CN112124630B - 一种立方星连接分离装置及其连接分离方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种立方星连接分离装置及其连接分离方法，包括：机箱壳体，开口端的下部固定有舱门挡板；舱门，设于机箱壳体开口端，舱门挡板挡在舱门下端的外侧；舱门解锁组件，舱门解锁组件锁定时将舱门的上端固定，使舱门处于关闭状态；推出组件；所述舱门与立方星通过转轴连接，所述转轴上套设扭簧，转轴的位置高于所述舱门挡板，舱门打开到100°‑180°时，设于转轴处的定位销将舱门锁死；立方星弹出时，舱门随立方星一起分离，防止了舱门对主星的遮挡影响；舱门可以作为立方星的展开机构；通过两个电磁铁的通电断电实现舱门解锁组件的解锁和锁定，两个电磁铁构成双冗余备份，有效地提高了舱门解锁组件的可靠性和响应速度，冲击小。

Description

一种立方星连接分离装置及其连接分离方法

技术领域

本发明涉及航空航天、飞行器解锁释放技术领域，具体地说是一种立方星连接分离装置及其连接分离方法。

背景技术

立方星是国际上广泛用于大学开展航天科学研究与教育的一种小卫星，具有成本低、功能密度大、研制周期短、入轨快的特点，通过组网形成星座，可实现对海洋、大气环境、船舶、航空飞行器等的监测。国内发射的大卫星，往往有分离立方星伴星的需求，或者大卫星上有富余的空间和质量，可以在大卫星上搭载立方星，当大卫星入轨后，再将立方星从大卫星上分离出去，立方星的发射必须采用专用连接分离装置。

中国专利CN201711128688.1公开了一种立方星在轨释放装置，包括由盖板、后框、侧框和挡板组成的外壳、设有立方星滑动的导轨、前门组件和锁紧解锁组件；其中，立方星通过包括由推板、分离弹簧和端盖组成的弹性组件提供滑动的动力，在释放装置的上下所述的盖板上均设有封口的所述的前门组件，且在释放装置的两层所述的侧框上设有实现前门组件锁紧与释放动作的锁紧解锁组件；立方星安装在推板与导轨上，并按压分离弹簧，装入释放装置后，由前门组件限位卡滞在释放装置的内腔，此装置具有可重复性、释放耗能低、结构简单、释放运动简单可靠等优点。但是，现有技术中的立方星连接分离装置，在立方星从主星分离以后，舱门处于打开的状态，打开的舱门会对主星造成遮挡，对主星的正常运行产生影响；并且，在舱门解锁时必须保证舱门解锁的可靠性，否则将无法将立方星分离。

为了解决上述问题，本发明提出了一种立方星连接分离装置及其连接分离方法，立方星分离后舱门可与立方星一起分离，避免了舱门对主星遮挡影响，且舱门可以作为立方星展开机构；并且采用了新型高可靠双冗余电磁解锁装置，保证了舱门解锁的可靠性，在立方星星箭分离和星星分离领域具有普遍的适用性。

发明内容

为了解决打开的舱门对主星的遮挡影响和保证舱门解锁的可靠性，本发明提供了一种立方星连接分离装置及其连接分离方法。

本发明采用的技术方案是：

一种立方星连接分离装置，包括：

机箱壳体，所述机箱壳体为一端开口的长方体结构，且开口端的下部固定有舱门挡板；

舱门，设于所述机箱壳体开口端，所述舱门挡板挡在舱门下端的外侧；

舱门解锁组件，所述舱门解锁组件锁定时将舱门的上端固定，使舱门处于关闭状态，将立方星压在所述机箱壳体内部；

所述舱门与立方星通过转轴连接，所述转轴上套设扭簧，转轴的位置高于所述舱门挡板，舱门打开到100°-180°时，设于转轴处的定位销将舱门的打开位置锁死；立方星弹出时，所述舱门随立方星一起弹出；

