一种可变构形的高同步主动避让锁紧释放装置的制作方法
本发明属于锁紧释放，尤其涉及一种可变构形的高同步主动避让锁紧释放装置。
背景技术：
1、锁紧释放装置主要用于为卫星或载荷提供可靠的锁紧与释放，在发射过程中起到稳定连接功能，在到达指定位置时解除约束，将卫星或载荷释放。在航天飞行器上，目前运用较为广泛的结构设计多采用分离螺母搭配弹簧作动筒的方式实现锁紧和释放，且为了实现多个独立的分离螺母之间有较高的同步性，往往再配套非电传爆装置，然而即使如此，仍然无法保证各个分离螺母运动的一致性。此外，当分离螺母数量需要调整时，需要调整卫星或载荷及发射端的接口，导致后期无法轻松的实现构形的调整。此外，分离螺母一般不具备径向承载能力，因此无法提供多维承载能力。且目前的锁紧释放装置，一般需要在解锁后，配合额外布置的弹簧作动筒等推动装置才可将卫星或载荷推开，实现套叠部分的分离，才能进行后续动作，较难实现主动避让功能。且分离螺母本身作为火工品，产生的火工冲击对卫星或载荷具有一定的影响。以上特点使得对于空间要求和力学要求越发苛刻的航天系统不利于实现。
技术实现思路
1、本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种可变构形的高同步主动避让锁紧释放装置，解决了卫星或载荷锁紧时的可变构形、多维承载，和解锁时的高同步、低冲击，且提供解锁后的主动避让间隙。
2、为了解决上述技术问题，本发明公开了一种可变构形的高同步主动避让锁紧释放装置，包括：上连接座、下连接座、药壳组件、同步轨道、剪切销、螺栓、解锁机构和圆锥弹簧；其中，螺栓、解锁机构和圆锥弹簧的数量一致，均为四个；
3、四个解锁机构对称设置在下连接座的四个顶点位置处；
4、各螺栓与相应的解锁机构螺纹连接，将上连接座压紧在解锁机构上；其中，解锁机构部分套叠在上连接座内；
5、各圆锥弹簧预埋在相应的螺栓与上连接座间压紧面处的预留空间中；
6、药壳组件设置在下连接座的中心位置处；
7、同步轨道的中心滑动安装在药壳组件与下连接座之间的空腔内，同步轨道四周的圆柱结构滑动安装在解锁机构中；同步轨道与下连接座通过剪切销进行连接。
8、在上述可变构形的高同步主动避让锁紧释放装置中，同步轨道为放射状结构，包括：位于中心的主圆柱结构和向外放射的四个副圆柱结构；其中，主圆柱结构和各副圆柱结构之间通过直梁连接，保证全部圆柱结构运动的一致性，实现高同步功能；同步轨道在装置锁紧状态下被剪切销和下连接座所约束，保证相对位置固定，且剪切销提供给同步轨道锁紧状态下的抗力学环境能力。
9、在上述可变构形的高同步主动避让锁紧释放装置中，解锁机构，包括：连接筒、垫块、分瓣螺母、支座、楔块和外筒；其中，垫块、分瓣螺母和支座顺序安装在同步轨道的副圆柱结构内，彼此轴向接触，且随同步轨道一同滑动安装在连接筒中；连接筒滑动安装在外筒中，连接筒上设置有方孔，外筒上设有环槽，楔块滑动安装在连接筒的方孔上，同时楔块伸出一部分插入在外筒的环槽中；支座在轴向部分套叠在连接筒内并在套叠处与连接筒有一防转面。
10、在上述可变构形的高同步主动避让锁紧释放装置中，螺栓与分瓣螺母螺接，并将圆锥弹簧压在上连接座和螺栓之间；连接筒上预留螺纹孔，通过紧固件和下连接座上的对应孔位相连接实现解锁机构与下连接座的固定；通过螺栓与解锁机构的螺接以及拧紧力矩的调整，实现上连接座和下连接座的锁紧状态；在锁紧状态下，外筒一部分深入到上连接座中与上连接座套叠，可承受径向剪力。
11、在上述可变构形的高同步主动避让锁紧释放装置中，当上连接座和下连接座之间承受拉力时，通过螺栓将该拉力传导至分瓣螺母，分瓣螺母沿拉力方向将拉力依次传导至支座、连接筒、下连接座。
