本發(fā)明涉及一種航空航天的星箭鎖緊分離裝置，尤其是涉及一種非火工、二級星箭鎖緊分離裝置。

背景技術(shù)：

1、星箭分離裝置用于航天發(fā)射中實(shí)現(xiàn)火箭與衛(wèi)星的分離。目前，分離裝置分為火工釋放和非火工釋放兩種，而火工的釋放沖擊特別大，存在安全隱患，污染環(huán)境、不可重復(fù)測試和使用等缺點(diǎn)。與傳統(tǒng)的火工分離裝置不同，非火工、二級星箭鎖緊分離裝置具有降低沖擊、減輕點(diǎn)火系統(tǒng)負(fù)擔(dān)、消除安全防護(hù)問題、保證裝置可靠性的優(yōu)勢。因此只有非火工、二級星箭鎖緊分離裝置被允許進(jìn)行充分的飛行環(huán)境測試和全功能檢驗(yàn)。

2、隨著衛(wèi)星應(yīng)用的廣泛普及和航天任務(wù)的不斷增加，對分離機(jī)構(gòu)的要求也越來越高。例如，要求分離機(jī)構(gòu)具有更高的可靠性、更精確的控制、更輕量化的設(shè)計等特點(diǎn)，以適應(yīng)不同類型衛(wèi)星的需求，提高整體航天系統(tǒng)的性能和效率。

3、傳統(tǒng)的火工分離機(jī)構(gòu)雖然能夠達(dá)到預(yù)期的效果，但有分離沖擊大、安全性差、不可重復(fù)以及其他顯著缺陷。因此，有必要發(fā)展用于先進(jìn)空間發(fā)射任務(wù)的非火工品、低沖擊連接分離裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：提供一種非火工二級星箭鎖緊分離裝置，可實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星與航天器的非火工解鎖與分離、改善衛(wèi)星分離姿態(tài)較差以及衛(wèi)星分離可靠性較低的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種非火工二級星箭鎖緊分離裝置，包括：形狀記憶合金一級分離組件、壓緊釋放組件、轉(zhuǎn)盤四爪二級卡緊分離組件、壓板、和底板，壓緊釋放組件的箱體固定在底板上，內(nèi)部裝有形狀記憶合金一級分離組件；形狀記憶合金一級分離組件的切槽螺栓軸伸出殼體一端穿過分離塊的通孔與螺母連接，形狀記憶合金一級分離組件由形狀記憶合金棒提供驅(qū)動力，共同構(gòu)成一級解鎖機(jī)構(gòu)；轉(zhuǎn)盤四爪二級卡緊分離組件的卡爪導(dǎo)槽固定在底板上，轉(zhuǎn)盤控制卡爪組鎖緊，卡爪連接壓緊釋放組件的分離塊，共同構(gòu)成二級解鎖機(jī)構(gòu)；當(dāng)裝置鎖緊時，先由形狀記憶合金一級分離組件鎖緊后，再由轉(zhuǎn)盤四爪二級卡緊分離組件進(jìn)行鎖緊；當(dāng)裝置分離時，先由轉(zhuǎn)盤四爪二級卡緊分離組件解鎖后，再由形狀記憶合金一級分離組件進(jìn)行解鎖。

3、進(jìn)一步，形狀記憶合金一級分離組件位于壓緊釋放組件中箱體的內(nèi)部，形狀記憶合金一級分離組件和箱體經(jīng)由通孔組ⅲ和通孔組ⅴ螺栓緊固連接，且形狀記憶合金一級分離組件中切槽螺栓軸的上部穿過分離塊中的通孔ⅲ與螺母連接。

4、進(jìn)一步，壓緊釋放組件共有四套且均布在底板上部，經(jīng)由通孔組ⅳ和通孔組ⅴ螺栓緊固連接，壓緊釋放組件中分離塊的斜槽被轉(zhuǎn)盤四爪二級卡緊分離組件中的斜面壓緊。

