CN110239748B - 星间火工分离装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种星间火工分离装置，包括：星间包带，由两根条带通过火工分离元件环接而成；复数个卡块，离散地固定于条带上并位于星间包带的内周侧，用于轴向锁紧下级卫星的对接环与上级卫星的对接环；导向限位机构，包括导向件、防护板与拉伸弹簧。该星间火工分离装置具有对星间包带于分离过程及分离后的位置约束能力，杜绝或减少星间包带解锁后对下级卫星在轨姿态的不利影响，降低下级卫星的姿态调控难度。

Description

星间火工分离装置
技术领域
本发明涉及航天技术领域，特别涉及一种星间火工分离装置。
背景技术
一箭多星，是一种用一枚运载火箭同时或先后将数颗卫星送入地球轨道的技术。一箭多星的一种形式为，将多颗卫星串联连接并先后分离。于串联连接中，质量较大的卫星之间通常采用包带方式实现连接分离。当上级卫星达到入轨条件后，包带解锁使上下级卫星分离，解锁后的包带则留存于下级卫星。这种分离方式常常造成下级卫星的在轨姿态不易调节，下级卫星的姿态调节控制难度大为增加。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种星间火工分离装置，具有对星间包带于分离过程及分离后的位置约束能力，杜绝或减少星间包带解锁后对下级卫星在轨姿态的不利影响，降低下级卫星的姿态调控难度。
本发明提供的星间火工分离装置，包括：
星间包带，由两根条带通过火工分离元件环接而成，用于周向箍紧下级卫星的对接环与上级卫星的对接环，所述火工分离元件爆炸使所述星间包带解除周向箍紧；
复数个卡块，离散地固定于所述条带上并位于所述星间包带的内周侧，用于轴向锁紧所述下级卫星的对接环与所述上级卫星的对接环；
导向限位机构，包括导向件、防护板与拉伸弹簧，所述导向件固定于所述条带接近所述火工分离元件的端侧并位于所述星间包带的外周侧，所述防护板固定于所述下级卫星的对接环的外周面上，所述防护板上设有用于限定所述导向件的运动轨迹的导向部，所述拉伸弹簧贯穿所述防护板后两端分别连接所述条带与所述下级卫星的对接环。
进一步地，所述导向件于所述导向部引导下的运动由沿所述星间包带的径向的离心运动与沿所述星间包带的轴向接近所述下级卫星的运动复合而成。
进一步地，所述拉伸弹簧的弹性力使所述条带同时沿所述星间包带的径向做离心运动及沿所述星间包带的轴向运动接近所述下级卫星。
进一步地，所述导向件为导向柱，所述导向部为导向槽，所述导向柱可滑动地保持于所述导向槽内。
进一步地，所述导向部包括依次连接的第一导向段与第二导向段，所述第二导向段位于所述第一导向段接近所述下级卫星的一侧，所述第二导向段与所述星间包带的轴向之间的锐角夹角小于所述第一导向段与所述星间包带的轴向之间的锐角夹角。
进一步地，所述第一导向段与所述星间包带的轴向之间的锐角夹角不小于45°。
进一步地，所述第二导向段与所述星间包带的轴向之间的锐角夹角不大于45°。
进一步地，所述卡块远离所述条带的一侧表面开设咬合槽，所述咬合槽咬合夹紧于所述下级卫星的对接环与所述上级卫星的对接环的对接部，所述第一导向段的延伸方向平行于所述咬合槽与所述下级卫星的对接环的咬合面。
进一步地，所述咬合槽为梯形槽或V型槽，和/或所述咬合槽自开口端至底部逐渐收缩。
进一步地，所述导向部配置为：当所述导向件到达运动轨迹末端时，所述拉伸弹簧保持拉伸状态，所述上级卫星自所述星间包带上完全脱离。
进一步地，所述条带之间还通过复位弹簧连接，当所述火工分离元件爆炸后，所述复位弹簧使所述条带相互远离。
进一步地，所述复数个卡块沿所述星间包带的周向均匀离散分布。
进一步地，所述火工分离元件为点式分离元件或线式分离元件。
进一步地，所述拉伸弹簧为复数个并沿所述星间包带的周向均匀离散分布。
本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
以导向件、防护板与拉伸弹簧组成导向限位机构，以防护板的导向部限定导向件的运动轨迹，使导向件于导向约束下带动条带运动至预定位置，星间包带于分离过程及分离后均受到位置约束，特别是条带于分离后保持位置固定、不会发生晃动，杜绝或减少星间包带对下级卫星在轨姿态的不利影响，降低下级卫星的姿态调控难度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的星间火工分离装置的应用环境示意图；
图2为图1中星间火工分离装置的俯视示意图；
图3为图1中星间火工分离装置的局部剖视示意图；
图4为图3中星间火工分离装置的A向局部剖视示意图。
主要元件符号说明：
