CN110228608A - 一种适应于侧挂式卫星的点式连接分离装置 - Google Patents

Abstract

一种适应于侧挂式卫星的点式连接分离装置，包括：卫星安装支座、卫星对接块、火工分离螺母、弹簧分离装置等。卫星安装支座为卫星的承载主结构；卫星对接块连接卫星主体；火工分离螺母与垫片、加载螺母配合，实现卫星与火箭的连接及预紧力施加；锁紧螺母、压缩弹簧、火工分离螺母配合，实现卫星与火箭的解锁；收集盒、缓冲装置、盖板配合，实现解锁后火工分离螺母的螺杆冲击缓冲及收集；弹簧分离装置与工艺螺杆配合，实现地面时的弹簧锁紧以及在轨时的卫星分离力施加。本发明采用连接解锁装置与结构一体化设计及低冲击火工分离螺母应用技术，具有重量轻、冲击低、成本低、结构紧凑、卫星侧挂承载等特点。

Description

一种适应于侧挂式卫星的点式连接分离装置

技术领域

本发明涉及一种星箭连接分离装置。

背景技术

随着星座组网需求的增加以及小卫星技术的成熟，一箭多星发射已成为国内外运载发展的一种趋势。目前针对多星发射任务，常用的方案是卫星通过包带或点式连接分离装置采用坐式安装，多颗卫星间通过过渡舱和支承舱串行安装，分离时从上向下逐颗分离。这种方式具有罩内空间利用率底、整流罩高度过高、卫星只能逐个分离的缺点。也有多星采用并联方案坐式安装的构型，由于分离方向沿卫星轴向，同样有卫星分离时相互碰撞的风险。

卫星载荷形式主要以轴向载荷为主，横向载荷相对较小。如图1、图2所示，以坐式卫星点式分离装置为例，主要载荷方向沿火工品爆炸螺栓轴向，较大的轴拉载荷由爆炸螺栓承受，轴压载荷由适配器结构承受，相对较小的横向载荷由火工爆炸螺栓抗剪承载。但对于侧挂式卫星而言，较大的卫星轴向载荷需要火工爆炸螺栓抗剪承载，而火工爆炸螺栓承载性能较好的轴向仅承受相对小的卫星横向载荷，为了增加火工爆炸螺栓抗剪性能，需要采用更强的螺栓体设计，进而又需要更大的分离药量，直接导致了点式分离装置的设计尺寸较大，对于卫星的分离冲击也更大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，本发明提供一种适应于侧挂式卫星的点式连接分离装置，具有冲击低、重量轻、成本低、结构紧凑等优点。

本发明所采用的技术方案是：一种适应于侧挂式卫星的点式连接分离装置，包括：卫星安装支座、卫星对接块、弹簧分离装置、工艺螺杆、收集盒、盖板、连接解锁机构；卫星对接块通过连接解锁机构安装在卫星安装支座的安装面上；连接解锁机构安装在卫星安装支座的安装槽内，安装槽上覆盖盖板，连接解锁机构伸出卫星对接块的部分安装收集盒；收集盒底部固定在卫星对接块上；弹簧分离装置安装在卫星安装支座上，地面操作时通过工艺螺杆将弹簧分离装置内的弹簧压缩固定，在卫星安装支座与卫星对接块通过火工分离螺母连接并施加预紧力后，卸下工艺螺杆使得弹簧分离装置的弹簧推杆穿过卫星安装支座的安装面顶到卫星对接块上。

连接解锁机构包括火工分离螺母、垫片、加载螺母、锁紧螺母、压缩弹簧；火工分离螺母安装在卫星安装支座的安装槽内，一端的螺杆依次穿过卫星安装支座、卫星对接块、垫片，加载螺母安装在螺杆上压紧垫片，螺杆端部安装锁紧螺母，压缩弹簧安装在锁紧螺母端盖和垫片之间。

火工分离螺母在卫星安装支座安装面上的安装孔周围设置锥形环状凸台，与卫星对接块底部的锥形凹槽对接。

收集盒顶部安装缓冲蜂窝。

所述加载螺母与垫片的接触面采用球头与球窝配合。

卫星安装支座安装面上的锥形环状凸台的半锥角的取值范围为65°-75°，凸台高度的取值范围为3-5mm，凸台半锥角采用上偏差，为10-15′。

卫星对接块底部的凹槽的半锥角的取值范围为70°-85°，半锥角采用下偏差，偏差绝对值较卫星安装支座的凸台偏差大5-10′，凹槽深度较卫星安装支座凸台高度大2mm以上。

