CN112660428B - 一种空间低冲击分离解锁机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空间低冲击分离解锁机构，包括盒体、锁紧组件、解锁组件、运动组件，盒体为一中空盒体结构，锁紧组件及解锁组件安装在盒体内部空间，运动组件穿过方盒底面方孔，通过方孔由锁紧组件锁定。在存储状态，3组独立的复合芳轮绳将锁紧组件锁紧，并通过方盒底面方孔实现运动组件的锁定，同时在扭簧及推力弹簧的作用下，运动组件有沿着方盒底面方孔向下的运动趋势。通过接插件对碳纤维丝加热后，复合芳轮绳在碳纤维丝绑定位置被熔断，左连杆及右连杆在扭簧及扭簧的作用下转动，运动组件实现解锁，在推力弹簧的推动下沿着方孔向下运动，实现分离解锁功能。

Description

一种空间低冲击分离解锁机构

技术领域

本发明属于空间结构解锁领域，具体涉及一种空间低冲击分离解锁机构。

背景技术

随着航天技术的发展，越来越多航天器需要多种连接、分离机构来实现空间连接与解锁功能。目前针对空间解锁方式主要有火工装置解锁、形状记忆合金解锁及热刀解锁方式，基于几种分离解锁方式的特点，分析比较彼此优缺点：

（1）火工品释放。火工装置是航天器上使用最早，也是最常用的解锁分离装置。目前多种产品已经标准化、系列化，因此可以根据不同的需要来选择使用。火工装置工作原理是利用火药燃烧或者爆炸产生的能量来完成释放功能，具有可靠性高、能量储备大、作用时间短、结构紧凑、组成简单、重量体积小等一系列的优点，但其也有一些不可克服的缺点，如：工作时对平台结构冲击大；可能会产生有害气体；安全隐患较为明显，同时成本较高。

（2）形状记忆合金解锁。形状记忆合金为智能材料的一种，具有形状记忆效应，当材料被拉伸变形后，卸载拉力不能完全回复的残余变形，只有对其加热到一定温度智上，则会变形消失，当有约束阻止其回复时，记忆合金会产生较大的回复应力。运用其温变厚产生的回复，可以实现空间装置的解锁分离，基于SMA驱动的分离装置原理简单，可重复利用，成本低，对平台冲击小，工作时不会产生有害气体，因此形状记忆合金解锁方式近年来在多种航天器上得以运用，但是起对环境温度较为敏感，回复启动温度较低，在为温控保护环境下的解锁过程可靠性不高。容易造成误解锁。

（3）热刀式解锁。热刀式解锁释放装置是一种典型的非火工装置，其原理时通过加热热刀熔断绳索方式进行解锁。相对于其他两种解锁方式有着电磁干扰不敏、污染小、机构简单可多次重复试验等特点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种空间低冲击分离解锁机构，通过加热碳纤维丝熔断复合芳轮绳实现机构的解锁，在解锁过程中火工品工作过程中的冲击，分离扰动小。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种空间低冲击分离解锁机构，包括盒体、锁紧组件、解锁组件、运动组件；盒体为中空结构，锁紧组件及解锁组件设置在在盒体内，盒体包括方盒及盖板，用于安装及保护锁紧组件及解锁组件；方盒为一端开口的盒子，底部长边方向轴线处有一方孔，方孔四个面与方盒四个面分别平行，运动组件位于方孔下方一端伸入方孔，通过方孔由锁紧组件锁定，盒体和运动组件共同组成一密闭空间。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：

在存储状态，3组独立的复合芳轮绳将锁紧组件锁紧，并通过方盒底面方孔实现运动组件的锁定，同时在扭簧及推力弹簧的作用下，运动组件有沿着方盒底面方孔向下的运动趋势。通过接插件对碳纤维丝加热后，复合芳轮绳在碳纤维丝绑定位置被熔断，左连杆及右连杆在扭簧及扭簧的作用下转动，运动组件实现解锁，在推力弹簧的推动下沿着方孔向下运动，实现分离解锁功能。