1-星间包带，11-条带，12-火工分离元件，13-复位弹簧，2-卡块，31-导向件，32-防护板，321-第一导向段，322-第二导向段，33-拉伸弹簧，P(t)-下级卫星，Pt-下级对接环，P(z)-上级卫星，Pz-上级对接环。
具体实施方式
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请结合参阅图1-4，本实施例公开了星间火工分离装置的一种具体构造，该星间火工分离装置包括星间包带1、复数个卡块2、导向限位机构，具有对星间包带1于分离过程及分离后的位置约束能力，杜绝或减少星间包带1解锁后对下级卫星P(t)在轨姿态的不利影响，降低下级卫星P(t)的姿态调控难度。
星间包带1由两根条带11通过火工分离元件12环接而成，具有环形构造，用于周向箍紧下级卫星P(t)的对接环(即下级对接环Pt)与上级卫星P(z)的对接环(即上级对接环Pz)。换言之，星间包带1沿周向环绕于下级对接环Pt与上级对接环Pz的对接处，使下级对接环Pt与上级对接环Pz可靠对接。
火工分离元件12爆炸后，火工分离元件12施加于条带11之间的锁紧力消除，使条带11可与下级对接环Pt/上级对接环Pz发生分离。相应地，星间包带1解除周向箍紧，使下级对接环Pt与上级对接环Pz可以分离。
示范性地，条带11为金属条带11。示范性地，火工分离元件12为点式分离元件或线式分离元件。其中，点式分离元件包括爆炸螺栓、解锁螺栓、分离螺母等类型，线式分离元件包括聚能式炸药索、气囊式炸药索、膨胀管等类型。
示范性地，条带11之间还通过复位弹簧13连接。当火工分离元件12爆炸后，复位弹簧13使条带11相互远离，增加条带11的分离动力。同时，于复位弹簧13的限位连接下，条带11之间无法完全分离，使星间包带1仍然具有环形构造而易于进行位置控制，杜绝或减少星间包带1解锁后对下级卫星P(t)在轨姿态的不利影响，降低下级卫星P(t)的姿态调控难度。
复数个卡块2离散地固定于条带11上并位于星间包带1的内周侧，每一卡块2均用于轴向锁紧下级对接环Pt与上级对接环Pz。当星间包带1保持周向箍紧时，卡块2可靠地压紧于下级对接环Pt与上级对接环Pz的对接部，使下级对接环Pt与上级对接环Pz无法发生轴向的相对运动而可靠固定。示范性地，复数个卡块2沿星间包带1的周向均匀离散分布，保证对下级对接环Pt与上级对接环Pz的均匀作用。
示范性地，卡块2远离条带11的一侧表面开设咬合槽，咬合槽咬合夹紧于下级对接环Pt与上级对接环Pz的对接部。换言之，下级对接环Pt与上级对接环Pz的对接部位于咬合槽内，由咬合槽限位固定。示范性地，咬合槽自开口端至底部逐渐收缩，形成开口大而底部小的槽结构，便于咬合与分离。示范性地，咬合槽为梯形槽或V型槽。
导向限位机构包括导向件31、防护板32与拉伸弹簧33，用于在星间包带1的解锁过程对星间包带1进行运行导向，及于解锁后的星间包带1进行位置限定，实现位置约束目的。
其中，导向件31固定于条带11接近火工分离元件12的端侧并位于星间包带1的外周侧。换言之，导向件31于任一条带11上成对设置，且成对的导向件31中的二者分居条带11的两端。于一个最简的实施例中，任一条带11上的导向件31的数量为二。
其中，防护板32固定于下级对接环Pt的外周面上，且防护板32上设有用于限定导向件31的运动轨迹的导向部。换言之，导向件31保持于导向部上，导向件31于导向部的引导下沿预定运动轨迹运动。
其中，拉伸弹簧33贯穿防护板32后两端分别连接条带11与下级对接环Pt。拉伸弹簧33对条带11施加弹性力，使条带11于火工分离元件12爆炸后远离上级对接环Pz，实现解锁分离目的。由于条带11与导向件31固定连接，条带11一并受到导向部的运动导向作用。同时，拉伸弹簧33于防护板32中穿过，受到防护板32的限位作用。示范性地，拉伸弹簧33为复数个并沿星间包带1的周向均匀离散分布，保证均匀牵引作用。
示范性地，拉伸弹簧33的弹性力使条带11同时沿星间包带1的径向做离心运动及沿星间包带1的轴向运动接近下级卫星P(t)。示范性地，导向件31于导向部引导下的运动由沿星间包带1的径向的离心运动与沿星间包带1的轴向接近下级卫星P(t)的运动复合而成。由之，条带11的运动过程及运动终止位置完全受控，不致对下级卫星P(t)的在轨姿态造成不利影响。
导向件31与导向部可采用不同形式实现，例如导轨-滑块、导轴-导槽等类型。示范性地，导向件31为导向柱，导向部为导向槽，导向柱可滑动地保持于导向槽内。
示范性地，导向部包括依次连接的第一导向段321与第二导向段322。其中，第二导向段322位于第一导向段321接近下级卫星P(t)的一侧，第二导向段322与星间包带1的轴向之间的锐角夹角小于第一导向段321与星间包带1的轴向之间的锐角夹角。
