CN116767518B - 一种具有解锁空隙的有效载荷舱体连接解锁机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种具有解锁空隙的有效载荷舱体连接解锁机构，底座上端设有配合孔，底座上安装双抱环组件，连接筒为中空圆柱结构，连接筒的下端外壁配合至配合孔内，有效载荷舱体上设有通孔，连接筒的外围位于通孔内，且卡台卡接至有效载荷舱体上方，且有效载荷舱体位于卡台与双抱环组件之间，底座内设置分离螺母夹爪，且连接筒内设置压紧杆组件，压紧杆组件的下端可拆卸连接至分离螺母夹爪上。本发明所述的一种具有解锁空隙的有效载荷舱体连接解锁机构，提出了双抱环自锁承载的连接释放设计，不仅可以可靠固定有效载荷舱体，还能够在解锁后实现收纳避让，为有效载荷舱体的全向转动提供充足的转动空隙，满足有效载荷舱体的大范围转动包络需求。

Description

一种具有解锁空隙的有效载荷舱体连接解锁机构

技术领域

本发明属于航天器系统连接解锁技术领域，尤其是涉及一种具有解锁空隙的有效载荷舱体连接解锁机构。

背景技术

随着航天技术的发展进步，为满足复杂的多任务需求，大型航天器系统已逐步由单舱发展为多舱组成形式，例如我国的载人神舟飞船就由轨道舱、返回舱以及推进舱组成。多舱体的航天器不仅体现在载人航天、嫦娥探测器等大型复杂航天任务中，在大型卫星中也出现了2舱、甚至3舱的复杂结构形式。卫星的大型有效载荷，如大型光学相机、大尺寸天线等，可作为独立的有效载荷舱体，安装在卫星平台舱上，在轨阶段绕平台舱全周360°转动，开展遥感成像、收发信号等任务，从而显著提高了有效载荷的利用效率。

该类有效载荷设备具有重量大、尺寸大、振动响应大的特点，必须在发射阶段与平台舱可靠的连接，舱体之间必须紧固连接，不得出现连接缝隙，避免因振动响应过大而破坏。而在航天器入轨后，有效载荷舱体的全周转动需求，又要求与平台舱之间具有充足的运动空隙，不能产生运动干涉。

然而，已有的舱体连接解锁机构，无法上述两方面矛盾的需求。一方面，为满足舱体紧密连接需求，需要连接解锁机构对两舱施加数吨的预紧力，两舱连接面需要紧密贴合；而另一方面，两舱在解锁后没有分离运动，平台舱仍需为有效载荷舱提供供电、信息等服务资源，而舱间连接面仍会相互贴合，导致舱体连接面发生摩擦甚至转动干涉，有效载荷舱难以顺利转动，造成任务失败。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种具有解锁空隙的有效载荷舱体连接解锁机构，在发射状态下利用双抱环承担航天器两舱连接载荷，在入轨解锁后双抱环展开，为有效载荷舱的360°全向转动提供充足的运动空间，解决了航天器有效载荷舱体无法绕平台舱全向转动的难题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种具有解锁空隙的有效载荷舱体连接解锁机构，包括平台舱上固定安装的若干底座，若干底座互不干涉，且每个底座上端设有配合孔，底座上安装双抱环组件，连接筒为中空圆柱结构，连接筒的下端外壁配合至配合孔内，连接筒外围设置卡台，有效载荷舱体上设有通孔，连接筒的外围位于通孔内，且卡台卡接至有效载荷舱体上方，且有效载荷舱体位于卡台与双抱环组件之间，底座内设置分离螺母夹爪，且连接筒内设置压紧杆组件，压紧杆组件的下端可拆卸连接至分离螺母夹爪上。

进一步的，所述连接筒的下端外壁为弧形结构，且通孔是锥形孔，所述弧形结构自适应配合至配合孔内、卡台外围设有与所述锥形孔配合的坡面是连接筒的上下双层抗剪结构。

进一步的，所述连接筒外围设置外压簧，连接筒上端安装盖板，外压簧的一端固定连接至盖板上，外压簧的另一端接触连接或固定连接至有效载荷舱体的上端。

进一步的，所述双抱环组件包括安装板，且安装板上设置安装轴，安装轴上分别套接左抱环和右抱环，且左抱环和右抱环相互对向设置，左抱环和右抱环能够在安装板上开合，以用于抱紧有效载荷舱体。

