CN111099042A - 空间飞行器及其舱段分离装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种空间飞行器的舱段分离装置，包括底座、套筒、顶杆组件、顶推弹簧和调节垫片，顶推弹簧的底部与底座相抵触，顶推弹簧的顶部与顶杆相抵触，底座上开设有凹槽，调节垫片位于凹槽内通过调节顶推弹簧来调节顶杆的顶力，套筒安装在空间飞行器第一舱段的对接环上，顶杆抵设于空间飞行器第二舱段的对接环端面，无外力约束时，活塞抵设于套筒的顶端；空间飞行器发射时，顶杆压入套筒；空间飞行器入轨后，顶杆向外伸出，推动第一舱段和第二舱段反向运动，完成分离。本发明能够保证多个分离装置一起工作时推力的一致性，可以有效提高飞行器舱段分离过程的平顺性，降低因舱段分离带来的姿态扰动。

Description

空间飞行器及其舱段分离装置

技术领域

本发明涉及空间飞行器技术领域，具体地，涉及一种空间飞行器及其舱段分离装置。

背景技术

随着航天技术的发展，点式连接的应用逐步增多，对用于航天器两个舱段分离的分离装置设计提出了更高的要求，包括产品更高的可靠性、更低的产品质量、多件产品推力更严格的一致性等，使得设计也必须做到越来越精细化、简洁化、集约化。这些要求对于保证两个舱段之间在轨顺利分离、相关技术指标实现至关重要。

公开号为CN202670104U的中国实用新型专利提供了一种飞行器舱段级间分离装置，包括连接分离装置本体，所述连接分离装置本体的一端设置有呈台阶状的两段螺纹内推杆，其中：大直径螺纹内推杆与舱段支耳螺纹配合连接，小直径螺纹内推杆与发动机支耳套装配合并通过分离螺母螺纹锁紧连接；所述分离螺母的外侧设置有压盘，所述压盘通过螺钉与发动机支耳固定连接，所述分离螺母与压盘之间的环形空腔中设置有缓冲垫圈，所述缓冲垫圈上沿周向分布有凹槽。但该结构设计不合理，无法保证内推杆工作时推力的一致性，不能提高飞行器舱段分离过程的平顺性，无法降低因舱段分离带来的姿态扰动。

因此，有必要设计一种设计合理、结构简单、能够保证多个内推杆工作时推力的一致性、有效提高飞行器舱段分离过程的平顺性且能够降低因舱段分离带来的姿态扰动的空间飞行器及其舱段分离装置。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种新型的可靠性高、质量轻、结构紧凑且易于推力调节的分离装置，利用顶推弹簧作为储能元件，利用带有活塞的顶杆组件作为作动元件，对构型、套筒及导向、顶杆、底座等进行了新设计，并为了保证多件产品分离推力的一致性，增加了调节垫片，形成了本发明的一种用于空间飞行器舱段分离的新型弹簧推杆。

根据本发明提供的一种空间飞行器的舱段分离装置，包括底座、套筒、顶杆组件、顶推弹簧和调节垫片，

所述套筒的底端固定连接在所述底座上，所述顶杆组件包括顶杆和活塞，所述顶杆的顶端呈锥台形，

所述顶推弹簧位于所述套筒内，所述顶推弹簧的底部与所述底座相抵触，所述顶推弹簧的顶部与所述顶杆相抵触，

所述底座上开设有凹槽，所述调节垫片位于所述凹槽内通过调节所述顶推弹簧来调节所述顶杆的顶力，

所述套筒安装在空间飞行器第一舱段的对接环上，所述顶杆抵设于空间飞行器第二舱段的对接环端面，无外力约束时，所述活塞抵设于所述套筒的顶端；空间飞行器发射时，所述顶杆压入所述套筒；空间飞行器入轨后，所述顶杆向外伸出，推动第一舱段和第二舱段反向运动，完成分离。