推出组件，用于将立方星推出机箱壳体。

本发明所提供的一种立方星连接分离装置，通过舱门挡板与舱门解锁组件将舱门锁定，并且通过转轴将舱门与立方星连接，立方星弹出时，舱门随立方星一起分离，防止了舱门对主星的遮挡影响；并且转轴上设置扭簧，扭簧一端抵触于舱门，另一端抵触于立方星上，并且设置定位销，当舱门打开到设定角度时，定位销将舱门锁死，防止舱门反弹与立方星发生碰撞，避免对立方星造成损坏；转轴的安装位置高于舱门挡板的上沿，舱门解锁打开后，舱门挡板不再对舱门具有阻挡作用，从而使立方星和舱门顺利弹出；并且，舱门可以作为立方星的展开机构，将立方星的天线安装于舱门上，用于立方星天线的展开，或在舱门上固定立方星太阳能帆板为立方星提供能源，实现了舱门的多种用途。

优选地，所述舱门解锁组件包括滑动连接于所述机箱壳体上表面的第一锁紧杆、第二锁紧杆和第三锁紧杆，固定于所述机箱壳体上表面的两个相对设置的电磁铁；所述第一锁紧杆与第二锁紧杆处于同一条直线上，且靠近舱门，所述舱门上设有限位孔；所述第三锁紧杆套设有第三压缩弹簧且一端铰接摆杆，所述摆杆首尾分别与两个电磁铁的芯轴可断开连接，所述第三锁紧杆另一端固定有限位块，所述限位块位于第一锁紧杆与第二锁紧杆之间，所述第一锁紧杆与第二锁紧杆上分别套设第一压缩弹簧和第二压缩弹簧，使第一锁紧杆与第二锁紧杆分别抵紧于所述限位块两端，且第一锁紧杆与第二锁紧杆相离的两端分别插入所述限位孔内。

通过电磁铁的通电断电实现舱门解锁组件的解锁和锁定，第三锁紧杆与摆杆铰接，摆杆可在竖直平面内绕铰接点转动，当电磁铁通电后，电磁铁的芯轴回缩与摆杆断开连接，由于摆杆可在竖直平面内转动，因此只要两个电磁铁中有一个电磁铁通电后芯轴回缩即可实现芯轴与摆杆的断开连接，从而实现舱门的解锁，两个电磁铁构成双冗余备份，有效地提高了舱门解锁组件的可靠性和响应速度，非火工解锁机构，并且各个锁紧杆在弹簧的作用下行程范围小，解锁力小，所造成的冲击性非常小。

优选地，所述机箱壳体上表面固定连接分别套设于所述第一锁紧杆、第二锁紧杆和第三锁紧杆外部的三个导向套，所述第一锁紧杆、第二锁紧杆和第三锁紧杆分别与对应的导向套滑动连接；所述第一压缩弹簧、第二压缩弹簧和第三压缩弹簧一端分别与第一锁紧杆、第二锁紧杆和第三锁紧杆固定连接，另一端分别与对应的导向套连接。

电磁铁通电后，电磁铁的芯轴回缩与摆杆断开连接，第三压缩弹簧使第三锁紧杆向下运动，从而带动限位块从第一锁紧杆与第二锁紧杆之间脱出，第一锁紧杆与第二锁紧杆分别在第一压缩弹簧和第二压缩弹簧的作用下向中间运动，从而使第一锁紧杆与第二锁紧杆相离的两端从舱门的限位孔内脱出，从而完成舱门的解锁。

优选地，所述第一锁紧杆与第二锁紧杆相互靠近的一端分别设有限位槽，所述限位槽与限位块的两端相匹配；限位槽与限位块的配合使其之间的连接更为稳定，防止了舱门解锁组件在锁定时，限位块由于固定不稳从第一锁紧杆与第二锁紧杆之间脱出，从而失去锁定作用。

优选地，所述摆杆的首尾两端分别设有与电磁铁芯轴相互配合的卡槽。舱门解锁组件在锁定时，电磁铁的芯轴卡于所述卡槽内，使摆杆与电磁铁芯轴之间的连接更为稳固，防止由于振动等因素导致摆杆从芯轴内脱出，从而对舱门失去锁定作用。