进一步的，所述左抱环和右抱环的一端分别通过扭簧套设至安装轴外围。

进一步的，所述安装板上安装限位轴，限位轴用于限定左抱环和右抱环的打开角度。

进一步的，所述压紧杆组件包括压紧杆、球形垫、弹簧盖、内压簧和限位螺母，连接筒内圈设置环形台，压紧杆的外围固定套接球形垫，且球形垫外围自适应定位连接至环形台内圈，压紧杆外围通过限位螺母安装弹簧盖，且压紧杆外围设置内压簧，内压簧的两端分别连接至弹簧盖下侧、球形垫上侧，压紧杆的下端可拆卸连接至分离螺母夹爪上。

进一步的，所述压紧杆外围设置锁紧螺母，锁紧螺母用于固定球形垫与压紧杆的相对位置。

进一步的，所述弹簧盖的上侧安装缓冲垫，且盖板与环形台之间设有浮动空间，缓冲垫能够在浮动空间内沿压紧杆轴向位移，缓冲垫用于减小压紧杆端部或弹簧盖上端与盖板的撞击。

相对于现有技术，本发明所述的一种具有解锁空隙的有效载荷舱体连接解锁机构具有以下有益效果：

（1）本发明所述的一种具有解锁空隙的有效载荷舱体连接解锁机构，提出了双抱环自锁承载的连接释放设计，不仅可以可靠固定有效载荷舱体，还能够在解锁后实现收纳避让，为有效载荷舱体的全向转动提供充足的转动空隙，满足有效载荷舱体的大范围转动包络需求。

（2）本发明所述的一种具有解锁空隙的有效载荷舱体连接解锁机构，双抱环在连接状态下构成了闭合的圆形，将压紧杆及连接筒全部包裹在内，可以将预紧力均匀的传递到底座上，避免了偏载受力，而且解锁后的摆转动作与压紧杆及连接筒的拔杆动作无运动干涉，解锁可靠性高。

（3）本发明所述的一种具有解锁空隙的有效载荷舱体连接解锁机构，连接筒具备上下双层抗剪能力，通过锥面及球面的双层抗剪设计，不仅提供了优异的横向抗剪切载荷能力，其球面造型还能够很好的适应平台舱与有效载荷舱体的装配误差，对航天器在轨高低温环境引起的热变形也具有很好的适应性，具有宽温域特性。

（4）本发明所述的一种具有解锁空隙的有效载荷舱体连接解锁机构，解锁后各部件完全固定，限位可靠，适用于在轨长期应用。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的一种具有解锁空隙的有效载荷舱体连接解锁机构的剖面示意图；

图2为本发明实施例所述的一种具有解锁空隙的有效载荷舱体连接解锁机构的结构示意图；

图3为本发明实施例所述的压紧杆组件的剖面示意图；

图4为本发明实施例所述的双抱环组件关闭的结构示意图；

图5为本发明实施例所述的双抱环组件打开的结构示意图；

图6为本发明实施例所述的有效载荷舱体与底座未连接时的剖面结构示意图；

图7为本发明实施例所述的有效载荷舱体连接至平台舱的结构示意图；

图8为本发明实施例所述的双抱环组件打开后有效载荷舱体与平台舱状态的结构示意图；

图9为本发明实施例所述的连接筒、底座的爆炸结构示意图。

附图标记说明：

1、连接筒；2、盖板；3、外压簧；4、压紧杆组件；401、缓冲垫；402、弹簧盖；403、内压簧；404、压紧杆；405、锁紧螺母；406、球形垫；407、限位螺母；5、双抱环组件；501、左抱环；502、右抱环；503、安装板；504、安装轴；505、第一螺母；506、垫圈；507、限位轴；508、扭簧；6、底座；7、分离螺母夹爪；8、有效载荷舱体；9、平台舱。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1-图9所示，一种具有解锁空隙的有效载荷舱体连接解锁机构，包括平台舱上固定安装的若干底座6，若干底座6互不干涉，且每个底座6上端设有配合孔，连接筒1为中空圆柱结构，连接筒1是主要的承载部件，既传递舱间的轴向预紧载荷，也需承受横向剪切载荷，连接筒1下端外表面为球面、曲面等横截面为弧形的结构，与底座6的柱面配合孔配合，连接筒1外围设置卡台，有效载荷舱体上设有通孔，连接筒1的外围位于通孔内，通孔是锥形孔，且卡台外围设有与锥形孔配合的坡面，卡台与被压紧的有效载荷舱体锥形孔配合，可以提供横向抗剪能力，卡台卡接至有效载荷舱体上方，且有效载荷舱体位于卡台与底座6之间，底座6内设置分离螺母夹爪7，且连接筒1内设置压紧杆组件4，压紧杆组件4的下端可拆卸连接至分离螺母夹爪7上；