进一步地，所述套筒的顶端设有导向部，所述导向部与所述活塞相配合对所述顶杆形成二级导向。

进一步地，所述套筒上沿其长度方向开设有多个减重孔，多个所述减重孔沿所述套筒的周向间隔分布。

进一步地，所述减重孔的长度小于所述套筒的长度，所述减重孔为腰型孔。

进一步地，所述套筒的外周还设置了安装耳片，所述安装耳片用于将所述分离装置固定安装在所述空间飞行器第一舱段的对接环上。

进一步地，所述安装耳片的结构与对接环安装端面的结构相适配，所述安装耳片在所述套筒上的位置能够根据对接环安装端面的厚度尺寸进行调整。

进一步地，所述活塞包括相连接的活塞本体和凸部，所述凸部位于所述活塞本体的底部，所述活塞本体的外径与所述套筒内径相适配，所述凸部的外径小于所述活塞本体的外径。

进一步地，所述凸部上开设有多个环形槽，所述环形槽用于约束所述顶推弹簧。

进一步地，所述调节垫片为环形金属片，所述调节垫片的数量根据所述顶推弹簧确定。

相应地，本发明还提供了一种空间飞行器，所述空间飞行器包括上述所述的舱段分离装置。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

(1)本发明的空间飞行器的舱段分离装置，应用于在轨飞行器的两个舱段之间的在轨分离，采用调节垫片来调整推杆弹簧的弹簧力，能够保证多个分离装置一起工作时推力的一致性，该分离装置与采用舱段间点式连接方式相结合，可以有效提高飞行器舱段分离过程的平顺性，降低因舱段分离带来的姿态扰动；

(2)本发明的空间飞行器的舱段分离装置，对套筒、顶杆、底座进行了减重的优化设计，在保证其功能性能的同时，降低了产品质量，同时套筒上的减重孔也可作为观测窗，能够清楚、直观地看到产品每个时刻的内部状态；

(3)本发明的空间飞行器的舱段分离装置，对套筒的筒段部分、套筒的顶杆出口部分进行二级导向的设计，保证了长行程的工作稳定性；

(4)本发明的空间飞行器的舱段分离装置，采用在套筒的外周增加安装耳片，使得该产品在飞行器上的安装简单，通过设计易于调整安装高度；

(5)本发明的空间飞行器的舱段分离装置，在设计过程中充分考虑了产品配合间隙、接触面镀膜及防冷焊、弹簧筛选、产品装配与装星等因素，使整个分离装置具有接口简单，质量轻，工作过程可靠，操作简单，可扩展性强等特点，只需对套筒、顶推弹簧等进行适应性修改，就可以满足不同质量的舱段的在轨分离要求，具有较高的通用性和经济性，应用前景广阔；

(6)本发明的空间飞行器的舱段分离装置，分离装置原理正确，具有产品简单、体积小巧、紧凑，工作可靠、稳定性强，能够满足不同航天器舱段之间的分离安装及使用要求，通用性强，具有良好的市场前景和应用前景。

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为本发明的空间飞行器的舱段分离装置的结构示意图；

图2为本发明实施例中套筒示意图；

图3为本发明实施例中顶杆示意图；

图4为本发明实施例中底座示意图；

其中，图中对应的附图标记为：1-底座，11-凹槽，2-套筒，21-导向部，22-减重孔，23-安装耳片，3-顶杆组件，31-顶杆，32-活塞，321-活塞本体，322-凸部，3221-环形槽，4-顶推弹簧，5-调节垫片。

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。

实施例1

请参阅图1-4。如图1-4所示，本发明实施例提供了一种空间飞行器的舱段分离装置，包括底座1、套筒2、顶杆组件3、顶推弹簧4和调节垫片5，所述分离装置通过套筒2外部的安装耳片23能够安装于两个待分离的舱段之一上，

所述底座1为一带内螺纹的盖形结构，与套筒2结合形成一个相对封闭的圆柱形空腔；所述套筒2的底端固定连接在所述底座1上，所述套筒2既提供顶推弹簧4的周向约束，又作为顶杆31导向，同时还作为安装接口的部件，

所述顶杆组件3为一金属元件，包括顶杆31和活塞32，所述顶杆31的顶端呈锥台形，相比较传统的半球形构型，该顶杆31的顶端可以有效降低顶杆31末端对被第二舱段的对接环端面的应力集中；

