CN115158704A - 一种锁紧释放装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及航空航天技术领域，特别涉及一种锁紧释放装置。一种锁紧释放装置，用于锁紧、释放航天器中的待锁紧释放机构，锁紧释放装置包括壳体、锁紧释放单元和变形体；锁紧释放单元和变形体设置在壳体中，锁紧释放单元通过穿过壳体的牵动绳与待锁紧释放机构连接，变形体的制备材料包括形状记忆材料；在变形体的形状为第一形状时，变形体和壳体配合将锁紧释放单元限位，以锁紧待锁紧释放机构；在变形体的形状为第二形状时，锁紧释放单元在壳体内自由滑动，以释放待锁紧释放机构。本发明实施例提供了一种锁紧释放装置，能够在避免使用爆炸螺栓等火工品的情况下锁紧、释放体形较大的机构。
Description
技术领域
本发明涉及航空航天技术领域，特别涉及一种锁紧释放装置。
背景技术
航天器中体型较大的机构无法直接放置在卫星平台上，例如太阳能电池、天线等结构，因此必须将大型机构进行收拢，以减少占用的体积，锁紧释放装置是用于收拢大型机构的装置，在航天器未到预定轨道前使用锁紧释放装置收拢大型机构，待航天器发射到预定轨道后再利用锁紧释放装置将大型结构释放。
相关技术中，航天器锁紧释放装置大多数采用爆炸螺栓等火工品，此种装置虽然可靠性较高，但是由于该过程中爆炸会对系统造成较大的冲击，尤其运用到小卫星等小质量平台上，冲击会对器卫星平台的姿态和控制造成很大的影响，同时火工品一般都是一次性使用，不可在使用前测试其是否能够正常工作。
发明内容
本发明实施例提供了一种锁紧释放装置，能够在避免使用爆炸螺栓等火工品的情况下锁紧、释放体形较大的机构，还能够多次测试其锁紧、释放效果。
本发明实施例提供了一种锁紧释放装置，用于锁紧、释放航天器中的待锁紧释放机构，所述锁紧释放装置包括壳体、锁紧释放单元和变形体；
所述锁紧释放单元和所述变形体设置在所述壳体中，所述锁紧释放单元通过穿过所述壳体的牵动绳与所述待锁紧释放机构连接，所述变形体的制备材料包括形状记忆材料，所述变形体在第一温度时的形状为第一形状，所述变形体在第二温度时的形状为第二形状；
在所述变形体的形状为第一形状时，所述变形体和所述壳体配合将所述锁紧释放单元限位，以锁紧所述待锁紧释放机构；
在所述变形体的形状为第二形状时，所述锁紧释放单元在所述壳体内自由滑动，以释放所述待锁紧释放机构。
在一种可能的设计中，在所述变形体的形状为第一形状时，所述变形体包括中间圆管和位于所述中间圆管轴线方向两侧的锥形圆管，所述锥形圆管远离所述中间圆管方向的截面半径递增，第二形状为圆管状；
所述锁紧释放单元包括两个固定部，两个所述固定部之间设置有两个贴合部，两个所述贴合部分别与两个所述固定部连接，所述固定部均通过所述牵动绳与所述待锁紧释放机构连接，所述固定部的边缘与所述壳体的内壁相贴，所述贴合部的外表面与所述壳体内壁贴合，所述贴合部的内表面为与所述锥形圆管的外表面匹配的曲面，所述变形体位于两个所述固定部和两个所述贴合部之间；
当所述变形体为第一形状时，所述贴合部的内表面和外表面分别与所述锥形圆管外表面和所述壳体内壁贴合，所述贴合部被限位在所述锥形圆管和所述壳体内壁之间，当所述变形体为第二形状时，所述贴合部可在所述壳体内移动。
在一种可能的设计中，所述贴合部的内表面与所述锥形圆管的外表面面积相等，以使所述变形体为第一形状时，所述贴合部的内表面与所述锥形圆管的外表面完全贴合，两个所述固定部抵在所述变形体的两侧。
在一种可能的设计中，所述固定部设置有连接孔，所述连接孔用于安装所述牵动绳，所述壳体设置有条形孔，所述条形孔用于观察所述锁紧释放装置的内部。
在一种可能的设计中，所述形状记忆材料包括形状记忆复合材料，所述形状记忆复合材料包括形状记忆聚合物基体和增强体。
在一种可能的设计中，所述形状记忆聚合物基体包括形状记忆环氧树脂、形状记忆氰酸酯和形状记忆苯乙烯中的至少一种。
