CN112014081B - 低冲分离模拟实验装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

低冲分离模拟实验装置及使用方法，用于实现对低冲分离技术的模式实验研究。实验装置包括：底座，在底座的第一端固定有立板；连接螺栓，连接螺栓的螺杆穿在立板中，在连接螺栓的螺帽与立板之间设有预紧机构；分瓣螺母，它包括三块完全相同的螺母片，且螺母片与立板滑动连接，三块螺母片相互接触形成完整的分瓣螺母且与连接螺栓的螺杆外壁接触时连接螺栓与立板相对固定；释放单元，它设置在底座的第二端用于驱动分瓣螺母与连接螺栓的分离。本发明结构简单、紧凑，方便低冲分离模拟实验研究，且可以根据需要研究不同预紧力下的低冲分离。

Description

低冲分离模拟实验装置及使用方法

技术领域

本发明涉及航空航天低冲分离技术领域，具体地说是一种低冲分离模拟实验装置及使用方法。

背景技术

低冲分离装置是一种特殊的紧固件，是航天分离技术的核心部件，承担着连接与分离的两种功能。近年来，世界范围内多起卫星发射失败的事故均与分离装置有关：1999年俄罗斯“呼啸号”的整流罩脱落；2003年日本间谍卫星的H2A火箭的助推器无法与本体分离；2009美国“嗅碳”卫星的运载火箭整流罩未能按规程与第三级火箭分离。低冲分离装置的设计仍然停留在“经验设计”的阶段，缺乏动力学结合实验等综合理论技术的指导，导致装置的可靠性得不到保证。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低冲分离模拟实验装置及使用方法，用于实现对低冲分离技术的模式实验研究。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：低冲分离模拟实验装置，其特征是，它包括：

底座，在底座的第一端固定有立板；

连接螺栓，连接螺栓的螺杆穿在立板中，在连接螺栓的螺帽与立板之间设有预紧机构；

分瓣螺母，它包括三块完全相同的螺母片，且螺母片与立板滑动连接，三块螺母片相互接触形成完整的分瓣螺母且与连接螺栓的螺杆外壁接触时连接螺栓与立板相对固定；

释放单元，它设置在底座的第二端用于驱动分瓣螺母与连接螺栓的分离。

进一步地，在底座上设有螺纹孔，在螺纹孔内穿入安装螺栓。

进一步地，预紧机构包括固定座、挡片、设置在固定座与挡片之间的预紧弹簧。

进一步地，在立板上固定有套管，套管外壁设有外螺纹，套管与固定座螺纹连接。

进一步地，释放单元包括驱动机构、传动机构和推出机构，其中推出机构与螺母片固定连接，在驱动机构的带动下传动机构旋转，进而使得推出机构移动进而驱动螺母片的移动。

进一步地，推出机构包括固定在立板上的壳体、滑动设置在壳体内的滑板和弹簧座、固定在滑板上的驱动杆、与螺母片固定连接且与弹簧座固定连接的固定杆、设置在弹簧座与滑板之间的连接弹簧、设置在弹簧座与壳体内壁之间的分离弹簧，在分离弹簧的作用下三个螺母片分离。

进一步地，传动机构包括驱动环、支撑环、驱动盘和连接杆，驱动环、支撑环、驱动盘依次设置且通过连接杆固定连接在一起，在驱动环内壁设有与螺母片一一对应的驱动块，驱动块与驱动杆始终保持接触，支撑环与底座转动连接。