发射时，顶杆31的大部分结构体被压入套筒2内部，从而顶推弹簧4被压缩储能；

所述顶杆31的底端为活塞32，活塞32既作为顶杆31与套筒2的导向部21分，又作为所述顶推弹簧4的端部约束，同时该部分与套筒2端部配合，形成推杆行程限位；

所述顶推弹簧4位于所述套筒2内，所述顶推弹簧4的底部与所述底座1相抵触，所述顶推弹簧4的顶部与所述顶杆31相抵触，

所述底座1上开设有凹槽11，所述调节垫片5位于所述凹槽11内通过调节所述顶推弹簧4来调节所述顶杆31的顶力，

所述套筒2安装在空间飞行器第一舱段的对接环上，所述顶杆31抵设于空间飞行器第二舱段的对接环端面，无外力约束时，所述活塞32抵设于所述套筒2的顶端；空间飞行器发射时，所述顶杆31压入所述套筒2；空间飞行器入轨后，所述顶杆31向外伸出，推动第一舱段和第二舱段反向运动，完成分离。

所述套筒2的顶端设有导向部21，所述导向部21与所述活塞32相配合对所述顶杆31形成二级导向。

所述套筒2上的顶杆31出口部位增加了长导程的导向部21，与所述顶杆31的顶端部分相配合，此部分导向与活塞32导向一起构成二级导向，增强了所述推杆的运动导向的可靠性。

所述套筒2为周边及顶部均设计有减重孔22的筒型结构，减重孔22不仅能够减重，还可以观测套筒2内部顶杆31及顶推弹簧4的工作状态，所述套筒2底端的开口部分设有外螺纹，用于与所述底座1螺接。

所述套筒2上沿其长度方向开设有多个减重孔22，多个所述减重孔22沿所述套筒2的周向间隔分布。

所述减重孔22的长度小于所述套筒2的长度，所述减重孔22为腰型孔。

所述套筒2的外周还设置了安装耳片23，所述安装耳片23用于将所述分离装置固定安装在所述空间飞行器第一舱段的对接环上。

所述安装耳片23的结构与对接环安装端面的结构相适配，所述安装耳片23在所述套筒2上的位置能够根据对接环安装端面的厚度尺寸进行调整。

所述活塞32包括相连接的活塞本体321和凸部322，所述凸部322位于所述活塞本体321的底部，所述活塞本体321的外径与所述套筒2内径相适配，所述凸部322的外径小于所述活塞本体321的外径。

所述凸部322上开设有多个环形槽3221，所述环形槽3221用于约束所述顶推弹簧4。

所述调节垫片5为环形金属片，所述调节垫片5的数量根据所述顶推弹簧4确定。

所述调节垫片5为环形金属薄片结构，能够根据每个顶推弹簧4的不同情况适当增减调节垫片5数目，以实现多个顶杆31作用力更好的一致性。

通过在所述底座1凹槽11内装入若干该调节垫片5，可方便实现多个推杆推力的一致性调节，使得顶推力更均匀，减小因分离而造成的两个舱段之间姿态偏差。

所述底座1为底部含三个特征孔的盖形结构，中间的孔位作为工艺螺杆的通孔，便于进行单个分离装置的组装以及分离装置的装星操作，另外的两个小孔可作为底座1与套筒2的旋紧专用工具的定位孔，方便进行底座1与套筒2的螺接装配，直至螺纹行程结束，这些孔的设计，能够减小一部分的底座1质量。

