CN113184226B - 一种包带式空间锁紧释放装置 - Google Patents

Abstract

一种包带式空间锁紧释放装置，包括恢复组件、锁钩组件、包带组件与底罩；锁钩组件将压紧件压紧在外壳体上；恢复组件包括拉簧子组件、摆杆子组件、按压端盖；若干组拉簧子组件和摆杆子组件绕按压端盖的周向分布；拉簧子组件在按压端盖与内壳体之间形成弹簧预紧力；摆杆子组件在摆杆和包带组件之间形成弹簧预压紧力；包带组件为若干连杆构成的环状结构，环状结构上设置爆炸螺栓，用于解锁，包带组件按压在锁钩上，通过锁钩将压紧力传递到压紧件上；底罩罩在按压端盖上，与外壳体相连。本发明具有地面可重复使用、火工品互为备份、拉簧并联备份、锁钩冗余、自动释放、操作简单、机构集成度高、动作可靠等特点。

Description

一种包带式空间锁紧释放装置

技术领域

本发明属于航空航天飞行器技术领域，涉及一种空间锁紧释放装置。

背景技术

空间站长期在轨运营阶段，需完成大量的舱外试验与工程应用，如舱外暴露载荷试验，舱外在轨分离子飞行器等任务等。部分舱外暴露载荷或子飞行器随舱体共同发射入轨，舱体发射段均需将舱外试验载荷或自飞行器采用锁紧机构可靠锁紧，一方面保证舱体或卫星的的外包络尺寸尽量小，不超过运载火箭整流罩包络；另一方面，锁紧可靠的产品才可克服发射段火箭带来的各种严酷力学条件，保证产品发射过程中不损坏。

舱体随火箭入轨后，随舱体入轨的载荷与子飞行器产品均需自动释放，并运动到指定位置完成后续任务。目前在轨自动释放的产品主要有爆炸螺栓、分离螺母、火工包带、火工切割器等成熟方案与产品。但是现有产品均为一次性动作产品，无法满足地面多次试验验证工作需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：本发明提供一种包带式空间锁紧释放装置，该装置可压紧空间站舱外暴露载荷或者在轨分离的自飞行器，一方面克服运载火箭发射段的力学环境载荷，保护产品发射段不发生损坏，另一方面入轨后能实现双火工品互为备份自动解锁释放被压设备。针对此问题，本发明可实现地面手动锁紧、手动释放、手动恢复、双火工品互为备份自动释放功能。具有地面可重复使用、火工品互为备份、拉簧并联备份、锁钩冗余、自动释放、操作简单、机构集成度高、动作可靠等特点。

本发明所采用的技术方案如下：一种包带式空间锁紧释放装置，包括恢复组件、锁钩组件、包带组件与底罩；

锁钩组件包括外壳体、压紧件、锁钩、扭簧柱、扭簧、锁钩销与内壳体；外壳体为法兰盘结构，内壳体为带有台阶结构的圆筒结构；内壳体安装在外壳体的中心孔内，内壳体一端端面固定在外壳体上，另一端安装按压端盖；内壳体外壁面上沿周向分布锁钩安装槽，锁钩一端通过锁钩销安装在锁钩安装槽内并形成铰链机构；扭簧通过扭簧柱安装在锁钩安装槽中部，其两侧扭簧柄分别压紧在锁钩和内壳体上，在锁钩和内壳体之间保持预紧力；内壳体和外壳体之间在连接位置沿周向设置锁钩行程槽，锁钩另一端穿过锁钩行程槽将压紧件压紧在外壳体上；

恢复组件包括拉簧子组件、摆杆子组件、按压端盖；若干组拉簧子组件和摆杆子组件绕按压端盖的周向分布；拉簧子组件在按压端盖与内壳体之间形成弹簧预紧力；摆杆子组件在摆杆和包带组件之间形成弹簧预压紧力；

包带组件为若干连杆构成的环状结构，环状结构上设置爆炸螺栓，用于解锁，包带组件按压在锁钩上，各摆杆从包带组件的连杆上的缝隙伸出，通过锁钩将压紧力传递到压紧件上；底罩罩在按压端盖上，与外壳体相连。

