁的失电能够实现锁连杆围绕锁内架转动从而实现所述顶盖与上横梁的解锁。

所述抱刹自锁结构用于实现在所述顶盖完全打开之前对所述立方星的锁定以及所述顶盖在处于完全打开状态时的状态锁定。

进一步地，所述顶盖上设置有卡锁片，所述卡锁片与两个锁连杆的锁合与分离能够实现所述顶盖的闭合与打开。

进一步地，所述顶盖打开装置包括至少一个顶盖弹簧和扭簧，所述顶盖弹簧设置于顶盖的底部，所述扭簧设置于顶盖轴。

进一步地，在其中两个对角设置的立柱的轴向内侧设置有导轨，在每个所述导轨的顶端设置有底托限位块。

进一步地，所述卫星分离结构导向滑动装置包括设置在两个对角的底托立柱上的导向套筒，每个导向套筒上固定有一个与所述导轨配合的导向轴承。

进一步地，所述锁架与立柱固定连接并位于上横梁的下方，所述锁内架与所述锁架固定连接。

进一步地，所述四根立柱的外侧包覆有蒙皮。

进一步地，所述抱刹自锁结构包括抱刹器、至少一个阻车块、卡门器、螺纹杆，所述抱刹器位于所述顶盖的侧面并和所述顶盖固定连接，所述抱刹器的上端面包括一弧形导轨面以及位于所述弧形导轨面一端的凹槽，所述卡门器包括一卡块以及位于所述卡块上端的与所述卡块铰接的与所述凹槽配合的滚轮，所述滚轮能够卡合在所述凹槽内以及沿所述弧形导轨面滚动，所述螺纹杆与其中一根立柱同轴设置，所述螺纹杆的上端与所述卡块下端固定连接，所述阻车块的一端套设于所述螺纹杆的外部、另一端与所述其中一根立柱铰接，所述阻车块面对立方星的面为一直角面。

进一步地，所述阻车块通过套设于所述螺纹杆上的小压簧和螺母限位，所述抱刹自锁结构还包括设置于所述底板内的限位套，所述螺纹杆的下端套设有复位弹簧，所述限位套与所述螺纹杆的下端固定连接，复位弹簧位于所述底板内。

根据上述所述的立方星解锁分离机构的分离方法，包括以下步骤：

步骤一：接收到分离信号后，所述失电型电磁铁失去磁性，吸附在失电型电磁铁上锁吸片被连接在锁连杆与锁内架之间的拉簧拉离，导致卡锁片脱离锁连杆从而使得顶盖打开装置开始工作将顶盖打开，在顶盖打开的过程中所述弧形导轨面与所述顶盖一起转动从而使得所述滚轮相对于所述弧形导轨面滚动至所述凹槽中，此时顶盖处于完全打开的状态并且所述抱刹自锁结构将顶盖锁定在完全打开的状态。

步骤二：在所述滚轮相对于所述弧形导轨面滚动至所述凹槽中的同时，所述螺纹杆向下运动带动所述阻车块转动从而解除所述阻车块对立方星的抱刹，此时所述大弹簧作用于上底托板使得立方星在卫星分离结构导向滑动装置的作用下沿立柱轴向运动，从而使立方星从立方星解锁分离机构中分离。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

(1)采用框架式结构，具有结构简单紧凑、体积小、质量轻等特点，可最大限度节约火箭上资源；

(2)顶盖上装有弹簧，同时顶盖轴上布置有扭簧，保证解锁之后顶盖迅速弹开；

(3)电磁解锁方式代替了火工品解锁，有效减小了解锁冲击，同时减少了污染；

(4)电磁解锁结构包含两个失电型电磁铁，任意一个电磁铁工作都可实现解锁功能，提高了解锁分离机构的可靠性；

(5)当解锁分离机构顶盖以及主框架锁定或者顶盖没有完全打开时，卫星在解锁分离机构内被抱死，有效减小振动对卫星的影响以及可防止顶盖打开过程中卫星提前弹出；

(6)当顶盖完全打开后，立方星才会分离，顶盖打开到设定角度后可实现自锁，防止顶盖弹回干涉立方星分离，通过卫星分离结构导向滑动装置将立方星沿弹射轨道弹出，有效减小能量损耗，同时大大提高了立方星弹射成功率。

