CN111619831B - 一种连杆式星箭分离机构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种连杆式星箭分离机构，包括上对接环、下对接环、连杆式包带锁紧机构、拉簧组件、分离弹簧组件、行程开关和分离开关，适用于分离冲击要求小于200g的微小卫星在发射过程中实现卫星与火箭连接固定，进入轨道后实现卫星与火箭的分离，该机构通过将连杆式包带解锁机构和记忆合金拔销器相结合的方式，具有锁紧力大、解锁冲击小的优点。

Description

一种连杆式星箭分离机构
技术领域
本发明属于星箭分离领域，涉及一种连杆式星箭分离机构，尤其适用于分离冲击要求小于200g的微小卫星星箭分离。
背景技术
大卫星上常用的包带式分离机构采用爆炸螺栓进行锁紧，锁紧力大，但解锁时需要引燃螺栓内部火药，通过炸断螺栓来实现包带解锁，这种方式存在解锁冲击过大的问题，冲击过载最高可以达4000g甚至更高，微小卫星由于体积小，所携带的精密仪器对星箭分离机构在星箭分离时产生的冲击非常敏感，卫星表面靠近分离机构的太阳电池片甚至可能碎裂失效。
近年来，也出现了一些非火工解锁分离机构，采用记忆合金、热切割、电磁等非火工方式进行解锁，可以显著降低解锁过程中的冲击，但由于受到卫星上功耗以及材料性能的限制，这些非火工解锁分离机构一般体积重量都很小，能提供的锁紧力也较小，目前仅适用于几十千克或更小的微纳卫星或立方星。
而对于几百千克的微小卫星，既需要星箭分离机构具有较大的锁紧力来承受发射主动段的载荷冲击，同时需要在解锁时产生较低的冲击来减小对星上精密设备的影响。
目前这种低冲击兼顾大锁紧力的分离机构种类还较少。
发明内容
本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，针对微小卫星低冲击兼顾大锁紧力的任务需求，提供了一种适用于微小卫星的解锁冲击小、锁紧力大的星箭分离机构。
本发明的技术解决方案：一种连杆式星箭分离机构，其特征在于：包括上对接环、下对接环、连杆式包带锁紧机构、拉簧组件、分离弹簧组件、行程开关和分离开关，其中上对接环和下对接环通过连杆式包带锁紧机构锁定，拉簧组件与连杆式包带锁紧机构连接，分离弹簧组件安装在下对接环内侧法兰上，行程开关和分离开关安装在下对接环的内侧法兰上。
所述拉簧组件通过拉簧环连接在连杆式包带锁紧机构的零件包带上，分离弹簧组件通过分离弹簧支架安装在下对接环内侧法兰上。
所述的连杆式包带锁紧机构包括包带、卡块、卡块连接片、拉簧环、端销、端销盖、中间销、U型连杆、固定连杆、中间销弹性挡圈、带孔销、带孔销弹性挡圈、调节螺栓、拔销器座、片簧、记忆合金拔销器和电连接器座，其中，包带、卡块、卡块连接片、拉簧环、端销、端销盖、U型连杆、中间销弹性挡圈、固定连杆、中间销、带孔销、带孔销弹性挡圈、调节螺栓、拔销器座、片簧安装成一体，电连接器座安装在下对接环上。
所述卡块通过卡块连接片或拉簧环连接在包带带体上；包带包括包带A块、包带B块，端销从包带A块上方依次穿过其上圆孔和固定连杆上远离销孔侧的圆孔，端销盖通过螺柱从包带A块下方拧入端销，中间销从U形连杆上方依次穿入其U形口侧圆孔和固定连杆的另一个圆孔，中间销弹性挡圈从U形连杆下方卡入中间销的卡槽内；带孔销从包带B块上方穿入其上圆孔，带孔销弹性挡圈从包带B块下方卡入带孔销的卡槽内；调节螺栓穿过带孔销上的圆孔，拧入U形连杆内；片簧和拔销器座分别安装在包带A块上；记忆合金拔销器上有螺纹，能够直接拧入拔销器座上的螺纹孔，并让记忆合金拔销器的销柱插入固定连杆上的销孔。
所述的拉簧组件包括拉簧架、拉簧柱和拉簧，其中拉簧架安装在下对接环底部外法兰上，拉簧柱底部设有螺纹孔，通过螺钉安装在拉簧架上，拉簧一端勾在拉簧柱上，一端勾在拉簧环上。
所述的拉簧组件有4组。