进一步地，驱动块上与驱动杆始终接触的表面为驱动面，在驱动面内设有凹槽。

进一步地，在底座上固定有支撑座，支撑环转动安装在支撑座内。

低冲分离模拟实验装置的使用方法，其特征是，它包括以下步骤：

(1)将本发明安装在实验台上；

(2)将连接螺栓的螺杆伸入分瓣螺母内侧，然后驱动电机动作使得驱动环旋转，通过驱动环旋转使得驱动块挤压驱动杆，进而使得三个螺母片接触实现对连接螺栓的夹紧固定；

(3)将本发明置于模拟外太空环境下；

(4)驱动电机反向动作，通过释放单元驱动分瓣螺母的三个螺母片分离，进而撤销对连接螺栓的夹持，此时在预紧弹簧的作用下连接螺栓飞出；

(5)调节固定座与套管的相对位置，进而调节预紧弹簧对连接螺栓的预紧力，然后再次进行低冲分离实验。

本发明的有益效果是：本发明提供的低冲分离模拟实验装置及使用方法，结构简单、紧凑，方便低冲分离模拟实验研究，且可以根据需要研究不同预紧力下的低冲分离。

附图说明

图1为本发明低冲分离模拟实验装置的俯视图；

图2为底座的俯视图(左旋90度)；

图3为底座的正视图；

图4为驱动盘的正视图；

图5为驱动环、支撑环和驱动盘的装配示意图；

图6为支撑环的正视图；

图7为驱动环与分瓣螺母的位置示意图；

图8为驱动环、分瓣螺母和推出机构的装配图；

图9为驱动块与推出机构的装配示意图；

图10为连接螺栓的装配示意图；

图中：1底座，11螺纹孔，12立板，13安装螺栓，14支撑座，15套管，2螺母片，21固定杆，3壳体，31滑板，32驱动杆，33弹簧座，34连接弹簧，35分离弹簧，4驱动环，41驱动块，42驱动面，43凹槽，44限位台，45支撑环，451通孔，46连接杆，5驱动盘，51从动齿轮，52主动齿轮，53电机，6连接螺栓，7固定座，71挡片，72预紧弹簧。

具体实施方式

如图1至图10所示，本发明的低冲分离模拟实验装置主要包括底座1、分瓣螺母、连接螺栓6、预紧机构和释放单元，下面结合附图对本发明进行详细描述。

如图1至图3所示，底座1为本发明的基础部件，底座的实质为矩形金属板，在底座的第一端设有螺纹孔11，螺纹孔内穿入安装螺栓13后，用于实现对底座的固定安装。在底座的第二端垂直固定有立板12，在底座的中部垂直固定有支撑座14，在立板的第一端面上固定有套管15，套管轴线与立板垂直设置，套管外壁设有外螺纹。

在立板的第二端面上设有分瓣螺母，分瓣螺母包括三块完全相同的螺母片2，三块螺母片沿周向拼接在一起时围成一个完整的圆筒形结构，在螺母片的内壁设有内螺纹。在螺母片的外壁上固定有固定杆21，固定杆沿螺母片径向设置。螺母片与立板之间滑动连接，且螺母片的移动方向为自身径向。

分瓣螺母的设置用于实现对连接螺栓6的夹紧固定，如图10所示，连接螺栓的螺帽位于远离立板的一侧，连接螺栓的螺杆穿过立板上的圆孔后用于置于分瓣螺母内侧，在套管上螺纹安装有固定座7，固定座的实质为具有内螺纹的柱状金属件，固定座上的内螺纹与套管外壁螺纹连接。套管的内径大于连接螺栓的螺杆外径，在固定座上固定有预紧弹簧72，在预紧弹簧上固定有圆环形的挡片71，且预紧弹簧设置在挡片与固定座之间。当连接螺栓的螺杆与分瓣螺母的内壁接触时，分瓣螺母实现对连接螺栓的夹紧固定。当挡片与连接螺栓的螺帽部分接触时，通过预紧弹簧实现立板与连接螺栓之间的预紧。当分瓣螺母的三个螺母片相互远离时，分瓣螺母对连接螺栓的夹紧作用消失，此时在预紧弹簧的作用下，连接螺栓一定的加速度飞出远离立板。固定座、预紧弹簧和挡片构成了预紧机构。

为此，在底座上设有释放单元，通过释放单元实现对连接螺栓的释放、驱动分瓣螺母的移动。如图4至图9所示，释放单元包括传动机构、推出机构和驱动机构，传动机构包括驱动环4、支撑环46、驱动盘5和连接杆45，如图7所示，驱动环4为圆环形金属件，在驱动环的内壁上固定有三块驱动块41，靠近驱动环轴线的驱动块表面为驱动面42，在驱动面内设有凹槽43，驱动块上紧挨着凹槽为限位台44。如图6所示，支撑环45为圆环形金属件，在支撑环上设有若干沿周向均匀设置的通孔451，连接杆的第一端与驱动环端面固定连接，连接杆的中部置于通孔中并与支撑环固定连接，支撑环则转动安装在支撑座内。如图4所示，驱动盘5为圆形金属件，连接杆的第二端与驱动盘的端面接触，这样，通过连接杆将驱动环、支撑环和驱动盘固定连接在一起。

在每一螺母片与驱动环之间设有一个壳体3，如图9所示，壳体为长方形形的中空结构，壳体与立板第二端面固定连接。在壳体内滑动安装有滑板31和弹簧座33，在滑板上固定有驱动杆32，在滑板与弹簧座之间设有连接弹簧34，在弹簧座与壳体内壁之间设有分离弹簧35，且弹簧座与固定杆固定连接。自然状态在分离弹簧的作用下滑板与壳体内壁接触、螺母片分离，伸出壳体的驱动杆一端为半球形，且驱动杆的该端始终与驱动面接触。壳体、滑板、驱动杆、连接弹簧、分离弹簧和弹簧座构成了推出机构，推出机构的作用用于推动螺母片相互靠拢形成完整的分瓣螺母。