下面将对上面所描述的目的、特征和优点及本发明的工作原理参照附图进行详细的说明和解释。

附图说明

图1是本发明立方星解锁分离机构顶盖解锁状态的整体示意图。

图2是本发明立方星解锁分离机构的立柱导轨示意图。

图3是本发明立方星解锁分离机构顶盖示意图。

图4是本发明立方星解锁分离机构电磁锁定和解锁结构的结构示意图。

图5是本发明立方星解锁分离机构电磁锁定和解锁结构内部结构示意图。

图6是本发明立方星解锁分离机构卫星分离结构的结构示意图。

图7是本发明立方星解锁分离机构抱刹自锁结构示意图。

图8是本发明立方星解锁分离机构抱刹器与卡门器的结构示意图。

图9是本发明立方星解锁分离机构阻车块结构示意图。

图10是顶盖闭合状态下的抱刹自锁结构状态示意图。

图11是顶盖完全打开状态下的抱刹自锁结构状态示意图。

图中，1.卡锁片，2.顶盖，3.抱刹器，4.上底托板，5.上横梁，6.失电型电磁铁，7.锁架，8.横梁，9.蒙皮，10.底板，11卡门器，12.顶盖弹簧，13.扭簧，14.立柱，15.大弹簧，16.阻车块，17.顶盖轴，18.螺纹杆，19.锁内架，20.锁连杆，21.锁吸片，22.拉簧，23.底托限位块，24.下底托板，25.导向轴承，26.底托立柱27.导向套筒，28.电气接口，29.小压簧，30.螺母，31.复位弹簧，32.底板限位套。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

结合图1-6，一种立方星解锁分离机构，包括主框架结构、卫星分离结构、电磁锁定和解锁结构和抱刹自锁结构，所述包括主框架结构包括顶盖2、卡锁片1、上横梁5、中间横梁8、底板10、顶盖打开装置、四根立柱14、顶盖轴17，所述上横梁5固定于四根立柱14的顶端，所述中间横梁8固定于四根立柱14的中间外部，所述底板10固定于四根立柱14的底部，所述顶盖2通过顶盖轴17与上横梁5铰接，顶盖打开装置用于实现所述顶盖2的打开，

所述卫星分离结构设置于所述主框架结构内，其包括上底托板4、下底托板24、四根底托立柱26、大弹簧15和卫星分离结构导向滑动装置，所述上底托板4和下底托板24通过四根底托立柱26连接，所述卫星分离结构导向滑动装置用于实现所述卫星分离结构在所述主框架结构内的轴向滑动，所述大弹簧15的底端连接所述底板10、顶端连接上底托板4，

所述电磁锁定和解锁结构设置于所述主框架结构的外部用于实现所述顶盖2与上横梁5的锁定与解锁，其包括锁架7以及位于所述锁架7内的两个失电型电磁铁6、锁内架19、两个锁连杆20、两个锁吸片21和两个拉簧22，所述每个锁吸片21的一端与对应的失电型电磁铁6通过磁力相连接、另一端与对应的锁连杆20铰接，每个拉簧22的一端与锁内架19连接、另一端与对应的锁连杆20连接，两个锁连杆20分别铰接在锁内架19的两侧，通过失电型电磁铁6的失电能够实现锁连杆20围绕锁内架19转动从而实现所述顶盖2与上横梁5的解锁。