所述分离弹簧组件由分离弹簧支架、分离弹簧、分离弹簧盖、分离弹簧导向筒、分离弹簧导向杆组成，分离弹簧支架安装在下对接环内侧法兰上，分离弹簧导向筒安装在分离弹簧支架中心筒内；分离弹簧套在分离弹簧导向筒圆柱翻边外侧上，分离弹簧导向杆上设有螺纹孔，从分离弹簧导向筒法兰侧穿入其中间圆筒，与另一侧的分离弹簧盖上的螺栓相连，把分离弹簧夹在两者中间。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明采用带调节螺栓的连杆机构和记忆合金拔销器相组合的方式来实现包带的锁紧和解锁，与使用爆炸螺栓的包带式星箭分离机构相比，用调节螺栓将包带收紧的方式可以达到传统的包带式星箭分离机构同量级的锁紧力，但比小型非火工星箭分离机构的承载能力要大得多；而使用记忆合金拔销器作为解锁触发源，可以使解锁冲击大幅减小，实测冲击小于200g，解决了火工解锁冲击；采用调节螺栓将包带与小型非火工星箭分离机构相比，提供的锁紧力大，能够承载。
(2)本发明既可用于卫星的分离，也可用于其它航天器的分离。
附图说明
图1为一种连杆式星箭分离机构组成示意图1；
图2为一种连杆式星箭分离机构组成示意图2；
图3为本发明的连杆式包带锁紧机构组成图；
图4为本发明的分离弹簧组件组成图；
图5为本发明的整体剖视图；
图6为本发明的连杆式包带组件局部剖视图；
图7为本发明的连杆式包带组件局部放大图；
图8为本发明的连杆式包带解锁过程示意图；
图9为一种连杆式星箭分离机构的典型工况示意图。
上图中序号：上对接环1、下对接环2、包带3、卡块4、卡块连接片5、拉簧架6、拉簧柱7、拉簧8、拉簧环9、分离弹簧支架10、分离弹簧11、分离弹簧盖12、行程开关13、分离开关14、片簧15、端销16、端销盖17、中间销18、U型连杆19、固定连杆20、中间销弹性挡圈21、带孔销22、带孔销弹性挡圈23、调节螺栓24、拔销器座25、记忆合金拔销器26、电连接器座27、分离弹簧导向筒28、分离弹簧导向杆29。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1、图2所示，一种连杆式星箭分离机构由上对接环1、下对接环2、连杆式包带锁紧机构、拉簧组件、分离弹簧组件、行程开关13和分离开关14。
如图3所示，连杆式包带锁紧机构由包带3(2根)、卡块4(16个)、卡块连接片5(8个)、拉簧环9(4个)、端销16(2个)、端销盖17(2个)、中间销18(2个)、U型连杆19(2个)、固定连杆20(2个)、中间销弹性挡圈21(2个)、带孔销22(2个)、带孔销弹性挡圈23(2个)、调节螺栓24(2个)、拔销器座25(2个)、片簧15(2个)、记忆合金拔销器26(2个)和电连接器座27(2个)组成。其中，包带3、卡块4、卡块连接片5、拉簧环9、端销16、端销柱盖17、中间销18、U型连杆19、固定连杆20、中间销弹性挡圈21、带孔销22、带孔销弹性挡圈23、调节螺栓24、拔销器座25、片簧15安装成一体，电连接器座27安装在下对接环2上。
如图1所示，拉簧组件有4组，每组由1个拉簧架6、1个拉簧柱7、1根拉簧8组成。
如图4所示，分离弹簧组件由分离弹簧支架10、分离弹簧11、分离弹簧盖12、分离弹簧导向筒28、分离弹簧导向杆29组成。分离弹簧组件通过分离弹簧支架10安装在下对接环2对接面内侧法兰上。
如图5、如图6和图7所示，锁紧时，先将上对接环1和下对接环2对接，连杆式包带锁紧机构通过2根包带上的16个卡块4将上对接环1的梯形斜面和下对接环2的梯形斜面箍住，再将2个U型连杆19分别向拔销器座25一侧旋转，使包带3初步收紧，再分别将两个记忆合金拔销器26装入拔销器座25，直到记忆合金拔销器26前端的销柱插入固定连杆20内的销孔，从而将包带固定住。然后，通过力矩扳手不断拧紧两个调节螺栓24，使包带进一步收紧，操作过程中尽量使两个调节螺栓24的拧紧圈数保持一致，直到力矩扳手示数达到设定值时，完成整个星箭分离机构的锁紧动作。最后，将记忆合金拔销器26的连接器安装在电连接器座27上，等待外部电源进行供电。
解锁时，先给记忆合金拔销器26通电，使其将销柱从固定连杆20的销孔中拔出，解除对固定连杆20的限位，固定连杆20在片簧15的作用下向外旋转，此时固定连杆20会带动U型连杆19一起向外旋转，同时使调节螺栓24在带孔销22的孔中旋转滑动。与此同时，包带3带着卡块4在拉簧8的作用下向外移动，由于包带具有弹性，在向外移动的过程中单根包带3的两端还会产生一定变形量，呈现为向外张开的状态。当所有卡块4滑离上对接环1和下对接环2梯形斜面后，上下对接环的锁定被解除。