如图1所示，驱动机构包括固定在底座上的电机53、固定在电机输出端的主动齿轮52、与主动齿轮啮合且与驱动盘固定连接的从动齿轮51，在驱动机构的作用下驱动传动机构的旋转，传动机构旋转时带动驱动杆沿驱动环径向的移动，进而通过推出机构推动固定杆向驱动环轴线方向移动，进而实现螺母片的靠拢。驱动环旋转时，驱动块随之移动，由于驱动块与驱动杆始终接触，此时通过驱动块可以对驱动杆进行挤压，进而使得驱动杆及螺母片向靠近驱动环轴线的一侧移动，此时三个螺母片靠拢实现对连接螺栓螺杆的夹紧。当驱动杆置于凹槽内时，三个螺母片刚好围成一个完整的分瓣螺母。当驱动杆与凹槽附近的最高点接触时，连接弹簧的设置可以允许滑板与弹簧座相互靠近，进而在三个螺母片接触后驱动杆仍能沿径向移动。驱动环反向移动时，驱动杆沿驱动面移动，此时驱动杆向远离驱动环轴线的一侧移动，进而分瓣螺母的三个螺母片相互远离，实现对连接螺栓的释放。

下面对本发明的使用方法进行描述：

(1)将本发明安装在实验台上；

(2)将连接螺栓的螺杆伸入分瓣螺母内侧，然后驱动电机动作使得驱动环旋转，通过驱动环旋转使得驱动块挤压驱动杆，进而使得三个螺母片接触实现对连接螺栓的夹紧固定；

(3)将本发明置于模拟外太空环境下；

(4)驱动电机反向动作，通过释放单元驱动分瓣螺母的三个螺母片分离，进而撤销对连接螺栓的夹持，此时在预紧弹簧的作用下连接螺栓飞出；

(5)调节固定座与套管的相对位置，进而调节预紧弹簧对连接螺栓的预紧力，然后再次进行低冲分离实验。

Claims (7)

1.低冲分离模拟实验装置，其特征是，它包括：

底座，在底座的第一端固定有立板；

连接螺栓，连接螺栓的螺杆穿在立板中，在连接螺栓的螺帽与立板之间设有预紧机构；

分瓣螺母，它包括三块完全相同的螺母片，且螺母片与立板滑动连接，三块螺母片相互接触形成完整的分瓣螺母且与连接螺栓的螺杆外壁接触时连接螺栓与立板相对固定；

释放单元，它设置在底座的第二端用于驱动分瓣螺母与连接螺栓的分离；释放单元包括驱动机构、传动机构和推出机构，其中推出机构与螺母片固定连接，在驱动机构的带动下传动机构旋转，进而使得推出机构移动进而驱动螺母片的移动；推出机构包括固定在立板上的壳体、滑动设置在壳体内的滑板和弹簧座、固定在滑板上的驱动杆、与螺母片固定连接且与弹簧座固定连接的固定杆、设置在弹簧座与滑板之间的连接弹簧、设置在弹簧座与壳体内壁之间的分离弹簧，在分离弹簧的作用下三个螺母片分离；传动机构包括驱动环、支撑环、驱动盘和连接杆，驱动环、支撑环、驱动盘依次设置且通过连接杆固定连接在一起，在驱动环内壁设有与螺母片一一对应的驱动块，驱动块与驱动杆始终保持接触，支撑环与底座转动连接。

2.根据权利要求1所述的低冲分离模拟实验装置，其特征是，在底座上设有螺纹孔，在螺纹孔内穿入安装螺栓。

3.根据权利要求1所述的低冲分离模拟实验装置，其特征是，预紧机构包括固定座、挡片、设置在固定座与挡片之间的预紧弹簧。

4.根据权利要求3所述的低冲分离模拟实验装置，其特征是，在立板上固定有套管，套管外壁设有外螺纹，套管与固定座螺纹连接。

5.根据权利要求1所述的低冲分离模拟实验装置，其特征是，驱动块上与驱动杆始终接触的表面为驱动面，在驱动面内设有凹槽。

6.根据权利要求1所述的低冲分离模拟实验装置，其特征是，在底座上固定有支撑座，支撑环转动安装在支撑座内。

7.如权利要求4所述的低冲分离模拟实验装置的使用方法，其特征是，它包括以下步骤：

（1）将低冲分离模拟实验装置安装在实验台上；

（2）将连接螺栓的螺杆伸入分瓣螺母内侧，然后驱动电机动作使得驱动环旋转，通过驱动环旋转使得驱动块挤压驱动杆，进而使得三个螺母片接触实现对连接螺栓的夹紧固定；

（3）将低冲分离模拟实验装置置于模拟外太空环境下；

（4）驱动电机反向动作，通过释放单元驱动分瓣螺母的三个螺母片分离，进而撤销对连接螺栓的夹持，此时在预紧弹簧的作用下连接螺栓飞出；

（5）调节低冲分离模拟实验装置的固定座与套管的相对位置，进而调节预紧弹簧对连接螺栓的预紧力，然后再次进行低冲分离实验。

Images