优选地，所述转轴处的舱门上开设朝向转轴的沉孔，所述定位销为沿侧壁周向设有凸台的圆柱体，所述定位销套设有定位销弹簧且设于所述沉孔内，所述定位销弹簧压紧于所述凸台与沉孔底部之间；立方星在与所述转轴连接处开设凹槽，沉孔与凹槽重合时，定位销弹簧迫使定位销插入所述凹槽。舱门解锁后，在扭簧的作用下绕转轴转过一定角度，沉孔与凹槽重合贯通，定位销弹簧迫使定位销插入所述凹槽，从而将舱门的打开位置锁定，沉孔与凹槽重合贯通时，舱门转过的角度为100°-180°，防止舱门过度打开或者回弹，避免了舱门与立方星的碰撞。

优选地，所述推出组件设于所述机箱壳体内部，包括一端固定于远离舱门一侧的主推出弹簧、与主推出弹簧另一端连接的支撑件和固定于支撑件另一端的推板，所述主推出弹簧为压缩弹簧，处于压缩状态，所述机箱壳体内部设有水平方向的导轨，所述支撑件与导轨滑动连接，所述推板与立方星接触。舱门打开后，在主推出弹簧的作用下，推板推着立方星沿导轨运动，从而将立方星推出。

优选地，所述第一锁紧杆、第二锁紧杆和第三锁紧杆中部分别设有导向柱，所述导向套侧壁上对应位置分别沿轴向开设导向孔，所述导向柱穿出导向孔且与导向孔滑动连接。导向柱与导向孔的配合防止了第一锁紧杆、第二锁紧杆和第三锁紧杆发生转动，避免限位槽和限位块的方向发生变化而不匹配。

优选地，所述机箱壳体外侧底部设有安装凸耳，所述安装凸耳上设有与将其与主星或火箭固定连接的安装孔，通过安装凸耳将立方星与主星或火箭连接。

一种立方星连接分离方法，包括以下步骤：

1)通过转轴将立方星和舱门安装在一起；

2)将立方星和舱门的组合体沿导轨装入机箱壳体，此时立方星将主推出弹簧压紧；

3)将舱门合上并压紧，将第一锁紧杆、第二锁紧杆插入舱门的限位孔，将第三锁紧杆的限位块上拉，使第一锁紧杆、第二锁紧杆的限位槽分别压紧于限位块两侧，对第一锁紧杆和第二锁紧杆进行限位；

4)两个电磁铁通电，电磁铁的芯轴回缩，将摆杆位置调整到位后，电磁铁断电，电磁铁芯轴插入摆杆的卡槽内，完成舱门锁定；

5)通过安装凸耳上的安装孔将立方星连接分离装置和主星或者火箭连接，入轨后，主星或者火箭为电磁铁通电，电磁铁的芯轴回缩，舱门解锁；解锁后立方星连同舱门一起分离，舱门打开到预定角度后，定位销弹簧迫使定位销插入凹槽，对舱门进行限位。

与现有技术相比，本发明所提供的一种立方星连接分离装置，

1、通过转轴将舱门与立方星连接，立方星弹出时，舱门随立方星一起分离，防止了舱门对主星的遮挡影响；并且，舱门可以作为立方星的展开机构，用于立方星天线的展开，或者在舱门上固定立方星太阳能帆板为立方星提供能源；

2、通过两个电磁铁的通电断电实现舱门解锁组件的解锁和锁定，两个电磁铁构成双冗余备份，有效地提高了舱门解锁组件的可靠性和响应速度，冲击小；

3、定位销、凹槽、转轴、扭簧的有效配合，在舱门打开到一定角度时，将舱门锁定，防止舱门过度打开或者回弹，避免了舱门与立方星的碰撞；

4、该立方星连接分离装置具有较大的承载能力，能够满足1U～36U立方星(或者其它非标立方星)的装载和弹射。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明机箱壳体内部结构示意图；

图3为舱门打开，立方星弹出时的示意图；

图4为图3中A处的放大结构示意图；

图5为舱门解锁组件的结构示意图；

图6为舱门解锁状态的示意图；

图7为第一锁紧杆的结构示意图，第二锁紧杆与第一锁紧杆的结构相同，安装位置相反；

图8为第三锁紧杆的结构示意图；

图9为摆杆的结构示意图；

图10为舱门挡板与转轴的相对位置示意图。

附图标记：100、机箱壳体；101、舱门挡板、102、导轨；103、安装凸耳；

1031、安装孔；200、舱门；201、限位孔；202、沉孔；300、舱门解锁组件；301、第一锁紧杆；302、第二锁紧杆；303、第三锁紧杆；3031、限位块；304、电磁铁；3041、芯轴；305、第一压缩弹簧；306、第二压缩弹簧；307、第三压缩弹簧；308、摆杆；3081、卡槽；309、导向套；3091、导向孔；310、导向柱；311、