附图说明

图1为本发明空间低冲击分离解锁机构隐去盖板示意图。

图2为本发明空间低冲击分离解锁机构隐去盖板及解锁组件示意图。

图3为局部隐去解锁盖板示意图。

图4为运动组件装配示意图。

图5为解锁状态机构。

图6为解锁底板示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

结合图1~图6，一种低冲击可靠分离解锁机构，包括盒体1、锁紧组件2、解锁组件3、运动组件4。盒体1为中空结构包括方盒5及盖板6，盒体1用于安装及保护锁紧组件2及解锁组件3。方盒5为一端开口的盒子，底部长边方向轴线处有一方孔，方孔四个面与方盒四个面分别平行，运动组件4位于方孔下方一端伸入方孔，共同组成一密闭空间。

结合图2，锁紧组件2包括左连杆7、右连杆8、六根锁紧杆10、两个预紧件11、两个锁紧轴12和3组独立复合芳轮绳9。左连杆7及右连杆8结构为长条连杆，左连杆7及右连杆8一端为通孔，另一端平行于连杆短边有三组凹槽，凹槽与短边等宽，连杆中间段设有半球形凹圆，凹圆位于连杆的正面，凹槽位于连杆的背面，在连杆正面视图上，左连杆7凹圆位于连杆右方，右连杆8凹圆位于连杆左方，在连杆正面设有一凸台，左连杆7及右连杆8结构对称。左连杆7及右连杆8凹槽面与方盒5底板面贴合。锁紧轴12为阶梯圆柱结构，一端为带螺纹圆柱，一端为光杆，中间段为翻边。两个锁紧轴12分别穿过两个连杆的通孔将连杆固定在方盒5底面，左连杆7及右连杆8可以分别绕着两个锁紧轴12转动。左扭簧13及右扭簧14分别安装在两个锁紧轴12的光杆上，扭簧轴线与锁紧轴12轴线重合。左扭簧13及右扭簧14旋向不同。左扭簧13及右扭簧14一端固定方盒5底板上，另外一端卡在左连杆7及右连杆8的凸台上。未锁定状态，左连杆7在左扭簧13的作用下会绕着锁紧轴12逆时针旋转；右连杆8在右扭簧14的作用下会绕着另一锁紧轴12旋转，两个锁紧轴12在方盒5内关于长边方向轴线对称。左连杆7及右连杆8通过3组复合芳轮绳9锁定，两个连杆方向与方盒5长边平行。每根复合芳轮绳9独立绑定，复合芳轮绳9从下方穿过两个连杆凹槽后形成左右两端，左端及右端分别绕过左连杆7及右连杆8上方分别绑定在一个锁紧杆10上，方盒5左右两边分别有一个预紧件11，预紧件11的外侧面设有三个锁紧槽，中段设有穿绳孔，两端复合芳轮绳9及锁紧杆10穿过预紧件11中间孔后分别嵌入预紧件11锁紧槽内，预紧件11与方盒5侧边通过沉头螺钉连接，通过调整预紧件11与方盒5侧边的距离可以调整复合芳轮绳9的松紧。3组复合芳轮绳9形成3组独立的绑定，保证锁紧的可靠性。

结合图3，解锁组件3包括解锁底板15、缓冲垫16、解锁盖板17、接插件22及2组独立的碳纤维丝18。解锁底板15及解锁盖板16均为U型板，解锁底板15安装在方盒5底面处，U型板的伸出部位分别与左连杆7及右连杆8平行，在方盒5内关于长边方向轴向对称。以解锁底板15的中心轴线为对称轴，解锁底板15上设有对称分布的两组第二凹槽23，每组第二凹槽23形成一回路，解锁底板15在伸出部位有三组与伸出部位短边平行并与短边等长的第三凹槽24，第三凹槽24与安装状态左连杆7及右连杆8上三组凹槽轴面重合。装配状态锁紧组件2中3组复合芳轮绳9左右两端分别穿过解锁底板15左右两边伸出部位的第三凹槽24。2组碳纤维丝18分别置于解锁底板15的第二凹槽23的回路内，并在解锁底板15伸出部位分别与3组复合芳轮绳9绑定。解锁盖板17与解锁底板15外形相同，将2组碳纤维丝18分别置于解锁底板15左右两个第二凹槽23内后，在解锁底板15除去伸出部位处用硅橡胶将碳纤维丝18固定在解锁底板15的第二凹槽23内。用沉头螺钉将解锁底板15及解锁盖板17固定在方盒5内，缓冲垫16设置在解锁底板15及解锁盖板17之间。解锁底板15及解锁盖板17材料采用耐高温绝缘材料。接插件22安装在盖板6上，与碳纤维丝18连接，实现对两组碳纤维丝18的电加热。