所述抱刹自锁结构用于实现在所述顶盖2完全打开之前对所述立方星的锁定以及所述顶盖2在处于完全打开状态时的状态锁定。

进一步地，电气接口28固定在主框架结构上。

进一步地，所述顶盖2上设置有卡锁片1，所述卡锁片1与两个锁连杆20的锁合与分离能够实现所述顶盖2的闭合与打开。

进一步地，结合图3，所述顶盖打开装置包括至少一个顶盖弹簧12和扭簧13，所述顶盖弹簧12设置于顶盖2的底部，所述扭簧13设置于顶盖轴17。

进一步地，结合图2，在其中两个对角设置的立柱14的轴向内侧设置有导轨，在每个所述导轨的顶端设置有底托限位块23。

进一步地，结合图6，所述卫星分离结构导向滑动装置包括设置在两个对角的底托立柱26上的导向套筒27，每个导向套筒27上固定有一个与所述导轨配合的导向轴承25。

进一步地，结合图4，所述锁架7与立柱14固定连接并位于上横梁5的下方，所述锁内架19与所述锁架7固定连接。

进一步地，所述四根立柱14的外侧包覆有蒙皮9。

进一步地，结合图3、7-11，所述抱刹自锁结构包括抱刹器3、4个阻车块16、卡门器11、螺纹杆18，所述抱刹器3位于所述顶盖2的侧面并和所述顶盖2固定连接，所述抱刹器3的上端面包括一弧形导轨面3-1以及位于所述弧形导轨面一端的凹槽3-2，所述卡门器11包括一卡块11-1以及位于所述卡块11-1上端的与所述卡块11-1铰接的与所述凹槽3-2配合的滚轮11-2，所述滚轮11-2能够卡合在所述凹槽3-2内以及沿所述弧形导轨面3-1滚动，所述螺纹杆18与其中一根立柱14同轴设置，所述螺纹杆18的上端与所述卡块11-1下端固定连接，所述阻车块16的一端套设于所述螺纹杆18的外部、另一端与所述其中一根立柱14铰接，所述阻车块16面对立方星的面为一直角面(通过该直角面将卫星顶住抱死)，所述阻车块16通过套设于所述螺纹杆18上的小压簧29和螺母30限位，并对对小压簧29进行预紧，所述抱刹自锁结构还包括设置于所述底板10内的限位套32，所述螺纹杆18的下端套设有复位弹簧31，所述限位套32与所述螺纹杆18的下端固定连接，复位弹簧31位于所述底板10内。

本发明的工作原理为：初始状态立方星解锁分离机构为闭合状态，电磁锁定和解锁结构将顶盖2顶端卡锁片1锁紧，电器接口28收到信号之前保持闭合状态，卡门器11处在抱刹器3圆弧段，阻车块16上拉，立方星在立方星解锁分离机构中被阻车块16抱紧锁紧，以减小其振动，同时小压簧29以及复位弹簧31处于压缩状态，如图10所示。

当电器接口28接收到分离信号后，失电型电磁铁6失去磁性，吸附在电磁铁上锁吸片21由连接在锁连杆20与锁内架19之间的拉簧22拉离，导致锁连杆19脱离与卡锁片1的接触，使立方星解锁分离机构解锁。同时顶盖2上顶盖弹簧与扭簧13作用，将顶盖迅速弹起打开。在顶盖2打开的过程中所述弧形导轨面3-1与所述顶盖2一起转动从而使得所述滚轮11-2相对于所述弧形导轨面3-1滚动，打开过程中，所述滚轮11-2依然处在抱刹器3弧形导轨面3-1上，阻车块16仍然处于上拉状态，卫星仍然处于锁紧状态，无法分离。

当顶盖2完全打开后，小压簧29以及复位弹簧31作用下，将所述滚轮11-2拉入抱刹器3凹槽3-2内，阻车块16下拉，松开立方星，同时顶盖2实现自锁(如图11所示)。此时大弹簧15作用于底托，底托中导向轴承25处于立柱14导轨内，因此大弹簧15可将底托沿导轨弹出，从而使立方星从立方星解锁分离机构中分离，底托上升到导轨顶端时，由底托限位块23阻挡，防止底托弹出立方星解锁分离机构，此时立方星完全分离，分离后的状态如图1所示。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种立方星解锁分离机构，其特征在于，包括主框架结构、卫星分离结构、电磁锁定和解锁结构和抱刹自锁结构，所述包括主框架结构包括顶盖(2)、卡锁片(1)、上横梁(5)、中间横梁(8)、底板(10)、顶盖打开装置、四根立柱(14)、顶盖轴(17)，所述上横梁(5)固定于四根立柱(14)的顶端，所述中间横梁(8)固定于四根立柱(14)的中间外部，所述底板(10)固定于四根立柱(14)的底部，所述顶盖(2)通过顶盖轴(17)与上横梁(5)铰接，顶盖打开装置用于实现所述顶盖(2)的打开，

所述卫星分离结构设置于所述主框架结构内，其包括上底托板(4)、下底托板(24)、四根底托立柱(26)、大弹簧(15)和卫星分离结构导向滑动装置，所述上底托板(4)和下底托板(24)通过四根底托立柱(26)连接，所述卫星分离结构导向滑动装置用于实现所述卫星分离结构在所述主框架结构内的轴向滑动，所述大弹簧(15)的底端连接所述底板(10)、顶端连接上底托板(4)，

所述电磁锁定和解锁结构设置于所述主框架结构的外部用于实现所述顶盖(2)与上横梁(5)的锁定与解锁，其包括锁架(7)以及位于所述锁架(7)内的两个失电型电磁铁(6)、锁内架(19)、两个锁连杆(20)、两个锁吸片(21)和两个拉簧(22)，所述每个锁吸片(21)的一端与对应的失电型电磁铁(6)通过磁力相连接、另一端与对应的锁连杆(20)铰接，每个拉簧(22)的一端与锁内架(19)连接、另一端与对应的锁连杆(20)连接，两个锁连杆(20)分别铰接在锁内架(19)的两侧，通过失电型电磁铁(6)的失电能够实现锁连杆(20)围绕锁内架(19)转动从而实现所述顶盖(2)与上横梁(5)的解锁，