实施例2

在实施例1的基础上，本发明实施例还提供了一种空间飞行器，所述空间飞行器包括上述实施例1中所述的舱段分离装置。

综上，本发明的空间飞行器的舱段分离装置，应用于在轨飞行器的两个舱段之间的在轨分离，采用调节垫片来调整推杆弹簧的弹簧力，能够保证多个分离装置一起工作时推力的一致性，该分离装置与采用舱段间点式连接方式相结合，可以有效提高飞行器舱段分离过程的平顺性，降低因舱段分离带来的姿态扰动；对套筒、顶杆、底座进行了减重的优化设计，在保证其功能性能的同时，降低了产品质量，同时套筒上的减重孔也可作为观测窗，能够清楚、直观地看到产品每个时刻的内部状态；对套筒的筒段部分、套筒的顶杆出口部分进行二级导向的设计，保证了长行程的工作稳定性；采用在套筒的外周增加安装耳片，使得该产品在飞行器上的安装简单，通过设计易于调整安装高度；在设计过程中充分考虑了产品配合间隙、接触面镀膜及防冷焊、弹簧筛选、产品装配与装星等因素，使整个分离装置具有接口简单，质量轻，工作过程可靠，操作简单，可扩展性强等特点，只需对套筒、顶推弹簧等进行适应性修改，就可以满足不同质量的舱段的在轨分离要求，具有较高的通用性和经济性，应用前景广阔；分离装置原理正确，具有产品简单、体积小巧、紧凑，工作可靠、稳定性强，能够满足不同航天器舱段之间的分离安装及使用要求，通用性强，具有良好的市场前景和应用前景。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

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 (10)

1.一种空间飞行器的舱段分离装置，其特征在于，包括底座(1)、套筒(2)、顶杆组件(3)、顶推弹簧(4)和调节垫片(5)，

所述套筒(2)的底端固定连接在所述底座(1)上，所述顶杆组件(3)包括顶杆(31)和活塞(32)，所述顶杆(31)的顶端呈锥台形，

所述顶推弹簧(4)位于所述套筒(2)内，所述顶推弹簧(4)的底部与所述底座(1)相抵触，所述顶推弹簧(4)的顶部与所述顶杆(3)相抵触，

所述底座(1)上开设有凹槽(11)，所述调节垫片(5)位于所述凹槽(11)内通过调节所述顶推弹簧(4)来调节所述顶杆(3)的顶力，

所述套筒(2)安装在空间飞行器第一舱段的对接环上，所述顶杆(31)抵设于空间飞行器第二舱段的对接环端面，无外力约束时，所述活塞(32)抵设于所述套筒(2)的顶端；空间飞行器发射时，所述顶杆(31)压入所述套筒(2)；空间飞行器入轨后，所述顶杆(31)向外伸出，推动第一舱段和第二舱段反向运动，完成分离。

2.根据权利要求1所述的空间飞行器的舱段分离装置，其特征在于，所述套筒(2)的顶端设有导向部(21)，所述导向部(21)与所述活塞(32)相配合对所述顶杆(31)形成二级导向。

3.根据权利要求2所述的空间飞行器的舱段分离装置，其特征在于，所述套筒(2)上沿其长度方向开设有多个减重孔(22)，多个所述减重孔(22)沿所述套筒(2)的周向间隔分布。

4.根据权利要求3所述的空间飞行器的舱段分离装置，其特征在于，所述减重孔(22)的长度小于所述套筒(2)的长度，所述减重孔(22)为腰型孔。

5.根据权利要求1所述的空间飞行器的舱段分离装置，其特征在于，所述套筒(2)的外周还设置了安装耳片(23)，所述安装耳片(23)用于将所述分离装置固定安装在所述空间飞行器第一舱段的对接环上。

6.根据权利要求5所述的空间飞行器的舱段分离装置，其特征在于，所述安装耳片(23)的结构与对接环安装端面的结构相适配，所述安装耳片(23)在所述套筒(2)上的位置能够根据对接环安装端面的厚度尺寸进行调整。

7.根据权利要求1所述的空间飞行器的舱段分离装置，其特征在于，所述活塞(32)包括相连接的活塞本体(321)和凸部(322)，

所述凸部(322)位于所述活塞本体(321)的底部，所述活塞本体(321)的外径与所述套筒(2)内径相适配，所述凸部(322)的外径小于所述活塞本体(321)的外径。

8.根据权利要求7所述的空间飞行器的舱段分离装置，其特征在于，所述凸部(322)上开设有多个环形槽(3221)，所述环形槽(3221)用于约束所述顶推弹簧(4)。

9.根据权利要求1所述的空间飞行器的舱段分离装置，其特征在于，所述调节垫片(5)为环形金属片，所述调节垫片(5)的数量根据所述顶推弹簧(4)确定。

10.一种空间飞行器，其特征在于，所述空间飞行器包括如权利要求1-9任一项所述的舱段分离装置。

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