CN115027700A - 一种高可靠火工分离螺母式压紧释放装置及安装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于航天器大型展开结构的高可靠火工分离螺母式压紧释放装置。使用本发明能够实现航天器大型展开结构发射段与航天器可靠压紧，入轨后与航天器可靠分离。该压紧释放装置包括火工分离螺母、压紧支撑套、压紧杆、加载螺母、防松螺母、承力碗、锁紧螺母、弹簧、弹簧端盖、头套、减震垫等。航天器天线、太阳翼等大型展开结构与航天器压紧时，压紧杆与火工分离螺母连接，通过加载螺母施加预紧力；航天器入轨后，火工分离螺母在外部的火工起爆控制器通电后螺纹径向张开，压紧杆在弹簧作用下抽出火工分离螺母，大型展开结构实现与航天器的解锁释放。
Description
技术领域
本发明涉及航天器展开机构技术领域，涉及一种压紧释放装置。
背景技术
目前国内航天器展开结构压紧释放装置，主要采用火工切割器式压紧释放形式，由切割器将压紧杆切断实现展开结构与航天器的解锁释放。火工切割器式压紧释放装置受限于切割器输出能力，压紧杆直径较小，随着航天器展开结构尺寸、重量的不断增大，火工切割器式压紧释放装置无法满足航天器大型展开结构承载需求。
发明内容
本发明所解决的技术问题是：克服现有技术的不足，本发明提供了一种高可靠火工分离螺母式压紧释放装置，能够实现航天器大型展开结构与航天器高承载压紧，高可靠解锁释放。
本发明所采用的技术方案是：一种高可靠火工分离螺母式压紧释放装置，包括：火工分离螺母、压紧支撑套、压紧杆、加载螺母、防松螺母、承力碗、锁紧螺母、弹簧和弹簧端盖；
其中，压紧支撑套安装在航天器展开结构的安装孔内，端部安装锁紧螺母；火工分离螺母安装固定在航天器压紧支架上；压紧支撑套内设置球窝，承力碗安装在球窝处；压紧杆穿过承力碗的中心孔，一端安装加载螺母，另一端与火工分离螺母连接，加载螺母外部安装防松螺母；压紧杆安装有加载螺母的一端端部与弹簧端盖连接，弹簧端盖与承力碗之间设置弹簧，解锁释放时，弹簧端盖在弹簧作用下将压紧杆抽出火工分离螺母。
进一步的，所述压紧杆与火工分离螺母通过螺纹连接，并通过安装在压紧杆上的加载螺母施加拧紧力矩形成轴向预紧力，轴向预紧力经过承力碗的球面传递至压紧支撑套内球窝的球面，实现航天器展开结构与航天器压紧。
进一步的，一种高可靠火工分离螺母式压紧释放装置，还包括头套和减震垫；所述头套安装在压紧支撑套上，头套内侧上端设有减震垫，用于解锁释放后对压紧杆和弹簧端盖进行约束限位。
进一步的，所述承力碗的球心至火工分离螺母螺纹起始处的距离为L1，压紧杆与火工分离螺母之间的螺纹连接长度为h，火工分离螺母解锁后螺纹小径与压紧杆螺纹大径间隙为ε，压紧杆螺纹齿高为b，满足关系式
进一步的，所述压紧支撑套内直径为D，弹簧端盖外直径为d，弹簧端盖的高度为L2，满足关系式
弹簧端盖外表面溅射二硫化钼固体润滑膜，用于解锁后减少弹簧端盖与压紧支撑套间的摩擦系数μ，且满足关系式
其中n为系数，n的取值范围为10～20。
进一步的，所述压紧支撑套与火工分离螺母之间通过锥台嵌套结构安装导向，并在压紧状态下提供压紧支撑套横向结构承载；锥台嵌套结构包括火工分离螺母端部向外凸起的锥台结构、压紧支撑套的端口处向内凹的锥台结构，其中火工分离螺母端部向外凸起的锥台结构的锥角为60°，压紧支撑套的端口处向内凹的锥台结构的锥角为60.5°。
进一步的，所述压紧支撑套一端为法兰盘结构，法兰盘结构通过螺钉与航天器展开结构连接，另一端设置螺纹，从航天器展开结构上的安装孔伸出后与锁紧螺母通过螺纹连接。
一种高可靠火工分离螺母式压紧释放装置的安装方法，包括：
将压紧支撑套安装在航天器展开结构上的安装孔内，压紧支撑套一端与航天器展开结构连接，另一端从安装孔伸出后安装锁紧螺母；