在一种可能的设计中，所述增强体包括碳纤维、芳纶纤维、石墨烯和碳纳米圆管中的至少一种，其中纤维增强体铺设方向沿所述形状记忆材料长度方向设置。
在一种可能的设计中，所述形状记忆材料中设置有加热丝，所述加热丝用于提供热量以驱动所述形状记忆材料变形。
在一种可能的设计中，所述加热丝沿所述形状记忆材料长度方向设置。
在一种可能的设计中，所述壳体包括可拆分的第一壳体和第二壳体，拆分所述第一壳体和所述第二壳体以安装或拆卸所述锁紧释放单元和所述变形体。
本发明与现有技术相比至少具有如下有益效果：
在本实施例中，在壳体中设置有变形体和锁紧释放单元，变形体为形状记忆材料，形状记忆材料可在不同温度下呈现不同的形状，通过改变温度来改变变形体的形状，当变形体的温度为第一温度时，变形体为第一形状，第一形状的变形体与壳体配合将锁紧释放单元限位固定，锁紧释放单元通过牵动绳与待锁紧释放机构连接，锁紧释放单元被限位固定后，与锁紧释放单元连接的待锁紧释放机构被牵动绳拉动紧固呈现锁紧状态；当变形体的温度为第二温度时，变形体为第二形状，第二形状的变形体不会限位锁紧释放单元，锁紧释放单元可在壳体中自由滑动，进而，锁紧释放单元和待锁紧释放机构之间的牵动绳为松弛状态，待锁紧释放机构呈现释放状态。
在本实施例中，利用形状记忆材料的变形功能来实现锁紧释放功能，既能避免使用火工品，又可以通过改变温度来多次测试锁紧释放装置的锁紧、释放效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种锁紧释放装置的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种锁紧释放装置锁紧时的剖面结构示意图；
图3是本发明实施例提供的一种锁紧释放装置释放时的剖面结构示意图；
图4是本发明实施例提供的一种变形体第一形状时的结构示意图；
图5是本发明实施例提供的一种变形体第二形状时的结构示意图。
图中：
1-壳体；
11-第一壳体；
12-第二壳体；
13-条形孔；
2-锁紧释放单元；
21-固定部；
211-牵动绳；
22-贴合部；
3-变形体；
31-中间圆管；
32-锥形圆管。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”、“第二”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；除非另有规定或说明，术语“多个”是指两个或两个以上；术语“连接”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，或电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本说明书的描述中，需要理解的是，本发明实施例所描述的“上”、“下”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本发明实施例的限定。此外，在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件连接在另一个元件“上”或者“下”时，其不仅能够直接连接在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接连接在另一个元件“上”或者“下”。
如图1所示，本发明实施例提供了一种锁紧释放装置，用于锁紧、释放航天器中的待锁紧释放机构，锁紧释放装置包括壳体1、锁紧释放单元2和变形体3；
锁紧释放单元2和变形体3设置在壳体1中，锁紧释放单元2通过穿过壳体1的牵动绳211与待锁紧释放机构连接，变形体3的制备材料包括形状记忆材料，变形体3在第一温度时的形状为第一形状，变形体3在第二温度时的形状为第二形状；
在变形体3的形状为第一形状时，变形体3和壳体1配合将锁紧释放单元2限位，以锁紧待锁紧释放机构；