该角度配置关系的作用至少在于：于第一导向段321增加条带11的离心运动速度，加速条带11的离心运动以使星间包带1的外径快速增大，实现星间包带1与上级卫星P(z)的快速分离，减少上级卫星P(z)的释放过程时间，保证上级卫星P(z)迅速准确入轨；于第二导向段322增加条带11沿星间包带1的轴向接近下级卫星P(t)的运动速度，使星间包带1(尤其是于上级卫星P(z)释放后)快速地接近下级卫星P(t)并到达预定的运动终止位置，减少星间包带1的运动时间而降低对下级卫星P(t)的运动姿态影响。
示范性地，第一导向段321与星间包带1的轴向之间的锐角夹角不小于45°，进一步增加条带11的离心运动速度。较优地，该锐角夹角不小于60°。
示范性地，第二导向段322与星间包带1的轴向之间的锐角夹角不大于45°，进一步增加条带11沿星间包带1的轴向接近下级卫星P(t)的运动速度。较优地，该锐角夹角不大于30°。
示范性地，第一导向段321的延伸方向平行于咬合槽与下级卫星P(t)的对接环的咬合面，保证条带11及导向件31于第一导向段321的运动顺畅而足以分离。
示范性地，导向部配置为：当导向件31到达运动轨迹末端时，拉伸弹簧33保持拉伸状态，且上级卫星P(z)自星间包带1上完全脱离。于运动轨迹末端(即运动终止位置)，由于拉伸弹簧33的弹性力作用，导向件31仍然具有沿星间包带1的轴向接近下级卫星P(t)的运动趋势，但受限于导向部而无法运动，从而实现导向件31的位置锁定。
示范性地，第一导向段321可配置为：当导向件31到达第一导向段321与第二导向段322的连接处时，上级卫星P(z)自星间包带1上完全脱离，压缩上级卫星P(z)的释放过程时间，加速上级卫星P(z)的释放速度，保证入轨精度与响应速度。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.星间火工分离装置，其特征在于，包括：
星间包带，由两根条带通过火工分离元件环接而成，用于周向箍紧下级卫星的对接环与上级卫星的对接环，所述火工分离元件爆炸使所述星间包带解除周向箍紧；
复数个卡块，离散地固定于所述条带上并位于所述星间包带的内周侧，用于轴向锁紧所述下级卫星的对接环与所述上级卫星的对接环；
导向限位机构，包括导向件、防护板与拉伸弹簧，所述导向件固定于所述条带接近所述火工分离元件的端侧并位于所述星间包带的外周侧，所述防护板固定于所述下级卫星的对接环的外周面上，所述防护板上设有用于限定所述导向件的运动轨迹的导向部，所述拉伸弹簧贯穿所述防护板后两端分别连接所述条带与所述下级卫星的对接环；
所述导向件于所述导向部引导下的运动由沿所述星间包带的径向的离心运动与沿所述星间包带的轴向接近所述下级卫星的运动复合而成；所述拉伸弹簧的弹性力使所述条带同时沿所述星间包带的径向做离心运动及沿所述星间包带的轴向运动接近所述下级卫星。
2.根据权利要求1所述的星间火工分离装置，其特征在于，所述导向件为导向柱，所述导向部为导向槽，所述导向柱可滑动地保持于所述导向槽内。
3.根据权利要求1所述的星间火工分离装置，其特征在于，所述导向部包括依次连接的第一导向段与第二导向段，所述第二导向段位于所述第一导向段接近所述下级卫星的一侧，所述第二导向段与所述星间包带的轴向之间的锐角夹角小于所述第一导向段与所述星间包带的轴向之间的锐角夹角；所述第一导向段与所述星间包带的轴向之间的锐角夹角不小于45°；所述第二导向段与所述星间包带的轴向之间的锐角夹角不大于45°。
4.根据权利要求3所述的星间火工分离装置，其特征在于，所述卡块远离所述条带的一侧表面开设咬合槽，所述咬合槽咬合夹紧于所述下级卫星的对接环与所述上级卫星的对接环的对接部，所述第一导向段的延伸方向平行于所述咬合槽与所述下级卫星的对接环的咬合面；所述咬合槽为梯形槽或V型槽，所述咬合槽自开口端至底部逐渐收缩。
5.根据权利要求1所述的星间火工分离装置，其特征在于，所述导向部配置为：当所述导向件到达运动轨迹末端时，所述拉伸弹簧保持拉伸状态，所述上级卫星自所述星间包带上完全脱离。
6.根据权利要求1所述的星间火工分离装置，其特征在于，所述条带之间还通过复位弹簧连接，当所述火工分离元件爆炸后，所述复位弹簧使所述条带相互远离。
7.根据权利要求1所述的星间火工分离装置，其特征在于，所述复数个卡块沿所述星间包带的周向均匀离散分布。
8.根据权利要求1所述的星间火工分离装置，其特征在于，所述火工分离元件为点式分离元件或线式分离元件。
9.根据权利要求1所述的星间火工分离装置，其特征在于，所述拉伸弹簧为复数个并沿所述星间包带的周向均匀离散分布。
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