5、進(jìn)一步，轉(zhuǎn)盤四爪二級卡緊分離組件位于壓板和底板之間，轉(zhuǎn)盤的凸臺和壓板中的通孔ⅰ間隙配合；轉(zhuǎn)盤四爪二級卡緊分離組件中卡爪導(dǎo)槽和底板經(jīng)由沉頭孔組ⅰ和沉頭孔組ⅳ螺栓緊固連接；壓板和底板經(jīng)由通孔組ⅰ和通孔組ⅵ螺栓緊固連接。

6、進(jìn)一步，形狀記憶合金一級分離組件包括殼體、底座、切槽螺栓軸、彈簧ⅱ、套筒、彈簧ⅲ、滑塊、鋼球、形狀記憶合金棒和通電電纜；殼體上部的通孔ⅴ通過切槽螺栓軸，殼體的內(nèi)螺紋與底座的外螺紋ⅰ緊固連接；切槽螺栓軸的軸肩ⅰ與殼體的限位部ⅰ活動連接；切槽螺栓軸的球形凹面與鋼球活動連接；彈簧ⅱ上部安裝于殼體的溝槽ⅰ內(nèi)，下部與切槽螺栓軸的軸肩ⅱ活動連接；套筒中部有方形孔，鋼球位于方形孔內(nèi)；套筒的限位塊組中有兩個在水平面上均布的限位塊，兩個限位塊位于切槽螺栓軸的導(dǎo)槽組ⅲ中；彈簧ⅲ上部于套筒的孔ⅵ活動連接，下部與滑塊的孔ⅶ活動連接；滑塊位于套筒內(nèi)，下部位于底座的孔ⅲ內(nèi)且與形狀記憶合金棒活動連接；鋼球一側(cè)與切槽螺栓軸活動連接，一側(cè)與滑塊活動連接；形狀記憶合金棒位于底座的孔ⅳ中，底部與通電電纜連接；通電電纜通過底座的孔ⅴ與外部電源連接。

7、進(jìn)一步，壓緊釋放組件包括分離塊、箱體、彈簧ⅰ和側(cè)板，分離塊的通孔組ⅲ有四個通孔均布在同一水平端面上，通過螺紋與衛(wèi)星連接；彈簧ⅰ位于箱體的圓筒中，分離塊上的柱位于彈簧ⅰ中，并繼續(xù)向下伸入箱體的孔ⅱ中；側(cè)板上的沉頭孔組ⅱ共有六個分列側(cè)板兩側(cè)的沉頭孔，與箱體的螺紋孔組通過螺釘緊固連接；側(cè)板中的通孔ⅳ與形狀記憶合金一級分離組件中的底座凸臺活動連接；箱體中的通孔組ⅱ與形狀記憶合金一級分離組件的殼體中的通孔組ⅴ通過螺栓緊固連接，形狀記憶合金一級分離組件中的切槽螺栓軸通過分離塊的通孔ⅲ，并在切槽螺栓軸頂部安裝六角法蘭螺母。

8、進(jìn)一步，轉(zhuǎn)盤四爪二級卡緊分離組件由卡爪導(dǎo)槽、卡爪組、軸承、電機(jī)和轉(zhuǎn)盤組成；卡爪導(dǎo)槽有四個“t”形導(dǎo)槽在水平面上均布，卡爪組中的四個卡爪分別安裝在“t”形槽內(nèi)；卡爪中的導(dǎo)桿同時位于卡爪導(dǎo)槽的導(dǎo)槽組ⅰ和轉(zhuǎn)盤的導(dǎo)槽組ⅱ中；軸承位于卡爪導(dǎo)槽的凹槽ⅰ中，與凹槽ⅰ和轉(zhuǎn)盤的軸頸均為過盈配合；電機(jī)位于卡爪導(dǎo)槽的內(nèi)部，電機(jī)的轉(zhuǎn)軸和轉(zhuǎn)盤的孔ⅰ通過銷連接。

9、進(jìn)一步，壓板的通孔ⅰ和轉(zhuǎn)盤四爪二級卡緊分離組件的轉(zhuǎn)盤的凸臺間隙配合，配合間隙為s,s的取值范圍為0.2～0.3mm，能保證轉(zhuǎn)盤運(yùn)動對中性且不阻礙轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動；壓板上設(shè)有減重結(jié)構(gòu)組ⅰ和減重結(jié)構(gòu)組ⅱ，減重結(jié)構(gòu)組ⅰ包括四個均布在同一圓周上的圓頭槽孔，減重結(jié)構(gòu)組ⅱ包括四個在水平面均布的圓頭槽孔；壓板安裝于轉(zhuǎn)盤四爪二級卡緊分離組件頂部，壓板的通孔組ⅰ與底板的通孔組ⅵ通過螺栓緊固連接。