在变形体3的形状为第二形状时，锁紧释放单元2在壳体1内自由滑动，以释放待锁紧释放机构。
在本实施例中，在壳体1中设置有变形体3和锁紧释放单元2，变形体3为形状记忆材料，形状记忆材料可在不同温度下呈现不同的形状，通过改变温度来改变变形体3的形状，当变形体3的温度为第一温度时，变形体3为第一形状，第一形状的变形体3与壳体1配合将锁紧释放单元2限位固定，锁紧释放单元2通过牵动绳211与待锁紧释放机构连接，锁紧释放单元2被限位固定后，与锁紧释放单元2连接的待锁紧释放机构被牵动绳211拉动紧固呈现锁紧状态；当变形体3的温度为第二温度时，变形体3为第二形状，第二形状的变形体3不会限位锁紧释放单元2，锁紧释放单元2可在壳体1中自由滑动，进而，锁紧释放单元2和待锁紧释放机构之间的牵动绳211为松弛状态，待锁紧释放机构呈现释放状态。
在本实施例中，形状记忆材料锁紧可靠、释放稳定，利用形状记忆材料的变形功能来实现锁紧释放功能，既能避免使用火工品，又可以通过改变温度来多次测试锁紧释放装置的锁紧、释放效果。
如图2至图5所示，在本发明的一些实施例中，在所述变形体的形状为第一形状时，所述变形体包括中间圆管31和位于中间圆管31轴线方向两侧的锥形圆管32，锥形圆管32远离中间圆管31方向的截面半径递增，第二形状为圆管状；
锁紧释放单元2包括两个固定部21，两个固定部21之间设置有两个贴合部22，两个贴合部22分别与两个固定部21连接，固定部21均通过牵动绳211与待锁紧释放机构连接，固定部21的边缘与壳体1的内壁相贴，贴合部22的外表面与壳体1内壁贴合，贴合部22的内表面为与锥形圆管32的外表面匹配的曲面，变形体3位于两个固定部21和两个贴合部22之间；
当变形体3为第一形状时，贴合部22的内表面和外表面分别与锥形圆管32外表面和壳体1内壁贴合，贴合部22被限位在锥形圆管32和壳体1内壁之间，当变形体3为第二形状时，贴合部22可在壳体1内移动。
在本实施例中，第一形状包括中间圆管31和中间圆管31两侧的锥形圆管32，锥形管远离中间圆管31的方向半径逐渐增大，第二形状为圆管状；锁紧释放单元2包括两个固定部21，每个固定部21均连接有贴合部22，贴合部22的外表面与壳体1内壁贴合，内表面为与锥形圆管32外表面匹配的曲面；位于两个固定部21和两个贴合部22之间的变形体3变形为第一形状时，两侧的贴合部22被锥形圆管32驱动相向运动，直至贴合部22与锥形圆管32贴合，同样地，与贴合部22连接的固定部21相向运动以拉紧牵动绳211使待锁紧释放机构呈锁紧状态；当变形体3变形为第二形状时，圆管状的变形体3不会限制锁紧释放单元2的位置，锁紧释放单元2能在壳体1内相对自由的滑动，因此牵动绳211为松弛状体，待锁紧释放机构为释放状态。
变形体3两侧由锥形圆管32变形为圆管状即可实现结构的释放，该过程可重复且变形过程缓慢，对小卫星等质量小的平台不会产生较大影响。
需要说明的是，贴合部22和固定部21可以通过螺纹连接。
可以理解的是，贴合部22的外表面可以设置有向内的凹槽，如此设置，能够节省材料。
需要说明的是，一个贴合部22、一个固定部21和单侧锥形圆管32的方案同样能够实现锁紧释放效果。
在本发明的一些实施例中，贴合部22的内表面与锥形圆管32的外表面面积相等，以使变形体3为第一形状时，贴合部22的内表面与锥形圆管32的外表面完全贴合，两个固定部21抵在变形体3的两侧。
在本实施例中，变形体3为第一形状时，贴合部22的内表面与锥形圆管32的外表面完全贴合，两个固定部21抵在变形体3的两侧，变形体3与锁紧释放单元2之间无法相对运动，锁紧释放单元2被限位在变形体3的两侧，限位的效果更好。
在本发明的一些实施例中，固定部21设置有连接孔，连接孔用于安装牵动绳211，壳体1设置有条形孔13，条形孔13用于观察锁紧释放装置的内部。