拉簧子组件包括拉簧支架、拉簧底座、拉簧轴、拉簧；拉簧支架固定在按压端盖的侧面；拉簧支架两端分别通过拉簧轴连接拉簧的一端，拉簧的另一端通过拉簧轴连接拉簧底座，拉簧底座安装在锁紧组件的内壳体外壁的台阶面上。

摆杆子组件包括摆杆底座、摆杆支架、摆杆、压簧、摆杆销；摆杆底座固定在按压端盖的侧面，与拉簧支架安装位置一一对应；摆杆支架通过摆杆销安装在摆杆底座上，并形成铰链机构；摆杆上套装压簧后安装在摆杆支架上，压簧的另一端压紧在包带组件上。

包带组件包括锁紧杆、安装杆、爆炸螺栓、包带销与中间杆；锁紧杆与中间杆之间通过包带销相连，安装杆与中间杆通过包带销连接，锁紧杆与安装杆之间由爆炸螺栓连接，锁紧杆、安装杆与中间杆组成环形结构；环形结构按压在锁钩后侧平面，各摆杆从锁紧杆或中间杆的沿纵向的缝隙中伸出，通过锁钩将压紧力传递到压紧件上。

锁紧状态下，锁钩在包带组件的按压下，将压紧件压紧在外壳体的上端面上，包带组件在拉簧子组件、摆杆子组件、锁钩反向作用力下保持着其与内壳体的相对位置。

手动锁紧时，手动控制按压端盖向远离压紧件的方向运动，克服拉簧的拉簧力后，使得包带组件与锁钩外侧平面分离，锁钩在各自扭簧作用下向外侧翻转，转换到地面手动解锁状态；

从地面手动解锁状态恢复到锁紧状态时，手动将各锁钩按压到锁紧状态，手动拉动摆杆，包带组件在拉簧作用下压紧在锁钩外侧。

在轨释放时，爆炸螺栓同时起爆，解除锁紧杆与安装杆之间的连接，锁紧杆、安装杆与中间杆在摆杆与其上压簧作用下向外侧运动，锁钩在各自扭簧作用下向外翻转，完成解锁动作；若摆杆上的压簧弹簧力下降或丧失，包带组件仍可在锁钩内侧的扭簧作用下向外翻转。

锁钩与压紧件为斜面接触。

锁钩组件有三组。

拉簧子组件、摆杆子组件各有3组。

本发明与现有技术相比的有益效果如下：

(1)本发明的包带式空间锁紧释放装置具有地面手动锁紧、手动释放、手动恢复、双火工品互为备份自动释放功能。

(2)现有用于空间分离的成熟方案与产品有爆炸螺栓、分离螺母、火工包带、火工切割器等，均为一次性动作产品，无法满足地面多次试验验证工作需求。本发明的包带式空间锁紧释放装置提出一种双火工互为备份，并与连杆机构高度集成的方案，实现地面手动锁紧、手动释放、手动恢复、双火工品互为备份自动释放功能，解决现有产品一次性工作带来地面试验验证难以实现的问题。

(3)本发明的包带式空间锁紧释放装置技术特点为地面可重复使用、火工品互为备份、拉簧并联备份、锁钩冗余、自动释放、操作简单、机构集成度高、动作可靠等特点。

附图说明

图1为本发明的包带式空间锁紧释放装置布局与结构组成示意图；

图2为本发明的包带式空间锁紧释放装置恢复组件原理示意图；

图3是本发明的包带式空间锁紧释放装置锁钩组件原理示意图；

图4为本发明的包带式空间锁紧释放装置包带组件原理示意图；

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应该理解，这些实施例仅用于说明本发明，而不用于限定本发明的保护范围。在实际应用中本领域技术人员根据本发明做出的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

为了更好的说明本发明，下方结合附图对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明的一种包带式空间锁紧释放装置由恢复组件、锁钩组件与包带组件、底罩23。