12、在上述可变构形的高同步主动避让锁紧释放装置中，当上连接座和下连接座之间承受压力时，上连接座的压力作用在与上连接座接触的外筒上，继而将该压力作用在楔块上；楔块为45°斜面结构，使外筒和连接筒保持相对固定，向下的压力经连接筒传递到下连接座上。
13、在上述可变构形的高同步主动避让锁紧释放装置中，药壳组件，包括：点火器和药壳；其中，点火器与药壳螺接后整体安装在下连接座中心凸起的圆柱结构上，并部分插入主圆柱结构内。
14、在上述可变构形的高同步主动避让锁紧释放装置中，副圆柱结构与对应的解锁机构配合，并在解锁机构的内部实现抱紧分瓣螺母的作用，使分瓣螺母在初始状态下无法张开，共同组成一个完整的螺母；同步轨道的中心孔与药壳组件配合组成密闭容腔；当锁紧释放装置接到释放信号时，点火器工作产生高压燃气，作用在同步轨道上使之剪断剪切销后向下运动，同步轨道的运动继而引起解锁机构的解锁；当同步轨道向下运动一段距离l1时，分瓣螺母的周向约束解除，分瓣螺母向外张开分成三瓣，失去了对螺栓的约束，螺栓在圆锥弹簧的作用下向上弹起，解除上连接座和下连接座之间的约束；当同步轨道继续向下运动一段距离至l2时，楔块的周向约束解除，楔块具有了向内收拢的空间，解除对外筒的约束；当同步轨道继续向下运动一段距离至l3时，同步轨道的直梁部分到达了外筒对应开槽的极限位置，两者接触后，同步轨道的直梁部分拉动外筒一起向下运动，将外筒从上连接座的对应孔中拉出，至此解锁机构完成解锁功能。
15、在上述可变构形的高同步主动避让锁紧释放装置中，上连接座上设置有上连接座通孔，并通过上连接螺钉与卫星或载荷相连接；下连接座上设置有下连接座通孔，并通过下连接螺钉与发射端相连接。
16、在上述可变构形的高同步主动避让锁紧释放装置中，在发射过程中，通过上连接座、下连接座、螺栓和解锁机构，为卫星或载荷提供足够的连接支撑，实现锁紧功能；当运载到达指定位置时，药壳组件、同步轨道、螺栓、解锁机构、圆锥弹簧工作，解除上连接座与下连接座之间的约束，进而解除对卫星或载荷的连接，实现释放的同时提供一个主动避让间隙。
17、本发明具有以下优点：
18、(1)本发明公开了一种可变构形的高同步主动避让锁紧释放装置，利用上、下连接座集成了卫星或载荷两端的连接接口，并通过调整同步轨道的放射数量及配套螺栓、解锁机构的数量，实现锁紧释放装置在锁紧状态下的构形的改变。
19、(2)本发明公开了一种可变构形的高同步主动避让锁紧释放装置，通过布置多个解锁机构，利用单点的抗拉、抗压、抗剪能力进行多点组合，实现了整体的抗拉、抗压、抗弯、抗扭的多维承载能力。
20、(3)本发明公开了一种可变构形的高同步主动避让锁紧释放装置，同步轨道起到并联的作用，可实现多个解锁机构的同步运动，实现锁紧释放装置解锁时的高同步性。
21、(4)本发明公开了一种可变构形的高同步主动避让锁紧释放装置，将全部火工作动源及火工驱动部件均设置在下连接座一侧，实现上连接座端理论上的零火工冲击。
22、(5)本发明公开了一种可变构形的高同步主动避让锁紧释放装置，在解锁后会形成一个主动避让间隙，且该主动避让间隙可定制。
23、(6)本发明公开了一种可变构形的高同步主动避让锁紧释放装置，使用多个解锁机构，实现卫星或载荷的原位分离释放，且分离面平整，有效解决了卫星或载荷在仅需解锁分离且仍需保持原位进行姿态调整时的需求。
24、(7)本发明公开了一种可变构形的高同步主动避让锁紧释放装置，解锁机构、同步轨道、上连接座、下连接座采用分体设计，结构设计灵活，相互独立、组装方便，解锁机构彼此等效可替换，上连接座、下连接座、同步轨道可重复使用，适用于多种卫星或载荷的尺寸要求，具有通用性、使用广泛性的特点。
技术特征：
1.一种可变构形的高同步主动避让锁紧释放装置，其特征在于，包括：上连接座(1)、下连接座(2)、药壳组件(3)、同步轨道(4)、剪切销(5)、螺栓(6)、解锁机构(7)和圆锥弹簧(8)；其中，螺栓(6)、解锁机构(7)和圆锥弹簧(8)的数量一致，均为四个；