结合图4及图6，运动组件4包括运动件20和推力弹簧21。运动件20形状为无顶盖的盒体，盒体内设有方形凸台，方形凸台顶面固连一个圆台，盒体固定在方盒5底面，同时方形凸台穿过方盒5内底面方孔，方形凸台与方孔配合，实现运动件20旋转的锁定，运动件20的圆台正好插入左连杆7及右连杆8形成的圆形空间内，实现运动件20的上下方位的锁定。推力弹簧置21套在方形凸台外壁，推力弹簧21上端与方盒5底面接触，下端抵住盒体底面，使得推力弹簧21处于压缩状态。在左扭簧13、右扭簧14及推力弹簧21的作用下，左连杆7及右连杆8分别有绕着锁紧轴12向左、向右转动的趋势，复合芳轮绳9被碳纤维丝18熔断后，左连杆7及右连杆8解锁，运动组件4向下运动。

本实施例的工作过程如下所述：

一种空间低冲击分离解锁机构，方盒5及盖板6形成一中空盒体结构，锁紧组件2及解锁组件3安装在盒体1内部空间，运动组件4穿过方盒5底面方孔，通过方孔及左连杆7、右连杆8形成的圆形空间实现运动组件4的锁定。在存储状态，3组独立的复合芳轮绳9将左连杆7及右连杆8锁紧并通过方盒5底面方孔实现运动组件的锁定，同时在左扭簧13、右扭簧14及推力弹簧21的作用下，运动组件4有沿着方盒5底面方孔向下的运动趋势。通过接插件22对碳纤维丝18加热后，复合芳轮绳9在碳纤维丝18绑定位置被熔断，左连杆7及右连杆8在左扭簧13及右扭簧14的作用下转动，运动组件4实现解锁，在推力弹簧21的推动下沿着方孔向下运动，实现分离解锁功能。

Claims (6)

1.一种空间低冲击分离解锁机构，其特征在于：包括盒体（1）、锁紧组件（2）、解锁组件（3）、运动组件（4）；盒体（1）为中空结构，锁紧组件（2）及解锁组件（3）设置在盒体（1）内，盒体（1）包括方盒（5）及盖板（6），用于安装及保护锁紧组件（2）及解锁组件（3）；方盒（5）为一端开口的盒子，底部长边方向轴线处有一方孔，方孔四个面与方盒四个面分别平行，运动组件（4）位于方孔下方一端伸入方孔，通过方孔由锁紧组件（2）锁定，盒体（1）和运动组件（4）共同组成一密闭空间；

锁紧组件（2）包括左连杆（7）、右连杆（8）、六根锁紧杆（10）、两个预紧件（11）、两个锁紧轴（12）和3组独立复合芳轮绳（9）；左连杆（7）及右连杆（8）结构为长条连杆，左连杆（7）及右连杆（8）一端为通孔，另一端平行于连杆短边有三组凹槽，凹槽与短边等宽，连杆中间段设有半球形凹圆，凹圆位于连杆的正面，凹槽位于连杆的背面，在连杆正面视图上，左连杆（7）凹圆位于连杆右方，右连杆（8）凹圆位于连杆左方，在连杆正面设有一凸台，左连杆（7）及右连杆（8）结构对称；左连杆（7）及右连杆（8）凹槽面与方盒（5）底板面贴合；锁紧轴（12）为阶梯圆柱结构，一端为带螺纹圆柱，一端为光杆，中间段为翻边；两个锁紧轴（12）分别穿过两个连杆的通孔将连杆固定在方盒（5）底面，左连杆（7）及右连杆（8）分别绕着两个锁紧轴（12）转动；左扭簧（13）及右扭簧（14）分别安装在两个锁紧轴（12）的光杆上，扭簧轴线与锁紧轴（12）轴线重合；左扭簧（13）及右扭簧（14）一端固定方盒（5）底板上，另外一端卡在左连杆（7）及右连杆（8）的凸台上；