所述抱刹自锁结构用于实现在所述顶盖(2)完全打开之前对所述立方星的锁定以及所述顶盖(2)在处于完全打开状态时的状态锁定，

所述顶盖(2)上设置有卡锁片(1)，所述卡锁片(1)与两个锁连杆(20)的锁合与分离能够实现所述顶盖(2)的闭合与打开。

2.根据权利要求1所述的立方星解锁分离机构，其特征在于，所述顶盖打开装置包括至少一个顶盖弹簧(12)和扭簧(13)，所述顶盖弹簧(12)设置于顶盖(2)的底部，所述扭簧(13)设置于顶盖轴(17)。

3.根据权利要求1所述的立方星解锁分离机构，其特征在于，在其中两个对角设置的立柱(14)的轴向内侧设置有导轨，在每个所述导轨的顶端设置有底托限位块(23)。

4.根据权利要求3所述的立方星解锁分离机构，其特征在于，所述卫星分离结构导向滑动装置包括设置在两个对角的底托立柱(26)上的导向套筒(27)，每个导向套筒(27)上固定有一个与所述导轨配合的导向轴承(25)。

5.根据权利要求1所述的立方星解锁分离机构，其特征在于，所述锁架(7)与立柱(14)固定连接并位于上横梁(5)的下方，所述锁内架(19)与所述锁架(7)固定连接。

6.根据权利要求1所述的立方星解锁分离机构，其特征在于，所述四根立柱(14)的外侧包覆有蒙皮(9)。

7.根据权利要求1-6任一项所述的立方星解锁分离机构，其特征在于，所述抱刹自锁结构包括抱刹器(3)、至少一个阻车块(16)、卡门器(11)、螺纹杆(18)，所述抱刹器(3)位于所述顶盖(2)的侧面并和所述顶盖(2)固定连接，所述抱刹器(3)的上端面包括一弧形导轨面(3-1)以及位于所述弧形导轨面一端的凹槽(3-2)，所述卡门器(11)包括一卡块(11-1)以及位于所述卡块(11-1)上端的与所述卡块(11-1)铰接的与所述凹槽(3-2)配合的滚轮(11-2)，所述滚轮(11-2)能够卡合在所述凹槽(3-2)内以及沿所述弧形导轨面(3-1)滚动，所述螺纹杆(18)与其中一根立柱(14)同轴设置，所述螺纹杆(18)的上端与所述卡块(11-1)下端固定连接，所述阻车块(16)的一端套设于所述螺纹杆(18)的外部、另一端与所述其中一根立柱(14)铰接，所述阻车块(16)面对立方星的面为一直角面。

8.根据权利要求7所述的立方星解锁分离机构，其特征在于，所述阻车块(16)通过套设于所述螺纹杆(18)上的小压簧(29)和螺母(30)限位，所述抱刹自锁结构还包括设置于所述底板(10)内的限位套(32)，所述螺纹杆(18)的下端套设有复位弹簧(31)，所述限位套(32)与所述螺纹杆(18)的下端固定连接，复位弹簧(31)位于所述底板(10)内。

9.根据权利要求7或8所述的立方星解锁分离机构的分离方法，包括以下步骤：

步骤一：接收到分离信号后，所述失电型电磁铁(6)失去磁性，吸附在失电型电磁铁(6)上锁吸片(21)被连接在锁连杆(20)与锁内架(19)之间的拉簧(22)拉离，导致卡锁片(1)脱离锁连杆(20)从而使得顶盖打开装置开始工作将顶盖(2)打开，在顶盖(2)打开的过程中所述弧形导轨面(3-1)与所述顶盖(2)一起转动从而使得所述滚轮(11-2)相对于所述弧形导轨面(3-1)滚动至所述凹槽(3-2)中，此时顶盖(2)处于完全打开的状态并且所述抱刹自锁结构将顶盖(2)锁定在完全打开的状态；

步骤二：在所述滚轮(11-2)相对于所述弧形导轨面(3-1)滚动至所述凹槽(3-2)中的同时，所述螺纹杆(18)向下运动带动所述阻车块(16)转动从而解除所述阻车块(16)对立方星的抱刹，此时所述大弹簧(15)作用于上底托板(4)使得立方星在卫星分离结构导向滑动装置的作用下沿立柱(14)轴向运动，从而使立方星从立方星解锁分离机构中分离。

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