连接筒1下端的球面设计，连接筒1下端表面滑动连接至底座6的内缘，使得球面与底座6的柱面内孔相互配合，在受到外部横向载荷作用下，连接筒1球面挤压底座6柱面内孔，能够抵抗横向载荷，从而同样可提供横向抗剪能力，在上述双层抗剪设计下，可以确保被压紧的有效载荷舱体与底座6间保持可靠的横向限位。此外，连接筒1下端的球面设计，可以在底座6的柱面内孔内部发生小角度偏转，可以很好的适应上下两舱的装配误差，以及航天器在轨高低温环境引起的热变形；

连接筒1外围设置外压簧3，连接筒1上端安装盖板2，外压簧3的一端固定连接至盖板2上，外压簧3的另一端接触连接或固定连接至有效载荷舱体的上端，外压簧3套装在连接筒1的外侧，盖板2安装在连接筒1上端，将安装在连接筒1内侧的压紧杆组件4包络在内，在压紧杆组件4上部、盖板2下方留有一定空间，作为压紧杆404解锁后的运动区域。

分离螺母夹爪7安装在底座6内部，其内部有螺纹内孔，为分瓣形式螺母，属现有技术，可以采用火工分离螺母，也可以采用非火工分离螺母，如记忆合金分离螺母，其可以开合的分瓣螺纹与压紧杆404连接，能够承受压紧杆404的轴向预紧载荷，打开分瓣螺母可以释放压紧杆404，解除连接，分离螺母夹爪7的开合方式为电动或气动，且分离螺母夹爪7的开合方式是现有技术。

压紧杆组件4包括压紧杆404、球形垫406、弹簧盖402、内压簧403和限位螺母407，连接筒1内圈设置环形台，压紧杆404的外围固定套接球形垫406，且球形垫406外围自适应定位连接至环形台内圈，压紧杆404外围通过限位螺母407安装弹簧盖402，且压紧杆404外围设置内压簧403，内压簧403的两端分别连接至弹簧盖402下侧、球形垫406上侧，压紧杆404的下端可拆卸连接至分离螺母夹爪7上，如图3所示，压紧杆404的上端安装有锁紧螺母405及球形垫406，预紧载荷由锁紧螺母405施加。压紧杆404下端与分离螺母夹爪7连接，分离螺母夹爪7解锁后即可释放压紧杆404。缓冲垫401与弹簧盖402粘接在一起，弹簧盖402通过限位螺母407固定在压紧杆404上端。缓冲垫401用于缓冲解锁后的冲击载荷。内压簧403套装在压紧杆404外侧，上端支撑在弹簧盖402法兰上，下端支撑在连接筒1内侧的凸台上。内压簧403具有恢复力，可以在解锁后将压紧杆404向上弹起。

底座6上安装双抱环组件5，双抱环组件5包括安装板503，且安装板503上设置安装轴504，安装轴504上分别套接左抱环501和右抱环502，且左抱环501和右抱环502相互对向设置，左抱环501和右抱环502能够在安装板503上开合，以用于抱紧及释放有效载荷舱体。

安装板503一端带有圆法兰，用于与底座6连接，另一端安装由安装轴504及限位轴507。左抱环501及右抱环502均通过轴孔配合套装在安装轴504上，可绕安装轴504进行摆动。扭簧508为并列双扭簧508，同样套装在安装轴504上，其2个扭簧臂分别对左、右抱环502施加约束力。螺母及垫圈506用于对扭簧508进行轴向限位。

安装板503上安装限位轴507，限位轴507用于限定左抱环501和右抱环502的打开角度，自由状态下，左、右抱环502在扭簧508作用下均处于展开状态，并由限位轴507对其展开角度进行约束，从而限定了抱环展开后的状态。

压紧杆404与分离螺母夹爪7螺纹连接，并由锁紧螺母405施加预紧载荷，单套该机构的预紧载荷根据需要可达10t，可充分满足大质量舱体的连接需求。在压紧杆404预紧载荷作用下，轴向载荷经连接筒1逐步传递至被压紧的有效载荷舱体、左抱环501、右抱环 502及底座6，将被压紧的有效载荷舱体、双抱环组件5牢固压紧在底座6上端面。左抱环501、右抱环502在预紧载荷作用下，上下表面分别与有效载荷舱体及底座6之间产生静摩擦，依靠上下表面的静摩擦实现自锁，确保有效载荷舱体与底座6的可靠连接。连接筒1锥面及球面的双层抗剪设计，还确保了横向抗剪功能。因此，该机构不仅能够实现轴向连接压紧，还具备优异的横向抗剪能力。