将火工分离螺母通过火工分离螺母机械接口安装在航天器压紧支架上；
将压紧杆一端依次与加载螺母、防松螺母螺纹连接，将加载螺母与防松螺母相互手动并紧，测量防松螺母端面至压紧杆端面距离L3，根据尺寸关系计算出安装后压紧杆与火工分离螺母之间的螺纹连接长度h满足
将航天器展开结构起吊后，垂直降落至航天器压紧支架的火工分离螺母上，并通过压紧支撑套与火工分离螺母之间的锥台嵌套结构安装导向；
将承力碗放入压紧支撑套内，通过球面相互配合；将压紧杆拧入火工分离螺母的螺纹中至加载螺母与承力碗上端平面贴合后，通过对加载螺母施加拧紧力矩T1，使压紧支撑套与火工分离螺母形成安装预紧力F，再对防松螺母施加防松拧紧力矩T2；
将弹簧、弹簧端盖先后放入压紧支撑套内，并将弹簧端盖压缩至压紧杆的端部端面，并用螺钉固定；
将内侧设有减震垫的头套安装在压紧支撑套上。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
1、本发明采用高可靠火工分离螺母式压紧释放装置，压紧杆直径不受火工装置的输出能力约束，可根据航天器展开结构的承载需求设计压紧杆直径及分离螺母的螺纹规格，实现发射段压紧释放装置轴向及横向的可靠承载；
2、本发明在航天器天线、太阳翼等大型展开结构与航天器压紧时，压紧杆与火工分离螺母连接，通过加载螺母施加预紧力；航天器入轨后，火工分离螺母在外部的火工起爆控制器通电后螺纹径向张开，压紧杆在弹簧作用下抽出火工分离螺母，大型展开结构实现与航天器的解锁释放。
附图说明
图1是本发明压紧释放装置锁紧状态剖视图。
图2a是本发明压紧释放装置火工分离螺母解锁瞬间状态剖视图。
图2b是本发明压紧释放装置火工分离螺母解锁瞬间状态局部放大图。
图3是本发明压紧释放装置完全解锁释放状态剖视图。
图4a是本发明压紧释放装置在大型航天器展开结构上的布局示意图一。
图4b是本发明压紧释放装置在大型航天器展开结构上的布局示意图二。
其中，1-火工分离螺母、2-压紧支撑套、3-压紧杆、4-加载螺母、5-防松螺母、6-承力碗、7-锁紧螺母、8-弹簧、9-弹簧端盖、10-头套、11-减震垫、12-航天器展开结构安装支耳、13-航天器压紧支架、14-压紧释放装置、15-大型航天器展开结构。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
本发明提供了一种高可靠火工分离螺母式压紧释放装置，如图1所示。主要包括：火工分离螺母1、压紧支撑套2、压紧杆3、加载螺母4、防松螺母5、承力碗6、锁紧螺母7、弹簧8、弹簧端盖9、头套10和减震垫11。
其中，压紧支撑套2安装在航天器展开结构安装支耳12的安装孔内，压紧支撑套2一端为法兰盘结构，法兰盘结构通过螺钉与航天器展开结构安装支耳12连接，另一端从安装孔伸出后与锁紧螺母7螺纹连接并紧，实现外部的航天器展开结构安装支耳12与压紧释放装置刚性连接；火工分离螺母1安装固定在外部的航天器压紧支架13上；压紧支撑套2内设置球窝，承力碗6安装在球窝处；压紧杆3穿过承力碗6的中心孔，一端安装加载螺母4，另一端与火工分离螺母1连接，加载螺母4外部安装防松螺母5；压紧杆3与火工分离螺母1螺纹连接并通过安装在压紧杆3上的加载螺母4施加拧紧力矩形成轴向预紧力，轴向预紧力经过承力碗6球面传递至压紧支撑套2球面，从而实现外部的航天器展开结构15与航天器压紧。防松螺母5施加拧紧力矩到加载螺母4，起到防松作用。压紧杆3端部与弹簧端盖9通过螺钉连接，解锁释放时，火工品引爆后，弹簧端盖9在弹簧8作用下将压紧杆3抽出火工分离螺母1。头套10安装在压紧支撑套2上，用于解锁释放后压紧杆3、弹簧端盖9等的约束限位。头套10内侧上端设有减震垫11。如图2a、图2b所示，承力碗6的球心至火工分离螺母1螺纹起始处距离为L1，压紧杆3与火工分离螺母1螺纹连接长度为h，火工分离螺母1解锁后螺纹小径与压紧杆3螺纹大径间隙为ε，压紧杆3螺纹齿高为b，满足关系式