恢复组件由按压端盖9、拉簧支架16、摆杆底座15、摆杆支架14、摆杆7与压簧8、拉簧底座13、摆杆销20、拉簧轴21与拉簧12组成。3个拉簧支架16与3个摆杆底座15固定在按压端盖9的侧面上且沿周向均匀分布，3个摆杆支架14分别通过1个摆杆销20分别安装在3个摆杆底座15上，并形成铰链机构，即摆杆支架14相对于摆杆底座15可左右摆动，3个摆杆7上分别套装1个压簧8后拧紧在摆杆支架14上且摆杆7的另一端从锁紧杆1或中间杆6中间的缝隙伸出，3个压簧8另外一端按压在包带组件的2个锁紧杆1与1个中间杆6上，从而在摆杆7与包带组件之间形成预压紧力。6个拉簧底座13均分别安装在锁钩组件的内壳体18上；12个拉簧轴21分别安装在3个拉簧支架16的两端与6个拉簧底座13上，6个拉簧12的两端分别通过拉簧轴21安装在3个拉簧支架16与6个拉簧底座13之间，从而在按压端盖9与内壳体18之间形成弹簧预紧力。

锁钩组件由外壳体19、锁钩4、扭簧柱11、扭簧22、锁钩销10与内壳体18组成。外壳体19为法兰盘结构，内壳体18为带有台阶结构的圆筒结构；内壳体18安装在外壳体19的中心孔内，内壳体18一端端面固定在外壳体19上，另一端安装按压端盖9；内壳体18外壁面上沿周向分布锁钩安装槽，3个锁钩4分别通过3个锁钩销10安装在锁钩安装槽内并形成铰链机构，即锁钩4可相对于内壳体18相对旋转摆动，3个扭簧22通过3个扭簧柱11安装在锁钩安装槽中部，其两侧扭簧柄分别压紧在3个锁钩4的中部与内壳体18上，在二者之间保持预紧力。内壳体18和外壳体19之间在连接位置沿周向设置锁钩行程槽，锁钩4另一端穿过锁钩行程槽，3个锁钩4端部勾住压紧件17并将压紧件17压紧在外壳体19上，3个锁钩4与压紧件17为斜面接触。

包带组件由锁紧杆1、安装杆2、爆炸螺栓3、包带销5与中间杆6组成。2个锁紧杆1、2个安装杆2与2个中间杆6通过4个包带销5首尾连接，2个锁紧杆1与2个安装杆2之间分别由2个爆炸螺栓3连接，组成封闭式包带组件。锁紧杆1、安装杆2与中间杆6按压在3个锁钩组件的锁钩4后侧平面，通过锁钩4将压紧力传递到压紧件17上。底罩23罩在按压端盖9上，与外壳体19相连。

如图2所示，本发明的包带式空间锁紧释放装置恢复组件原理示意图。每个拉簧支架16上安装2个拉簧轴21，拉簧轴21位于拉簧支架16的两端；每个拉簧底座13各自安装1个拉簧轴21，1个拉簧支架16、2个拉簧底座13与2个拉簧12共同组成恢复组件的拉簧子组件，3组拉簧子组件120°均布在内壳体18上，其中拉簧支架16固定在按压端盖9上，拉簧底座13固定在内壳体18上。摆杆7套装压簧8后安装在摆杆支架14上，摆杆支架14通过摆杆销20安装在摆杆底座15上，从而组成恢复组件的摆杆子组件。3个摆杆子组件通过摆杆底座15安装在按压端盖9上，120°均布，与拉簧子组件分布位置一致。在锁紧状态下，3个拉簧子组件与3个摆杆子组件的共同作用下将包带组件预紧在锁钩组件的外侧平面上，保持包带组件相对于内壳体18之间的相对位置。手动锁紧时，手动控制按压端盖9向远离压紧件17的方向运动，克服6个拉簧12的拉簧力后，使得包带组件与锁钩4外侧平面分离，3个锁钩4在各自扭簧22作用下向外侧翻转，从而转换到地面手动解锁状态。从地面手动解锁状态恢复到锁紧状态时，手动将3个锁钩4按压到锁紧状态，手动拉动3个摆杆7，包带组件在6个拉簧12作用下压紧在3个锁钩组件的锁钩4外侧。