限位槽；312、铰接点；400、立方星；401、凹槽；500、推出组件；501、主推出弹簧；502、支撑件；503、推板；6、转轴；7、

扭簧；8、定位销；81、凸台；9、定位销弹簧。

具体实施方式

为了使本领域技术人员能够更好的理解本发明，下面结合具体实施方式和附图对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，一种立方星连接分离装置，包括：

机箱壳体100，所述机箱壳体100为一端开口的长方体结构，且开口端的下部固定有舱门挡板101；

舱门200，设于所述机箱壳体100的开口端，所述舱门挡板101挡在舱门200下端的外侧；

舱门解锁组件300，所述舱门解锁组件300锁定时将舱门200的上端固定，使舱门200处于关闭状态，将立方星400压在所述机箱壳体100内部，如图2所示；

推出组件500，用于将立方星推出机箱壳体100；

如图3-4所示，所述舱门200与立方星400通过转轴6连接，所述转轴6上套设扭簧7，扭簧7一端抵触于舱门200，另一端抵触于立方星400上；如图10所示，转轴6的位置高于所述舱门挡板101的上沿，舱门200解锁打开后，舱门挡板101不再对舱门200具有阻挡作用，从而使立方星400和舱门200顺利弹出；舱门打开到100°-180°时，设于转轴6处的定位销8将舱门200锁死，由于转轴6的位置高于舱门挡板101，此时舱门挡板101对舱门不再有阻挡作用；立方星400弹出时，所述舱门200随立方星400一起弹出。

如图1和图5所示，作为本发明的一个优选的实施例，所述舱门解锁组件300包括滑动连接于所述机箱壳体100上表面的第一锁紧杆301、第二锁紧杆302和第三锁紧杆303，固定于所述机箱壳体100上表面的两个相对设置的电磁铁304；所述第一锁紧杆301与第二锁紧杆302处于同一条直线上，且靠近舱门200，所述舱门200上设有限位孔201；所述第三锁紧杆303套设有第三压缩弹簧307且一端铰接摆杆308，摆杆308可绕铰接点312在竖直方向上转动，如图9所示，所述摆杆308的首尾两端分别设有与电磁铁的芯轴3041相互配合的卡槽3081，所述摆杆308首尾分别通过卡槽3081与两个电磁铁304的芯轴3041可断开连接，芯轴3041插于卡槽3081内；所述第三锁紧杆303另一端固定有限位块3031，所述限位块3031位于第一锁紧杆301与第二锁紧杆302之间，所述第一锁紧杆301与第二锁紧杆302上分别套设第一压缩弹簧305和第二压缩弹簧306，在第一压缩弹簧305和第二压缩弹簧306的作用下第一锁紧杆301与第二锁紧杆302分别向中间压紧并抵紧于所述限位块3031两端，此时第一锁紧杆301与第二锁紧杆302相离的两端分别插入所述限位孔201内，舱门200处于关闭状态。

进一步的，所述机箱壳体100上表面固定连接分别套设于所述第一锁紧杆301、第二锁紧杆302和第三锁紧杆303外部的三个导向套309，所述第一锁紧杆301、第二锁紧杆302和第三锁紧杆303分别与对应的导向套309滑动连接；所述第一压缩弹簧305左端与对应的导向套309连接、右端与第一锁紧杆301固定连接，所述第二压缩弹簧306左端与第二锁紧杆302固定连接、右端与对应的导向套309连接，所述第三压缩弹簧307上端与对应的导向套309连接、下端与第三锁紧杆303固定连接，且均处于压缩状态。