未锁定状态，左连杆（7）在左扭簧（13）的作用下会绕着锁紧轴（12）逆时针旋转；右连杆（8）在右扭簧（14）的作用下会绕着另一锁紧轴（12）旋转，两个锁紧轴（12）在方盒（5）内关于长边方向轴线对称；左连杆（7）及右连杆（8）通过3组复合芳轮绳（9）锁定，两个连杆方向与方盒（5）长边平行。

2.根据权利要求1所述的空间低冲击分离解锁机构，其特征在于：左扭簧（13）及右扭簧（14）旋向不同。

3.根据权利要求1所述的空间低冲击分离解锁机构，其特征在于：每根复合芳轮绳（9）独立绑定，复合芳轮绳（9）从下方穿过两个连杆凹槽后形成左右两端，左端及右端分别绕过左连杆（7）及右连杆（8）上方分别绑定在一个锁紧杆（10）上，方盒（5）左右两边分别有一个预紧件（11），预紧件（11）的外侧面设有三个锁紧槽，中段设有穿绳孔，两端复合芳轮绳（9）及锁紧杆（10）穿过预紧件（11）中间孔后分别嵌入预紧件（11）锁紧槽内，预紧件（11）与方盒（5）侧边通过沉头螺钉连接，通过调整预紧件（11）与方盒（5）侧边的距离调整复合芳轮绳（9）的松紧。

4.根据权利要求1所述的空间低冲击分离解锁机构，其特征在于：解锁组件（3）包括解锁底板（15）、缓冲垫（16）、解锁盖板（17）、接插件（22）及2组独立的碳纤维丝（18）；解锁底板（15）及解锁盖板（17）均为U型板，解锁底板（15）安装在方盒（5）底面处，U型板的伸出部位分别与左连杆（7）及右连杆（8）平行，在方盒（5）内关于长边方向轴向对称；以解锁底板（15）的中心轴线为对称轴，解锁底板（15）上设有对称分布的两组第二凹槽（23），每组第二凹槽（23）形成一回路，解锁底板（15）在伸出部位有三组与伸出部位短边平行并与短边等长的第三凹槽（24），第三凹槽（24）与安装状态左连杆（7）及右连杆（8）上三组凹槽轴面重合；装配状态锁紧组件（2）中3组复合芳轮绳（9）左右两端分别穿过解锁底板（15）左右两边伸出部位的第三凹槽（24）；2组碳纤维丝（18）分别置于解锁底板（15）的第二凹槽（23）的回路内，并在解锁底板（15）伸出部位分别与3组复合芳轮绳（9）绑定；解锁盖板（17）与解锁底板（15）外形相同，将2组碳纤维丝（18）分别置于解锁底板（15）左右两个第二凹槽（23）内后，在解锁底板（15）除去伸出部位处用硅橡胶将碳纤维丝（18）固定在解锁底板（15）的第二凹槽（23）内；用沉头螺钉将解锁底板（15）及解锁盖板（17）固定在方盒（5）内，缓冲垫（16）设置在解锁底板（15）及解锁盖板（17）之间；接插件（22）安装在盖板（6）上，与碳纤维丝（18）连接，实现对两组碳纤维丝（18）的电加热。

5.根据权利要求4所述的空间低冲击分离解锁机构，其特征在于：解锁底板（15）及解锁盖板（17）材料采用耐高温绝缘材料。

6.根据权利要求5所述的空间低冲击分离解锁机构，其特征在于：运动组件（4）包括运动件（20）和推力弹簧（21）；运动件（20）形状为无顶盖的盒体，盒体内设有方形凸台，方形凸台顶面固连一个圆台，盒体固定在方盒（5）底面，同时方形凸台穿过方盒（5）内底面方孔，方形凸台与方孔配合，实现运动件（20）旋转的锁定，运动件（20）的圆台正好插入左连杆（7）及右连杆（8）形成的圆形空间内，实现运动件（20）的上下方位的锁定；推力弹簧21套在方形凸台外壁，推力弹簧（21）上端与方盒（5）底面接触，下端抵住盒体底面，使得推力弹簧（21）处于压缩状态；在左扭簧（13）、右扭簧（14）及推力弹簧（21）的作用下，左连杆（7）及右连杆（8）分别有绕着锁紧轴（12）向左、向右转动的趋势，复合芳轮绳（9）被碳纤维丝（18）熔断后，左连杆（7）及右连杆（8）解锁，运动组件（4）向下运动。

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