如图6-图8所示，航天器入轨后，分离螺母夹爪7解锁，从而释放压紧杆404的螺纹连接，所有压紧面的预紧力随之消失。压紧杆404在内压簧403作用下，向上运动直至缓冲垫401与盖板2发生接触。连接筒1在外压簧3作用下，同样向上运动使得连接筒1球面从底座6柱面内孔中向上拔出，留出有效载荷舱体与底座6之间的轴向空隙A；与此同时，左抱环501、右抱环502在扭簧508载荷作用下，分别向外侧摆转，脱离底座6范围，并由限位轴507机械限位，留出与有效载荷舱体的横向空隙B。完成上述动作后，有效载荷舱体的轴向及横向均具有充足的空隙，具备了绕航天器中心转轴的全向转动能力，如图7所示，为一种应用实例连接状态示意图。航天器发射状态下，数套该机构将有效载荷舱体可靠压紧在底座6及平台舱上，而在安装时，需要工作人员将压紧杆404悬拧进分离螺母夹爪7内，且在悬拧压紧杆404时，需要手持左抱环501和右抱环502将有效载荷舱体抱紧，然后通过有效载荷舱体的下端面和底座6的上端面夹持固定左抱环501和右抱环502的相对位置。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种具有解锁空隙的有效载荷舱体连接解锁机构，其特征在于：包括平台舱上固定安装的若干底座(6)，若干底座(6)互不干涉，且每个底座(6)上端设有配合孔，底座(6)上安装双抱环组件(5)，连接筒(1)为中空圆柱结构，连接筒(1)的下端外壁配合至配合孔内，连接筒(1)外围设置卡台，有效载荷舱体上设有通孔，连接筒(1)的外围位于通孔内，且卡台卡接至有效载荷舱体上方，且有效载荷舱体位于卡台与双抱环组件(5)之间，底座(6)内设置分离螺母夹爪(7)，且连接筒(1)内设置压紧杆组件(4)，压紧杆组件(4)的下端可拆卸连接至分离螺母夹爪(7)上；连接筒(1)的下端外壁为弧形结构，且通孔是锥形孔，所述弧形结构自适应配合至配合孔内、卡台外围设有与所述锥形孔配合的坡面是连接筒(1)的上下双层抗剪结构；

双抱环组件(5)包括安装板(503)，且安装板(503)上设置安装轴(504)，安装轴(504)上分别套接左抱环(501)和右抱环(502)，且左抱环(501)和右抱环(502)相互对向设置，左抱环(501)和右抱环(502)能够在安装板(503)上开合，以用于抱紧有效载荷舱体；

左抱环(501)和右抱环(502)的一端分别通过扭簧(508)套设至安装轴(504)外围；

安装板(503)上安装限位轴(507)，限位轴(507)用于限定左抱环(501)和右抱环(502)的打开角度。

2.根据权利要求1所述的一种具有解锁空隙的有效载荷舱体连接解锁机构，其特征在于：连接筒(1)外围设置外压簧(3)，连接筒(1)上端安装盖板(2)，外压簧(3)的一端固定连接至盖板(2)上，外压簧(3)的另一端接触连接或固定连接至有效载荷舱体的上端。

3.根据权利要求1所述的一种具有解锁空隙的有效载荷舱体连接解锁机构，其特征在于：压紧杆组件(4)包括压紧杆(404)、球形垫(406)、弹簧盖(402)、内压簧(403)和限位螺母(407)，连接筒(1)内圈设置环形台，压紧杆(404)的外围固定套接球形垫(406)，且球形垫(406)外围自适应定位连接至环形台内圈，压紧杆(404)外围通过限位螺母(407)安装弹簧盖(402)，且压紧杆(404)外围设置内压簧(403)，内压簧(403)的两端分别连接至弹簧盖(402)下侧、球形垫(406)上侧，压紧杆(404)的下端可拆卸连接至分离螺母夹爪(7)上。

4.根据权利要求3所述的一种具有解锁空隙的有效载荷舱体连接解锁机构，其特征在于：压紧杆(404)外围设置锁紧螺母(405)，锁紧螺母(405)用于固定球形垫(406)与压紧杆(404)的相对位置。

5.根据权利要求3所述的一种具有解锁空隙的有效载荷舱体连接解锁机构，其特征在于：弹簧盖(402)的上侧安装缓冲垫(401)，且盖板(2)与环形台之间设有浮动空间，缓冲垫(401)能够在浮动空间内沿压紧杆(404)轴向位移，缓冲垫(401)用于减小压紧杆(404)端部或弹簧盖(402)上端与盖板(2)的撞击。