进一步的，如图6-8所示，所述第一锁紧杆301、第二锁紧杆302和第三锁紧杆303中部分别垂直设有导向柱310，所述导向套309侧壁上对应位置分别沿轴向开设导向孔3091，所述导向柱310穿出导向孔3091且与导向孔3091滑动连接，导向柱310只能沿导向孔3091移动，防止了第一锁紧杆301、第二锁紧杆302和第三锁紧杆303发生转动。

如图7所示，作为本发明的一个优选的实施例，所述第一锁紧杆301与第二锁紧杆302相互靠近的一端分别设有限位槽311，所述限位槽311与限位块3031的两端相匹配。

如图4所示，作为本发明的一个优选的实施例，所述转轴6处的舱门200上开设朝向转轴6的沉孔202，所述定位销8为沿侧壁周向设有凸台81的圆柱体，所述定位销8套设有定位销弹簧9，定位销8与定位销弹簧9均设于所述沉孔202内，所述定位销弹簧9压紧于所述凸台81与沉孔202的底部之间；立方星400在与所述转轴6的连接处开设凹槽401，当舱门200转过的角度为100°-180°时，凹槽401与沉孔202重合贯通，此时定位销弹簧9迫使定位销8插入所述凹槽401，将舱门200的打开位置锁死。

如图2和图3所示，作为本发明的一个优选的实施例，所述推出组件500设于所述机箱壳体100内部，包括一端固定于远离舱门200一侧的主推出弹簧501、与主推出弹簧501另一端连接的支撑件502和固定于支撑件另一端的推板503，所述机箱壳体100内部设有水平方向的导轨102，所述支撑件502与导轨102滑动连接，所述推板503与立方星400接触。舱门200打开后，在主推出弹簧501的作用下，推板503推着立方星400沿导轨102运动，从而将立方星400推出。

如图1所示，作为本发明的一个优选的实施例，所述机箱壳体100外侧底部设有安装凸耳103，所述安装凸耳103上设有与将其与主星或火箭固定连接的安装孔1031。

一种立方星连接分离方法，包括以下步骤：

1)通过转轴6将立方星400和舱门200安装在一起；

2)将立方星400和舱门200的组合体沿导轨102装入机箱壳体100，此时立方星400将主推出弹簧501压紧；

3)将舱门200合上并压紧，将第一锁紧杆301、第二锁紧杆302插入舱门200的限位孔201，将第三锁紧杆303的限位块3031上拉，使第一锁紧杆301、第二锁紧杆302的限位槽311分别压紧于限位块3031两侧，对第一锁紧杆301和第二锁紧杆302进行限位；

4)两个电磁铁304通电，电磁铁304的芯轴3041回缩，将摆杆308位置调整到位后，电磁铁304断电，电磁铁芯轴3041插入摆杆308的卡槽3081内，完成舱门200的锁定；

5)通过安装凸耳103上的安装孔1031将立方星连接分离装置和主星或者火箭连接，入轨后，主星或者火箭为电磁铁304通电，电磁铁304的芯轴3041回缩，舱门200解锁；解锁后立方星400连同舱门200一起分离，舱门200打开到预定角度后，定位销弹簧9迫使定位销8插入凹槽401，对舱门200进行限位。

以上对本发明所提供的一种立方星连接分离装置进行了详细的介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法和中心思想。应当指出，对于本技术领域的一般技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种立方星连接分离装置，其特征在于，包括：