如图3所示，压紧支撑套2内直径为D，弹簧端盖9外直径为d，弹簧端盖9高度为L2，满足关系式
弹簧端盖9外表面溅射二硫化钼固体润滑膜，用于解锁后减少弹簧端盖9与压紧支撑套2间的摩擦系数μ，且满足关系式
其中n为系数，一般取10～20；
压紧支撑套2与火工分离螺母1通过锥台嵌套结构安装导向，并在压紧状态下提供压紧支撑套2横向结构承载。锥台嵌套结构包括火工分离螺母1端部向外凸起的锥台结构、压紧支撑套2的端口处向内凹的锥台结构，其中火工分离螺母1端部向外凸起的锥台结构的锥角为60°，压紧支撑套2的端口处向内凹的锥台结构的锥角为60.5°。
本发明对火工分离螺母式压紧释放装置压紧支撑套与承力碗球心至火工分离螺母螺纹起始处距离L1，压紧杆与火工分离螺母螺纹连接长度h，火工分离螺母解锁后螺纹小径与压紧杆螺纹大径间隙ε，压紧杆螺纹齿高b，压紧支撑套内直径D，弹簧端盖外直径d，高度L2等设计关键尺寸进行了约束，确保火工分离螺母解锁后压紧杆可靠抽出火工分离螺母螺纹。
航天器天线、太阳翼等大型航天器展开结构15与航天器压紧时，压紧杆与火工分离螺母连接，通过加载螺母施加预紧力；航天器入轨后，火工分离螺母在外部的火工起爆控制器通电后螺纹径向张开，压紧杆在弹簧作用下抽出火工分离螺母，大型航天器展开结构15实现与航天器的解锁释放。
如图4a、图4b所示，航天器展开结构15安装压紧释放装置14的操作步骤如下：
步骤1：航天器展开结构安装支耳12与压紧支撑套2连接后，锁紧螺母7与压紧支撑套2螺纹并紧，实现航天器展开结构安装支耳12与压紧支撑套2的刚性连接；
步骤2：将火工分离螺母1通过火工分离螺母1机械接口安装在航天器压紧支架13上；
步骤3：压紧杆3与加载螺母4、防松螺母5螺纹连接，加载螺母4与防松螺母5相互手动并紧，测量防松螺母5端面至压紧杆3端面距离L3，根据尺寸关系计算出安装后压紧杆与火工分离螺母螺纹连接长度h满足设计要求，即满足
步骤4：航天器展开结构15起吊后垂直降落至航天器压紧支架13的火工分离螺母1上，并通过压紧支撑套2与火工分离螺母1的锥台嵌套结构安装导向；
步骤5：将承力碗6放入压紧支撑套2，球面相互配合。将压紧杆3拧入火工分离螺母1螺纹至加载螺母4与承力碗6上端平面贴合后，对加载螺母4施加拧紧力矩T1，使压紧支撑套2与火工分离螺母1形成安装预紧力F，再对防松螺母5施加防松拧紧力矩T2；防松拧紧力矩T2是给定的值；
步骤6：先后将弹簧8、弹簧端盖9放入压紧支撑套2，并将弹簧端盖9压缩至压紧杆3端面，并用螺钉固定；
步骤7：最后将内侧设有减震垫11的头套10安装在压紧支撑套2上。
至此，完成了火工分离螺母式压紧释放装置14的安装。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种高可靠火工分离螺母式压紧释放装置，其特征在于，包括：火工分离螺母(1)、压紧支撑套(2)、压紧杆(3)、加载螺母(4)、防松螺母(5)、承力碗(6)、锁紧螺母(7)、弹簧(8)和弹簧端盖(9)；
其中，压紧支撑套(2)安装在航天器展开结构安装支耳(12)的安装孔内，端部安装锁紧螺母(7)；火工分离螺母(1)安装固定在航天器压紧支架(13)上；压紧支撑套(2)内设置球窝，承力碗(6)安装在球窝处；压紧杆(3)穿过承力碗(6)的中心孔，一端安装加载螺母(4)，另一端与火工分离螺母(1)连接，加载螺母(4)外部安装防松螺母(5)；压紧杆(3)安装有加载螺母(4)的一端端部与弹簧端盖(9)连接，弹簧端盖(9)与承力碗(6)之间设置弹簧(8)，解锁释放时，弹簧端盖(9)在弹簧(8)作用下将压紧杆(3)抽出火工分离螺母(1)。