10、進(jìn)一步，底板的沉頭孔組ⅲ與火箭緊固連接；底板上設(shè)有點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)組、減重結(jié)構(gòu)組ⅴ、減重結(jié)構(gòu)組ⅵ；點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)組包含在水平面上均布的四部分，減重結(jié)構(gòu)組ⅴ包括在水平面上均布的四部分，減重結(jié)構(gòu)組ⅵ位于連接桿上，兩個圓頭槽孔和孔為一組，分布在每個連接桿的四周上。

11、進(jìn)一步，點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)采用四層變直徑與變高度梯度點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，每層的桿件直徑自下而上為連續(xù)性減小，依次為3.0～2.5mm，2.5～2.0mm，2.0～1.5mm，1.5～1.0mm，最低層單胞尺寸為15mm×15mm×15mm，依次向上，尺寸自下而上比前一層短3mm，即剩下的依次為12mm、9mm、6mm，其尺寸變化為每個多層梯度結(jié)構(gòu)在垂直方向上分為4層空間，整體四層空間尺寸為15mm×15mm×42mm。

12、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是：

13、1本發(fā)明的裝置采用二級解鎖方式，安裝轉(zhuǎn)盤式四爪卡緊機(jī)構(gòu)，防止形狀記憶合金一級分離組件中解鎖部分受振動影響提前解鎖。與傳統(tǒng)單級分離裝置相比，可進(jìn)一步提高分離可靠性。

14、2本發(fā)明的裝置通過形狀記憶合金一級分離組件實(shí)現(xiàn)分離距離調(diào)整、衛(wèi)星姿態(tài)控制和入軌調(diào)整，保障衛(wèi)星入軌精度?？朔鹘y(tǒng)火工品分離裝置分離沖擊大、分離安全性差等缺點(diǎn)。

15、3本發(fā)明的裝置底板部分結(jié)構(gòu)采用點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)間隔排列，能夠有效地減輕結(jié)構(gòu)自重，提高結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，同時降低材料使用量，實(shí)現(xiàn)了對結(jié)構(gòu)性能的多重優(yōu)化。

16、4本發(fā)明的整體采用輕量化設(shè)計，在確保其有足夠的強(qiáng)度和穩(wěn)定性的前提下，通過減少不必要的結(jié)構(gòu)部件、優(yōu)化結(jié)構(gòu)形狀等方法以盡可能減少結(jié)構(gòu)的重量，降低發(fā)射成本。