机箱壳体，所述机箱壳体为一端开口的长方体结构，且开口端的下部固定有舱门挡板；

舱门，设于所述机箱壳体开口端，所述舱门挡板挡在舱门下端的外侧；

舱门解锁组件，所述舱门解锁组件锁定时将舱门的上端固定，使舱门处于关闭状态，将立方星压在所述机箱壳体内部；

所述舱门与立方星通过转轴连接，所述转轴上套设扭簧，转轴的位置高于所述舱门挡板，舱门打开到100°-180°时，设于转轴处的定位销将舱门的打开位置锁死；

推出组件，用于将立方星推出机箱壳体。

2.根据权利要求1所述的一种立方星连接分离装置，其特征在于，所述舱门解锁组件包括滑动连接于所述机箱壳体上表面的第一锁紧杆、第二锁紧杆和第三锁紧杆，固定于所述机箱壳体上表面的两个相对设置的电磁铁；所述第一锁紧杆与第二锁紧杆处于同一条直线上，且靠近舱门，所述舱门上设有限位孔；所述第三锁紧杆套设有第三压缩弹簧且一端铰接摆杆，所述摆杆首尾分别与两个电磁铁的芯轴可断开连接，所述第三锁紧杆另一端固定有限位块，所述限位块位于第一锁紧杆与第二锁紧杆之间，所述第一锁紧杆与第二锁紧杆上分别套设第一压缩弹簧和第二压缩弹簧，使第一锁紧杆与第二锁紧杆分别抵紧于所述限位块两端，且第一锁紧杆与第二锁紧杆相离的两端分别插入所述限位孔内。

3.根据权利要求2所述的一种立方星连接分离装置，其特征在于，所述机箱壳体上表面固定连接分别套设于所述第一锁紧杆、第二锁紧杆和第三锁紧杆外部的三个导向套，所述第一锁紧杆、第二锁紧杆和第三锁紧杆分别与对应的导向套滑动连接；所述第一压缩弹簧、第二压缩弹簧和第三压缩弹簧一端分别与第一锁紧杆、第二锁紧杆和第三锁紧杆固定连接，另一端分别与对应的导向套连接。

4.根据权利要求2所述的一种立方星连接分离装置，其特征在于，所述第一锁紧杆与第二锁紧杆相互靠近的一端分别设有限位槽，所述限位槽与限位块的两端相匹配。

5.根据权利要求2所述的一种立方星连接分离装置，其特征在于，所述摆杆的首尾两端分别设有与电磁铁的芯轴相互配合的卡槽。

6.根据权利要求1所述的一种立方星连接分离装置，其特征在于，所述转轴处的舱门上开设朝向转轴的沉孔，所述定位销为沿侧壁周向设有凸台的圆柱体，所述定位销套设有定位销弹簧且设于所述沉孔内，所述定位销弹簧压紧于所述凸台与沉孔底部之间；立方星在与所述转轴连接处开设凹槽，舱门转过的角度为100°-180°时，定位销弹簧迫使定位销插入所述凹槽。

7.根据权利要求1所述的一种立方星连接分离装置，其特征在于，所述推出组件设于所述机箱壳体内部，包括一端固定于远离舱门一侧的主推出弹簧、与主推出弹簧另一端连接的支撑件和固定于支撑件另一端的推板，所述主推出弹簧为压缩弹簧，所述机箱壳体内部设有水平方向的导轨，所述支撑件分别与导轨滑动连接，所述推板与立方星接触。

8.根据权利要求3所述的一种立方星连接分离装置，其特征在于，所述第一锁紧杆、第二锁紧杆和第三锁紧杆中部分别设有导向柱，所述导向套侧壁上对应位置分别沿轴向开设导向孔，所述导向柱穿出导向孔且与导向孔滑动连接。

9.根据权利要求1所述的一种立方星连接分离装置，其特征在于，所述机箱壳体外侧底部设有安装凸耳，所述安装凸耳上设有与将其与主星或火箭固定连接的安装孔。

10.一种立方星连接分离方法，其特征在于，所述方法基于权利要求1-9任意一项所述的一种立方星连接分离装置，

包括以下步骤：

1)通过转轴将立方星和舱门安装在一起；

2)将立方星和舱门的组合体沿导轨装入机箱壳体，此时立方星将主推出弹簧压紧；

3)将舱门合上并压紧，将第一锁紧杆、第二锁紧杆插入舱门的限位孔，将第三锁紧杆的限位块上拉，使第一锁紧杆、第二锁紧杆的限位槽分别压紧于限位块两侧，对第一锁紧杆和第二锁紧杆进行限位；

4)两个电磁铁通电，电磁铁的芯轴回缩，将摆杆位置调整到位后，电磁铁断电，电磁铁芯轴插入摆杆的卡槽内，完成舱门锁定；

5)通过安装凸耳上的安装孔将立方星连接分离装置和主星或者火箭连接，入轨后，主星或者火箭为电磁铁通电，电磁铁的芯轴回缩，舱门解锁；解锁后立方

星连同舱门一起分离，舱门打开到预定角度后，定位销弹簧迫使定位销插入凹槽，

对舱门进行限位。