卫星安装支座选择2A14铝合金锻件或钛合金整体机加工成型。

卫星安装支座上表面和卫星对接块下表面采用导电氧化Ct·Ocd表面处理。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明的连接分离装置中火工分离螺母承载相对小的卫星横向载荷，所述卫星安装支座凸台结构承受相对大的卫星轴向载荷，降低了火工品的设计载荷，可以选择规格较小的火工品，减小了分离时的卫星冲击，改善了卫星环境条件。

(2)本发明的连接分离装置中卫星安装支座设计其凸台采用梯形截面，所述卫星对接块设计其底部凹槽也采用梯形截面，通过设计保证分离时卫星对接块与卫星安装支座凸台的距离越来越大，提高分离安全性。卫星安装支座设计，将用于承载卫星轴向载荷的凸台结构与卫星安装支座一体化成型，提高星箭接口精度及连接刚度。

(3)本发明的连接分离装置中锁紧螺母与压缩弹簧配合，通过对锁紧螺母的定力矩精确控制压缩弹簧的工作推力，在火工分离螺母解锁后将火工分离螺母螺杆以合适的速度向上抽至收集盒内，避免螺杆突出在卫星分离过程中产生卡滞影响卫星正常分离，提高分离可靠性。

(4)本发明的连接分离装置中收集盒内粘接有缓冲蜂窝，在火工分离螺母解锁后的螺杆向上抽出的过程中起到缓冲分离冲击的作用，降低卫星段受到的冲击载荷，改善卫星环境条件。

(5)本发明的连接分离装置中加载螺母与所述垫片采用球头与球窝配合，可以消除由于两者的尺寸偏差导致在加载过程中火工分离螺母螺杆被憋住的情况发生，保证螺杆始终垂直于安装面，通过对加载螺母的定力矩加载实现卫星与火箭间的预紧力。

(6)本发明的连接分离装置中收集盒和盖板为防止解锁分离时火工分离螺母螺杆、缓冲蜂窝、锁紧螺母、压缩弹簧、加载螺母、垫片等产生太空多余物。

附图说明

图1是典型坐式卫星多星分离布局图；

图2是适应于典型坐式卫星的连接分离装置示意图；

图3是本发明适用的多星侧挂式分离布局及点式分离装置布置示意图；

图4是本发明的卫星安装支座凸台关键尺寸图；

图5是本发明的卫星安装支座凸台有限元仿真图；

图6是本发明的火工分离螺母螺杆在解锁后被抽出示意图；

图7是本发明的加载螺母与垫片间的球头球窝配合示意图；

图8是本发明的适应于侧挂式卫星的点式连接分离装置的结构示意图；

图9是本发明的适应于侧挂式卫星的点式连接分离装置的剖面结构图。

图中标记说明：

1为卫星安装支座、2为卫星对接快、3为火工分离螺母、4为弹簧分离装置、5为工艺螺杆、6为收集盒、7为垫片、8为加载螺母、9为锁紧螺母、10为压缩弹簧、11为缓冲蜂窝、12为盖板

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

如图3所示，是本发明适用的多星侧挂式分离布局及点式分离装置布置示意图；参看图8和图9，本实施例的适应于侧挂式卫星的点式连接分离装置，包括：卫星安装支座1、卫星对接快2、弹簧分离装置4、工艺螺杆5、收集盒6、连接解锁机构、缓冲蜂窝11、盖板12，用来实现运载火箭和卫星之间、上面级和卫星之间或运载火箭和飞行器之间的连接、解锁分离，可适用于1t以内卫星或飞行器的连接分离，可解决整流罩罩内空间利用率低、分离冲击大、分离自由度差等问题。