技術(shù)特征：

1.一種非火工二級星箭鎖緊分離裝置，其特征在于：包括：形狀記憶合金一級分離組件、壓緊釋放組件、轉(zhuǎn)盤四爪二級卡緊分離組件、壓板、底板，壓緊釋放組件的箱體固定在底板上，內(nèi)部裝有形狀記憶合金一級分離組件；形狀記憶合金一級分離組件的切槽螺栓軸伸出殼體一端穿過分離塊的通孔與螺母連接，形狀記憶合金一級分離組件由形狀記憶合金棒提供驅(qū)動力，共同構(gòu)成一級解鎖機(jī)構(gòu)；轉(zhuǎn)盤四爪二級卡緊分離組件的卡爪導(dǎo)槽固定在底板上，轉(zhuǎn)盤控制卡爪組鎖緊，卡爪連接壓緊釋放組件的分離塊，共同構(gòu)成二級解鎖機(jī)構(gòu)；當(dāng)裝置鎖緊時，先由形狀記憶合金一級分離組件鎖緊后，再由轉(zhuǎn)盤四爪二級卡緊分離組件進(jìn)行鎖緊；當(dāng)裝置分離時，先由轉(zhuǎn)盤四爪二級卡緊分離組件解鎖后，再由形狀記憶合金一級分離組件進(jìn)行解鎖。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非火工二級星箭鎖緊分離裝置，其特征在于：形狀記憶合金一級分離組件位于壓緊釋放組件中箱體的內(nèi)部，形狀記憶合金一級分離組件和箱體經(jīng)由通孔組ⅲ和通孔組ⅴ螺栓緊固連接，且形狀記憶合金一級分離組件中切槽螺栓軸的上部穿過分離塊中的通孔ⅲ與螺母連接。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非火工二級星箭鎖緊分離裝置，其特征在于：壓緊釋放組件共有四套且均布在底板上部，經(jīng)由通孔組ⅳ和通孔組ⅴ螺栓緊固連接，壓緊釋放組件中分離塊的斜槽被轉(zhuǎn)盤四爪二級卡緊分離組件中的斜面壓緊。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非火工二級星箭鎖緊分離裝置，其特征在于：轉(zhuǎn)盤四爪二級卡緊分離組件位于壓板和底板之間，轉(zhuǎn)盤的凸臺和壓板中的通孔ⅰ間隙配合；轉(zhuǎn)盤四爪二級卡緊分離組件中卡爪導(dǎo)槽和底板經(jīng)由沉頭孔組ⅰ和沉頭孔組ⅳ螺栓緊固連接；壓板和底板經(jīng)由通孔組ⅰ和通孔組ⅵ螺栓緊固連接。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非火工二級星箭鎖緊分離裝置，其特征在于：形狀記憶合金一級分離組件包括殼體、底座、切槽螺栓軸、彈簧ⅱ、套筒、彈簧ⅲ、滑塊、鋼球、形狀記憶合金棒和通電電纜；殼體上部的通孔ⅴ通過切槽螺栓軸，殼體的內(nèi)螺紋與底座的外螺紋ⅰ緊固連接；切槽螺栓軸的軸肩ⅰ與殼體的限位部ⅰ活動連接；切槽螺栓軸的球形凹面與鋼球活動連接；彈簧ⅱ上部安裝于殼體的溝槽ⅰ內(nèi)，下部與切槽螺栓軸的軸肩ⅱ活動連接；套筒中部有方形孔，鋼球位于方形孔內(nèi)；套筒的限位塊組中有兩個在水平面上均布的限位塊，兩個限位塊位于切槽螺栓軸的導(dǎo)槽組ⅲ中；彈簧ⅲ上部于套筒的孔ⅵ活動連接，下部與滑塊的孔ⅶ活動連接；滑塊位于套筒內(nèi)，下部位于底座的孔ⅲ內(nèi)且與形狀記憶合金棒活動連接；鋼球一側(cè)與切槽螺栓軸活動連接，一側(cè)與滑塊活動連接；形狀記憶合金棒位于底座的孔ⅳ中，底部與通電電纜連接；通電電纜通過底座的孔ⅴ與外部電源連接。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非火工二級星箭鎖緊分離裝置，其特征在于：壓緊釋放組件包括分離塊、箱體、彈簧ⅰ和側(cè)板，分離塊的通孔組ⅲ有四個通孔均布在同一水平端面上，通過螺紋與衛(wèi)星連接；彈簧ⅰ位于箱體的圓筒中，分離塊上的柱位于彈簧ⅰ中，并繼續(xù)向下伸入箱體的孔ⅱ中；側(cè)板上的沉頭孔組ⅱ共有六個分列側(cè)板兩側(cè)的沉頭孔，與箱體的螺紋孔組通過螺釘緊固連接；側(cè)板中的通孔ⅳ與形狀記憶合金一級分離組件中的底座凸臺活動連接；箱體中的通孔組ⅱ與形狀記憶合金一級分離組件的殼體中的通孔組ⅴ通過螺栓緊固連接，形狀記憶合金一級分離組件中的切槽螺栓軸通過分離塊的通孔ⅲ，并在切槽螺栓軸頂部安裝六角法蘭螺母。