之后，分离弹簧11会推动卫星带着上对接环1一起弹出，与下对接环2分离，当上对接环1分离面与下对接环2分离面之间的距离超过分离开关14/行程开关13设定行程时，分离开关14/行程开关13发出分离成功信号，至此星箭分离完成。
如图8所示，为整个包带解锁过程示意图。
如图9所示，为一种连杆式星箭分离机构的典型工况示意图。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (3)

1.一种连杆式星箭分离机构，其特征在于：包括上对接环(1)、下对接环(2)、连杆式包带锁紧机构、拉簧组件、分离弹簧组件、行程开关(13)和分离开关(14)，其中上对接环(1)和下对接环(2)通过连杆式包带锁紧机构锁定，拉簧组件与连杆式包带锁紧机构连接，分离弹簧组件安装在下对接环(2)内侧法兰上，行程开关(13)和分离开关(14)安装在下对接环(2)的内侧法兰上；
所述拉簧组件通过拉簧环(9)连接在连杆式包带锁紧机构的零件包带(3)上，分离弹簧组件通过分离弹簧支架(10)安装在下对接环(2)内侧法兰上；
所述的连杆式包带锁紧机构包括包带(3)、卡块(4)、卡块连接片(5)、拉簧环(9)、端销(16)、端销盖(17)、中间销(18)、U型连杆(19)、固定连杆(20)、中间销弹性挡圈(21)、带孔销(22)、带孔销弹性挡圈(23)、调节螺栓(24)、拔销器座(25)、片簧(15)、记忆合金拔销器(26)和电连接器座(27)，其中，包带、卡块、卡块连接片、拉簧环、端销、端销盖、中间销、U型连杆、固定连杆、中间销弹性挡圈、带孔销、带孔销弹性挡圈、调节螺栓、拔销器座、片簧安装成一体，电连接器座安装在下对接环上；
所述卡块(4)通过卡块连接片(5)或拉簧环(9)连接在包带(3)带体上；包带包括包带A块、包带B块，端销(16)从包带(3)A块上方依次穿过其上圆孔和固定连杆(20)上远离销孔侧的圆孔，端销盖(17)通过螺柱从包带(3)A块下方拧入端销(16)，中间销(18)从U形连杆(19)上方依次穿入其U形口侧圆孔和固定连杆(20)的另一个圆孔，中间销弹性挡圈(21)从U形连杆(19)下方卡入中间销(18)的卡槽内；带孔销(22)从包带(3)B块上方穿入其上圆孔，带孔销弹性挡圈(23)从包带(3)B块下方卡入带孔销(22)的卡槽内；调节螺栓(24)穿过带孔销(22)上的圆孔，拧入U形连杆(19)内；片簧(15)和拔销器座(25)分别安装在包带(3)A块上；记忆合金拔销器(26)上有螺纹，能够直接拧入拔销器座(25)上的螺纹孔，并让记忆合金拔销器(26)的销柱插入固定连杆(20)上的销孔；
所述的拉簧组件包括拉簧架(6)、拉簧柱(7)和拉簧(8)，其中拉簧架(6)安装在下对接环(2)底部外法兰上，拉簧柱(7)底部设有螺纹孔，通过螺钉安装在拉簧架(6)上，拉簧(8)一端勾在拉簧柱(7)上，一端勾在拉簧环(9)上，包带(3)和带动卡块(4)在拉簧组件作用下，通过向外移动和扩张的方式解除对上对接环(1)、下对接环(2)的限位，从而实现解锁。
2.根据权利要求1所述的连杆式星箭分离机构，其特征在于：所述的拉簧组件有4组。
3.根据权利要求1所述的连杆式星箭分离机构，其特征在于：所述分离弹簧组件由分离弹簧支架(10)、分离弹簧(11)、分离弹簧盖(12)、分离弹簧导向筒(28)、分离弹簧导向杆(29)组成，分离弹簧支架(10)安装在下对接环(2)内侧法兰上，分离弹簧导向筒(28)安装在分离弹簧支架(10)中心筒内；分离弹簧(11)套在分离弹簧导向筒(28)圆柱翻边外侧上，分离弹簧导向杆(29)上设有螺纹孔，从分离弹簧导向筒(28)法兰侧穿入其中间圆筒，与另一侧的分离弹簧盖(12)上的螺栓相连，把分离弹簧(11)夹在两者中间。
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