连接解锁机构包括火工分离螺母3、垫片7、加载螺母8、锁紧螺母9、压缩弹簧10；火工分离螺母3安装在卫星安装支座1的安装槽内，一端的螺杆依次穿过卫星安装支座1、卫星对接块2、垫片7，加载螺母8安装在螺杆上压紧垫片7，螺杆端部安装锁紧螺母9，压缩弹簧10安装在锁紧螺母9端盖和垫片7之间。卫星对接块2通过连接解锁机构安装在卫星安装支座1的安装面上；连接解锁机构安装在卫星安装支座1的安装槽内，安装槽上覆盖盖板12，连接解锁机构伸出卫星对接块2的部分安装收集盒6；收集盒6底部固定在卫星对接块6上；弹簧分离装置4安装在卫星安装支座1上，地面操作时通过工艺螺杆5将弹簧分离装置4内的弹簧压缩固定，在卫星安装支座1与卫星对接块2通过火工分离螺母3连接并施加预紧力后，卸下工艺螺杆5使得弹簧分离装置4的弹簧推杆穿过卫星安装支座1的安装面顶到卫星对接块2上。收集盒6顶部安装缓冲蜂窝11。

卫星安装支座1及卫星对接块2作为承载主结构及整个装置的支撑，卫星安装支座1的凸台与及卫星对接块2的凹窝结构配合承受卫星的轴向载荷。

火工分离螺母3与垫片7、加载螺母8、锁紧螺母9、压缩弹簧10配合，组成连接解锁机构，加载螺母8与垫片7间的球头球窝配合，可以消除由于两者的尺寸偏差导致在加载过程中火工分离螺母螺杆被憋住的情况发生，保证螺杆始终垂直于安装面，通过给加载螺母上力矩实现卫星对接块与卫星安装支座的连接及预紧力施加，卫星安装支座1的凸台及卫星对接块2的凹窝结构在安装过程中起到导向和避免干涉的作用。

弹簧分离装置4安装在卫星安装支座1上，地面操作时通过工艺螺杆5将弹簧压缩固定，在卫星安装支座1与卫星对接块2通过火工分离螺母3连接并施加预紧力后卸下工艺螺杆5使得弹簧分离装置4的弹簧推杆自由顶到卫星安装支座1上。

星箭解锁状态时，火工分离螺母3内部分瓣螺母张开，释放螺杆自由度，锁紧螺母9在压缩弹簧10的作用下，带着啮合的螺杆向上运动，将螺杆抽出星箭分离面，实现卫星与火箭间的可靠解锁，同时缓冲蜂窝11对螺杆起到缓冲分离冲击的作用。

星箭解锁后，弹簧分离装置4的推杆在弹簧作用下推动卫星对接块轴向运动，给卫星(图中未示出)提供分离动力，实现卫星分离。分离过程中卫星对接块2梯形凹窝与卫星安装支座1梯形凸台的相对距离越来越大，有较高的卫星分离安全性。如图6所示，是本发明的火工分离螺母螺杆在解锁后被抽出示意图。

收集盒11和盖板12为防止解锁分离时火工分离螺母3、垫片7、加载螺母8、锁紧螺母9、压缩弹簧11、缓冲蜂窝11等产生太空多余物。

火工分离螺母3在卫星安装支座1安装面上的安装孔周围设置锥形环状凸台，与卫星对接块2底部的锥形凹槽对接。卫星安装支座1的凸台和凹槽半锥角一般为70°-85°，凸台高度3-5mm。凸台半锥角采用上偏差，一般为10-15′，如图4所示。卫星对接块凹槽半锥角采用下偏差，一般为偏差绝对值较凸台偏差大5-10′，凹槽深度较凸台高度大2mm以上。尺寸及公差设计需经过仿真和试验如图4、图5所示，参数将影响安装时是否干涉，飞行过程中锥台的变形及承载情况，以及分离时是否会产生卡滞。卫星安装支座1选择2A14铝合金锻件整体机加工成型，也可以选择钛合金等其它高强材料。卫星安装支座1上表面(即与卫星对接块2接触的表面)和卫星对接块2下表面(即与卫星安装支座1接触的表面)采用导电氧化Ct·Ocd表面处理方式，以保证在轨运行过程中能够正常工作，不发生冷焊避免。

加载螺母8与垫片7采用球头与球窝配合，本实施例球径选取SR50，如图7所示。

下面进一步对本发明实施例的适应于侧挂式卫星的点式连接分离装置的操作过程进行描述。

(1)将卫星安装支座安装1定位在平台上；

(2)在卫星(图中未示出)上安装卫星对接块2；

(3)将卫星对接块2通过凸台凹窝导向定位放置在卫星安装支座1上；

(4)将火工分离螺母3自下从卫星安装支座1凸台穿出，穿过卫星对接块2，通过垫片7和加载螺母8给火工分离螺母3施加指定的安装力矩，提供卫星对接块2和卫星安装支座1间的预紧力；