如图3是本发明的包带式空间锁紧释放装置锁钩组件原理示意图。3个锁钩4分别通过3个锁钩销10安装在内壳体18上并形成铰链机构，即锁钩4可相对于内壳体18相对旋转摆动，3个扭簧22通过3个扭簧柱11安装在内壳体18上，其两侧扭簧柄分别压紧在3个锁钩4中部与内壳体18上，在二者之间保持预紧力。3个锁钩4将压紧件17压紧在外壳体19上，3个锁钩4与外壳体19为楔形面接触。锁紧状态下，3个锁钩4在包带组件的安装杆2与中间杆6的按压下，将压紧件17压紧在外壳体19的上端面上，包带组件在拉簧子组件、摆杆子组件、锁钩4反向作用力下保持着其与内壳体18的相对位置。手动解锁时，包带组件在手动按压力作用下脱离锁钩4，解除其对3个锁钩4外侧的约束，完成手动解锁动作，手动恢复时需手动将3个锁钩4按压到锁紧状态，并将包带组件手动调整到锁紧位置，使其2个安装杆2与1个中间杆6按压在3个锁钩4外侧面，在6个拉簧12作用下保持相对位置。

如图4为本发明的包带式空间锁紧释放装置包带组件原理示意图；2个锁紧杆1、2个安装杆2与2个中间杆6通过4个包带销5首尾连接，2个锁紧杆1与2个安装杆2之间分别由2个爆炸螺栓3连接，组成封闭式包带组件。在轨释放时，单个爆炸螺栓3或者2个爆炸螺栓3同时起爆，解除锁紧杆1与安装杆2之间的刚性连接，锁紧杆1、安装杆2与中间杆6在摆杆7与其上压簧8作用下向外侧运动，3个锁钩4在各自扭簧22作用下向外翻转，从而完成解锁动作。若摆杆7上的压簧8弹簧力下降或丧失，包带组件仍可在锁钩4内侧的扭簧22作用下向外翻转，即锁钩4内侧扭簧22与摆杆上的压簧8互为备份。

综上，本发明的一种包带式空间锁紧释放装置提出一种双火工互为备份，并与连杆机构高度集成，实现地面手动锁紧、手动释放、手动恢复、双火工品互为备份自动释放功能。解决现有产品一次性工作带来地面试验验证难以实现的问题。

因此本发明的一种包带式空间锁紧释放装置技术特点为地面可重复使用、火工品互为备份、拉簧并联备份、锁钩冗余、自动释放、操作简单、机构集成度高、动作可靠等特点。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知技术。

Claims (10)

1.一种包带式空间锁紧释放装置，其特征在于，包括恢复组件、锁钩组件、包带组件与底罩(23)；

锁钩组件包括外壳体(19)、压紧件(17)、锁钩(4)、扭簧柱(11)、扭簧(22)、锁钩销(10)与内壳体(18)；外壳体(19)为法兰盘结构，内壳体(18)为带有台阶结构的圆筒结构；内壳体(18)安装在外壳体(19)的中心孔内，内壳体(18)一端端面固定在外壳体(19)上，另一端安装按压端盖(9)；内壳体(18)外壁面上沿周向分布锁钩安装槽，锁钩(4)一端通过锁钩销(10)安装在锁钩安装槽内并形成铰链机构；扭簧(22)通过扭簧柱(11)安装在锁钩安装槽中部，其两侧扭簧柄分别压紧在锁钩(4)和内壳体(18)上，在锁钩(4)和内壳体(18)之间保持预紧力；内壳体(18)和外壳体(19)之间在连接位置沿周向设置锁钩行程槽，锁钩(4)另一端穿过锁钩行程槽将压紧件(17)压紧在外壳体(19)上；

恢复组件包括拉簧子组件、摆杆子组件、按压端盖(9)；若干组拉簧子组件和摆杆子组件绕按压端盖(9)的周向分布；拉簧子组件在按压端盖(9)与内壳体(18)之间形成弹簧预紧力；摆杆子组件在摆杆(7)和包带组件之间形成弹簧预压紧力；