在本实施例中，牵动绳211一端与固定部21上的连接孔连接，另一端穿壳体与待锁紧释放机构连接。条形孔13可用于观察锁紧释放装置内部的锁紧释放单元2。
需要说明的是，牵动绳211可以是钢丝绳或凯夫拉绳。
在本发明的一些实施例中，形状记忆材料包括形状记忆复合材料，形状记忆复合材料包括形状记忆聚合物基体和增强体。
在本实施例中，所述形状记忆材料可以是形状记忆金属，可以是形状记忆聚合物，也可以是形状记忆复合材料。形状记忆复合材料的变形程度优于形状记忆金属，形状记忆复合材料的强度优于形状记忆聚合物。
需要说明的是，当形状记忆材料为形状记忆复合材料或形状记忆聚合物时，第一温度为小于玻璃化转变温度的温度，第二温度为大于或等于玻璃化转变温度的温度。
在本实施例中，形状记忆复合材料具有比刚度高、比强度高、变形能力大和可控变形，同时形状记忆复合材料集锁紧和释放一体，与传统的机械结构相比可有效降低结构的复杂度。
在本发明的一些实施例中，形状记忆聚合物基体包括形状记忆环氧树脂、形状记忆氰酸酯和形状记忆苯乙烯中的至少一种。
在本实施例中，形状记忆环氧树脂、形状记忆氰酸酯和形状记忆苯乙烯为变形性能优异的形状记忆聚合物。
在本发明的一些实施例中，增强体包括碳纤维、芳纶纤维、石墨烯和碳纳米圆管中的至少一种，其中纤维增强体铺设方向沿所述形状记忆材料长度方向设置。
在本实施例中，碳纤维、芳纶纤维、石墨烯和碳纳米圆管为可变形程度大的增强材料。
在本发明的一些实施例中，形状记忆材料中设置有加热丝，加热丝用于提供热量以驱动形状记忆材料变形。
在本实施例中，加热丝固化在形状记忆复合材料内部，用于提供热量以驱动形状记忆材料变形。
在本发明的一些实施例中，加热丝沿形状记忆材料长度方向设置。
在本实施例中，加热丝沿形状记忆材料长度方向设置能够快速均匀地加热形状记忆材料。
在本发明的一些实施例中，壳体1包括可拆分的第一壳体11和第一壳体12，拆分第一壳体11和第一壳体12以安装或拆卸锁紧释放单元2和变形体3。
在本实施例中，拆分第一壳体11和第一壳体12，能够装入或去除锁紧释放单元2和变形体3。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种锁紧释放装置，其特征在于，用于锁紧、释放航天器中的待锁紧释放机构，所述锁紧释放装置包括壳体(1)、锁紧释放单元(2)和变形体(3)；
所述锁紧释放单元(2)和所述变形体(3)设置在所述壳体(1)中，所述锁紧释放单元(2)通过穿过所述壳体(1)的牵动绳(211)与所述待锁紧释放机构连接，所述变形体(3)的制备材料包括形状记忆材料，所述变形体(3)在第一温度时的形状为第一形状，所述变形体(3)在第二温度时的形状为第二形状；
在所述变形体(3)的形状为第一形状时，所述变形体(3)和所述壳体(1)配合将所述锁紧释放单元(2)限位，以锁紧所述待锁紧释放机构；
在所述变形体(3)的形状为第二形状时，所述锁紧释放单元(2)在所述壳体(1)内自由滑动，以释放所述待锁紧释放机构。
2.根据权利要求1所述的锁紧释放装置，其特征在于，在所述变形体(3)的形状为第一形状时，所述变形体包括中间圆管(31)和位于所述中间圆管(31)轴线方向两侧的锥形圆管(32)，所述锥形圆管(32)远离所述中间圆管(31)方向的截面半径递增，第二形状为圆管状；
所述锁紧释放单元(2)包括两个固定部(21)，两个所述固定部(21)之间设置有两个贴合部(22)，两个所述贴合部(22)分别与两个所述固定部(21)连接，所述固定部(21)均通过所述牵动绳(211)与所述待锁紧释放机构连接，所述固定部(21)的边缘与所述壳体(1)的内壁相贴，所述贴合部(22)的外表面与所述壳体(1)内壁贴合，所述贴合部(22)的内表面为与所述锥形圆管(32)的外表面匹配的曲面，所述变形体(3)位于两个所述固定部(21)和两个所述贴合部(22)之间；