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非火工二級星箭鎖緊分離裝置，其特征在于：轉(zhuǎn)盤四爪二級卡緊分離組件由卡爪導(dǎo)槽、卡爪組、軸承、電機(jī)和轉(zhuǎn)盤組成；卡爪導(dǎo)槽有四個“t”形導(dǎo)槽在水平面上均布，卡爪組中的四個卡爪分別安裝在“t”形槽內(nèi)；卡爪中的導(dǎo)桿同時位于卡爪導(dǎo)槽的導(dǎo)槽組ⅰ和轉(zhuǎn)盤的導(dǎo)槽組ⅱ中；軸承位于卡爪導(dǎo)槽的凹槽ⅰ中，與凹槽ⅰ和轉(zhuǎn)盤的軸頸均為過盈配合；電機(jī)位于卡爪導(dǎo)槽的內(nèi)部，電機(jī)的轉(zhuǎn)軸和轉(zhuǎn)盤的孔ⅰ通過銷連接。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非火工二級星箭鎖緊分離裝置，其特征在于：壓板的通孔ⅰ和轉(zhuǎn)盤四爪二級卡緊分離組件的轉(zhuǎn)盤的凸臺間隙配合，配合間隙為s,s的取值范圍為0.2～0.3mm，能保證轉(zhuǎn)盤運(yùn)動對中性且不阻礙轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動；壓板上設(shè)有減重結(jié)構(gòu)組ⅰ和減重結(jié)構(gòu)組ⅱ，減重結(jié)構(gòu)組ⅰ包括四個均布在同一圓周上的四個圓頭槽孔，減重結(jié)構(gòu)組ⅱ包括四個在水平面均布的四個圓頭槽孔；壓板安裝于轉(zhuǎn)盤四爪二級卡緊分離組件頂部，壓板的通孔組ⅰ與底板的通孔組ⅵ通過螺栓緊固連接。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非火工二級星箭鎖緊分離裝置，其特征在于：底板的沉頭孔組ⅲ與火箭緊固連接；底板上設(shè)有點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)組、減重結(jié)構(gòu)組ⅴ、減重結(jié)構(gòu)組ⅵ；點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)組包含在水平面上均布的四部分，減重結(jié)構(gòu)組ⅴ包括在水平面上均布的四部分，減重結(jié)構(gòu)組ⅵ位于連接桿上，兩個圓頭槽孔和孔為一組，分布在每個連接桿的四周上。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的非火工二級星箭鎖緊分離裝置，其特征在于：點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)采用四層變直徑與變高度梯度點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，每層的桿件直徑自下而上為連續(xù)性減小，依次為3.0～2.5mm，2.5～2.0mm，2.0～1.5mm，1.5～1.0mm，最低層單胞尺寸為15mm×15mm×15mm，依次向上，尺寸自下而上比前一層短3mm，即剩下的依次為12mm、9mm、6mm，其尺寸變化為每個多層梯度結(jié)構(gòu)在垂直方向上分為4層空間，整體四層空間尺寸為15mm×15mm×42mm。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種非火工二級星箭鎖緊分離裝置，包括形狀記憶合金一級分離組件、壓緊釋放組件、轉(zhuǎn)盤四爪二級卡緊分離組件，壓緊釋放組件的箱體內(nèi)裝有形狀記憶合金一級分離組件；形狀記憶合金一級分離組件的切槽螺栓軸伸出殼體一端穿過分離塊的通孔與螺母連接，形狀記憶合金一級分離組件由形狀記憶合金棒提供驅(qū)動力共同構(gòu)成一級解鎖機(jī)構(gòu)；轉(zhuǎn)盤四爪二級卡緊分離組件的卡爪導(dǎo)槽固定在底板上，轉(zhuǎn)盤控制卡爪組鎖緊，卡爪連接壓緊釋放組件的分離塊共同構(gòu)成二級解鎖機(jī)構(gòu)；當(dāng)裝置鎖緊時，由形狀記憶合金一級分離組件鎖緊后，再由轉(zhuǎn)盤四爪二級卡緊分離組件進(jìn)行鎖緊；當(dāng)裝置分離時，由轉(zhuǎn)盤四爪二級卡緊分離組件解鎖后，再由形狀記憶合金一級分離組件進(jìn)行解鎖。

技術(shù)研發(fā)人員：高佳麗,李諾,謝濤,董琴,王志強(qiáng),郝云波,趙凱
受保護(hù)的技術(shù)使用者：上海理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19