(5)在加载螺母8上放置压缩弹簧10，通过锁紧螺母9施加制定的安装将压缩弹簧10压缩到指定位置；

(6)将缓冲蜂窝11粘接在收集盒6内，将收集盒6安装在卫星对接块2；

(7)在弹簧分离装置4上安装工艺螺杆5，收紧推杆；

(8)将弹簧分离装置4安装在卫星安装支座1上，卸除工艺螺杆5；

(9)安装盖板12。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定权利要求，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

本发明为详细说明部分属于本领域技术人员公知技术。

Claims (9)

1.一种适应于侧挂式卫星的点式连接分离装置，其特征在于，包括：卫星安装支座(1)、卫星对接块(2)、弹簧分离装置(4)、工艺螺杆(5)、收集盒(6)、盖板(12)、连接解锁机构；卫星对接块(2)通过连接解锁机构安装在卫星安装支座(1)的安装面上；连接解锁机构安装在卫星安装支座(1)的安装槽内，安装槽上覆盖盖板(12)，连接解锁机构伸出卫星对接块(2)的部分安装收集盒(6)；收集盒(6)底部固定在卫星对接块(6)上；弹簧分离装置(4)安装在卫星安装支座(1)上，地面操作时通过工艺螺杆(5)将弹簧分离装置(4)内的弹簧压缩固定，在卫星安装支座(1)与卫星对接块(2)通过火工分离螺母(3)连接并施加预紧力后，卸下工艺螺杆(5)使得弹簧分离装置(4)的弹簧推杆穿过卫星安装支座(1)的安装面顶到卫星对接块(2)上。

2.根据权利要求1所述的一种适应于侧挂式卫星的点式连接分离装置，其特征在于：连接解锁机构包括火工分离螺母(3)、垫片(7)、加载螺母(8)、锁紧螺母(9)、压缩弹簧(10)；火工分离螺母(3)安装在卫星安装支座(1)的安装槽内，一端的螺杆依次穿过卫星安装支座(1)、卫星对接块(2)、垫片(7)，加载螺母(8)安装在螺杆上压紧垫片(7)，螺杆端部安装锁紧螺母(9)，压缩弹簧(10)安装在锁紧螺母(9)端盖和垫片(7)之间。

3.根据权利要求1或2所述的一种适应于侧挂式卫星的点式连接分离装置，其特征在于，火工分离螺母(3)在卫星安装支座(1)安装面上的安装孔周围设置锥形环状凸台，与卫星对接块(2)底部的锥形凹槽对接。

4.根据权利要求3所述的一种适应于侧挂式卫星的点式连接分离装置，其特征在于，收集盒(6)顶部安装缓冲蜂窝(11)。

5.根据权利要求2所述的一种适应于侧挂式卫星的点式连接分离装置，其特征在于，所述加载螺母(8)与垫片(7)的接触面采用球头与球窝配合。

6.根据权利要求3所述的一种适应于侧挂式卫星的点式连接分离装置，其特征在于，卫星安装支座(1)安装面上的锥形环状凸台的半锥角的取值范围为65°-75°，凸台高度的取值范围为3-5mm，凸台半锥角采用上偏差，为10-15′。

7.根据权利要求6所述的一种适应于侧挂式卫星的点式连接分离装置，其特征在于，卫星对接块(2)底部的凹槽的半锥角的取值范围为70°-85°，半锥角采用下偏差，偏差绝对值较卫星安装支座(1)的凸台偏差大5-10′，凹槽深度较卫星安装支座(1)凸台高度大2mm以上。

8.根据权利要求6或7所述的一种适应于侧挂式卫星的点式连接分离装置，其特征在于，卫星安装支座(1)选择2A14铝合金锻件或钛合金整体机加工成型。

9.根据权利要求8所述的一种适应于侧挂式卫星的点式连接分离装置，其特征在于，卫星安装支座(1)上表面和卫星对接块(2)下表面采用导电氧化Ct·Ocd表面处理。