当所述变形体(3)为第一形状时，所述贴合部(22)的内表面和外表面分别与所述锥形圆管(32)外表面和所述壳体(1)内壁贴合，所述贴合部(22)被限位在所述锥形圆管(32)和所述壳体(1)内壁之间，当所述变形体(3)为第二形状时，所述贴合部(22)可在所述壳体(1)内移动。
3.根据权利要求2所述的锁紧释放装置，其特征在于，所述贴合部(22)的内表面与所述锥形圆管(32)的外表面面积相等，以使所述变形体(3)为第一形状时，所述贴合部(22)的内表面与所述锥形圆管(32)的外表面完全贴合，两个所述固定部(21)抵在所述变形体(3)的两侧。
4.根据权利要求2所述的锁紧释放装置，其特征在于，所述固定部(21)设置有连接孔，所述连接孔用于安装所述牵动绳(211)，所述壳体(1)设置有条形孔(13)，所述条形孔(13)用于观察所述锁紧释放装置的内部。
5.根据权利要求1所述的锁紧释放装置，其特征在于，所述形状记忆材料包括形状记忆复合材料，所述形状记忆复合材料包括形状记忆聚合物基体和增强体。
6.根据权利要求5所述的锁紧释放装置，其特征在于，所述形状记忆聚合物基体包括形状记忆环氧树脂、形状记忆氰酸酯和形状记忆苯乙烯中的至少一种。
7.根据权利要求5所述的锁紧释放装置，其特征在于，所述增强体包括碳纤维、芳纶纤维、石墨烯和碳纳米圆管中的至少一种，其中纤维增强体铺设方向沿所述形状记忆材料长度方向设置。
8.根据权利要求5所述的锁紧释放装置，其特征在于，所述形状记忆材料中设置有加热丝，所述加热丝用于提供热量以驱动所述形状记忆材料变形。
9.根据权利要求8所述的锁紧释放装置，其特征在于，所述加热丝沿所述形状记忆材料长度方向设置。
10.根据权利要求1所述的锁紧释放装置，其特征在于，所述壳体(1)包括可拆分的第一壳体(11)和第一壳体(12)，拆分所述第一壳体(11)和所述第一壳体(12)以安装或拆卸所述锁紧释放单元(2)和所述变形体(3)。
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| CN101665156A (zh) * | 2008-09-03 | 2010-03-10 | 北京航空航天大学 | Sma丝驱动的连接与解锁机构 |
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| CN109131951A (zh) * | 2018-09-03 | 2019-01-04 | 哈尔滨工业大学 | 一种由形状记忆合金sma丝束驱动的空间径向解锁机构 |
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-
2022
- 2022-08-23 CN CN202211009711.6A patent/CN115158704B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5248233A (en) * | 1992-09-25 | 1993-09-28 | Webster Richard G | No-shock separation mechanism |
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 赵寒星;兰鑫;冷劲松: "形状记忆聚合物材料及其在航天器新型锁紧释放机构中的应用", 材料科学与工艺, vol. 28, no. 003, 31 December 2020 (2020-12-31) * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115158704B (zh) | 2024-08-16 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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