2.根据权利要求1所述的一种高可靠火工分离螺母式压紧释放装置，其特征在于：所述压紧杆(3)与火工分离螺母(1)通过螺纹连接，并通过安装在压紧杆(3)上的加载螺母(4)施加拧紧力矩形成轴向预紧力，轴向预紧力经过承力碗(6)的球面传递至压紧支撑套(2)内球窝的球面，实现航天器展开结构(15)与航天器压紧。
3.根据权利要求1所述的一种高可靠火工分离螺母式压紧释放装置，其特征在于：还包括头套(10)和减震垫(11)；所述头套(10)安装在压紧支撑套(2)上，头套(10)内侧上端设有减震垫(11)，用于解锁释放后对压紧杆(3)和弹簧端盖(9)进行约束限位。
4.根据权利要求1所述的一种高可靠火工分离螺母式压紧释放装置，其特征在于：所述承力碗(6)的球心至火工分离螺母(1)螺纹起始处的距离为L1，压紧杆(3)与火工分离螺母(1)之间的螺纹连接长度为h，火工分离螺母(1)解锁后螺纹小径与压紧杆(3)螺纹大径间隙为ε，压紧杆(3)螺纹齿高为b，满足关系式
5.根据权利要求1所述的一种高可靠火工分离螺母式压紧释放装置，其特征在于：所述压紧支撑套(2)内直径为D，弹簧端盖(9)外直径为d，弹簧端盖(9)的高度为L2，满足关系式
弹簧端盖(9)外表面溅射二硫化钼固体润滑膜，用于解锁后减少弹簧端盖(9)与压紧支撑套(2)间的摩擦系数μ，且满足关系式
其中n为系数，n的取值范围为10～20。
6.根据权利要求1所述的一种高可靠火工分离螺母式压紧释放装置，其特征在于：所述压紧支撑套(2)与火工分离螺母(1)之间通过锥台嵌套结构安装导向，并在压紧状态下提供压紧支撑套(2)横向结构承载；锥台嵌套结构包括火工分离螺母(1)端部向外凸起的锥台结构、压紧支撑套(2)的端口处向内凹的锥台结构，其中火工分离螺母(1)端部向外凸起的锥台结构的锥角为60°，压紧支撑套(2)的端口处向内凹的锥台结构的锥角为60.5°。
7.根据权利要求1所述的一种高可靠火工分离螺母式压紧释放装置，其特征在于：所述压紧支撑套(2)一端为法兰盘结构，法兰盘结构通过螺钉与航天器展开结构安装支耳(12)连接，另一端设置螺纹，从航天器展开结构安装支耳(12)上的安装孔伸出后与锁紧螺母(7)通过螺纹连接。
8.一种高可靠火工分离螺母式压紧释放装置的安装方法，其特征在于，包括：
将压紧支撑套(2)安装在航天器展开结构安装支耳(12)上的安装孔内，压紧支撑套(2)一端与航天器展开结构安装支耳(12)连接，另一端从安装孔伸出后安装锁紧螺母(7)；
将火工分离螺母(1)通过火工分离螺母(1)机械接口安装在航天器压紧支架(13)上；
将压紧杆(3)一端依次与加载螺母(4)、防松螺母(5)螺纹连接，将加载螺母(4)与防松螺母(5)相互手动并紧，测量防松螺母(5)端面至压紧杆(3)端面距离L3，根据尺寸关系计算出安装后压紧杆(3)与火工分离螺母(1)之间的螺纹连接长度h满足
L1为承力碗(6)的球心至火工分离螺母(1)螺纹起始处的距离；
将航天器展开结构(15)起吊后，垂直降落至航天器压紧支架(13)的火工分离螺母(1)上，并通过压紧支撑套(2)与火工分离螺母(1)之间的锥台嵌套结构安装导向；
将承力碗(6)放入压紧支撑套(2)内，通过球面相互配合；将压紧杆(3)拧入火工分离螺母(1)的螺纹中至加载螺母(4)与承力碗(6)上端平面贴合后，通过对加载螺母(4)施加拧紧力矩T1，使压紧支撑套(2)与火工分离螺母(1)形成安装预紧力F，再对防松螺母(5)施加防松拧紧力矩T2；
将弹簧(8)、弹簧端盖(9)先后放入压紧支撑套(2)内，并将弹簧端盖(9)压缩至压紧杆(3)的端部端面，并用螺钉固定；
将内侧设有减震垫(11)的头套(10)安装在压紧支撑套(2)上。
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