包带组件为若干连杆构成的环状结构，环状结构上设置爆炸螺栓(3)，用于解锁，包带组件按压在锁钩(4)上，各摆杆(7)从包带组件的连杆上的缝隙伸出，通过锁钩(4)将压紧力传递到压紧件(17)上；底罩(23)罩在按压端盖(9)上，与外壳体(19)相连。

2.根据权利要求1所述的一种包带式空间锁紧释放装置，其特征在于，拉簧子组件包括拉簧支架(16)、拉簧底座(13)、拉簧轴(21)、拉簧(12)；拉簧支架(16)固定在按压端盖(9)的侧面；拉簧支架(16)两端分别通过拉簧轴(21)连接拉簧(12)的一端，拉簧(12)的另一端通过拉簧轴(21)连接拉簧底座(13)，拉簧底座(13)安装在锁紧组件的内壳体(18)外壁的台阶面上。

3.根据权利要求2所述的一种包带式空间锁紧释放装置，其特征在于，摆杆子组件包括摆杆底座(15)、摆杆支架(14)、摆杆(7)、压簧(8)、摆杆销(20)；摆杆底座(15)固定在按压端盖(9)的侧面，与拉簧支架(16)安装位置一一对应；摆杆支架(14)通过摆杆销(20)安装在摆杆底座(15)上，并形成铰链机构；摆杆(7)上套装压簧(8)后安装在摆杆支架(14)上，压簧(8)的另一端压紧在包带组件上。

4.根据权利要求3所述的一种包带式空间锁紧释放装置，其特征在于，包带组件包括锁紧杆(1)、安装杆(2)、爆炸螺栓(3)、包带销(5)与中间杆(6)；锁紧杆(1)与中间杆(6)之间通过包带销(5)相连，安装杆(2)与中间杆(6)通过包带销(5)连接，锁紧杆(1)与安装杆(2)之间由爆炸螺栓(3)连接，锁紧杆(1)、安装杆(2)与中间杆(6)组成环形结构；环形结构按压在锁钩(4)后侧平面，各摆杆(7)从锁紧杆(1)或中间杆(6)的沿纵向的缝隙中伸出，通过锁钩(4)将压紧力传递到压紧件(17)上。

5.根据权利要求4所述的一种包带式空间锁紧释放装置，其特征在于，锁紧状态下，锁钩(4)在包带组件的按压下，将压紧件(17)压紧在外壳体(19)的上端面上，包带组件在拉簧子组件、摆杆子组件、锁钩(4)反向作用力下保持着其与内壳体(18)的相对位置。

6.根据权利要求5所述的一种包带式空间锁紧释放装置，其特征在于，手动锁紧时，手动控制按压端盖(9)向远离压紧件(17)的方向运动，克服拉簧(12)的拉簧力后，使得包带组件与锁钩(4)外侧平面分离，锁钩(4)在各自扭簧(22)作用下向外侧翻转，转换到地面手动解锁状态；

从地面手动解锁状态恢复到锁紧状态时，手动将各锁钩(4)按压到锁紧状态，手动拉动摆杆(7)，包带组件在拉簧(12)作用下压紧在锁钩(4)外侧。

7.根据权利要求6所述的一种包带式空间锁紧释放装置，其特征在于，在轨释放时，爆炸螺栓(3)同时起爆，解除锁紧杆(1)与安装杆(2)之间的连接，锁紧杆(1)、安装杆(2)与中间杆(6)在摆杆(7)与其上压簧(8)作用下向外侧运动，锁钩(4)在各自扭簧(22)作用下向外翻转，完成解锁动作；若摆杆(7)上的压簧(8)弹簧力下降或丧失，包带组件仍可在锁钩(4)内侧的扭簧(22)作用下向外翻转。

8.根据权利要求7所述的一种包带式空间锁紧释放装置，其特征在于，锁钩(4)与压紧件(17)为斜面接触。

9.根据权利要求8所述的一种包带式空间锁紧释放装置，其特征在于，锁钩组件有三组。

10.根据权利要求9所述的一种包带式空间锁紧释放装置，其特征在于，拉簧子组件、摆杆子组件各有3组。

Images