2.根据权利要求1所述的可变构形的高同步主动避让锁紧释放装置，其特征在于，同步轨道(4)为放射状结构，包括：位于中心的主圆柱结构(41)和向外放射的四个副圆柱结构(42)；其中，主圆柱结构(41)和各副圆柱结构(42)之间通过直梁(43)连接，保证全部圆柱结构运动的一致性，实现高同步功能；同步轨道(4)在装置锁紧状态下被剪切销(5)和下连接座(2)所约束，保证相对位置固定，且剪切销(5)提供给同步轨道(4)锁紧状态下的抗力学环境能力。
3.根据权利要求2所述的可变构形的高同步主动避让锁紧释放装置，其特征在于，解锁机构(4)，包括：连接筒(9)、垫块(10)、分瓣螺母(11)、支座(12)、楔块(13)和外筒(14)；其中，垫块(10)、分瓣螺母(11)和支座(12)顺序安装在同步轨道(4)的副圆柱结构(42)内，彼此轴向接触，且随同步轨道(4)一同滑动安装在连接筒(9)中；连接筒(9)滑动安装在外筒(14)中，连接筒(9)上设置有方孔，外筒(14)上设有环槽，楔块(13)滑动安装在连接筒(9)的方孔上，同时楔块(13)伸出一部分插入在外筒(14)的环槽中；支座(12)在轴向部分套叠在连接筒(9)内并在套叠处与连接筒(9)有一防转面。
4.根据权利要求3所述的可变构形的高同步主动避让锁紧释放装置，其特征在于，螺栓(6)与分瓣螺母(11)螺接，并将圆锥弹簧(8)压在上连接座(1)和螺栓(6)之间；连接筒(9)上预留螺纹孔，通过紧固件(18)和下连接座(2)上的对应孔位相连接实现解锁机构(4)与下连接座(2)的固定；通过螺栓(6)与解锁机构(4)的螺接以及拧紧力矩的调整，实现上连接座(1)和下连接座(2)的锁紧状态；在锁紧状态下，外筒(14)一部分深入到上连接座(1)中与上连接座(1)套叠，可承受径向剪力。
5.根据权利要求3所述的可变构形的高同步主动避让锁紧释放装置，其特征在于，当上连接座(1)和下连接座(2)之间承受拉力时，通过螺栓(6)将该拉力传导至分瓣螺母(11)，分瓣螺母(11)沿拉力方向将拉力依次传导至支座(12)、连接筒(9)、下连接座(2)。
6.根据权利要求3所述的可变构形的高同步主动避让锁紧释放装置，其特征在于，当上连接座(1)和下连接座(2)之间承受压力时，上连接座(1)的压力作用在与上连接座(1)接触的外筒(14)上，继而将该压力作用在楔块(13)上；楔块(13)为45°斜面结构，使外筒(14)和连接筒(9)保持相对固定，向下的压力经连接筒(9)传递到下连接座(2)上。
7.根据权利要求3所述的可变构形的高同步主动避让锁紧释放装置，其特征在于，药壳组件(3)，包括：点火器(15)和药壳(16)；其中，点火器(15)与药壳(16)螺接后整体安装在下连接座(2)中心凸起的圆柱结构上，并部分插入主圆柱结构(41)内。
8.根据权利要求7所述的可变构形的高同步主动避让锁紧释放装置，其特征在于，副圆柱结构(42)与对应的解锁机构(4)配合，并在解锁机构(4)的内部实现抱紧分瓣螺母(11)的作用，使分瓣螺母(11)在初始状态下无法张开，共同组成一个完整的螺母；同步轨道(4)的中心孔(41)与药壳组件(3)配合组成密闭容腔；当锁紧释放装置接到释放信号时，点火器(15)工作产生高压燃气，作用在同步轨道(4)上使之剪断剪切销(5)后向下运动，同步轨道(4)的运动继而引起解锁机构(7)的解锁；当同步轨道(4)向下运动一段距离l1时，分瓣螺母(11)的周向约束解除，分瓣螺母(11)向外张开分成三瓣，失去了对螺栓(6)的约束，螺栓(6)在圆锥弹簧(8)的作用下向上弹起，解除上连接座(1)和下连接座(2)之间的约束；当同步轨道(4)继续向下运动一段距离至l2时，楔块(13)的周向约束解除，楔块(13)具有了向内收拢的空间，解除对外筒(14)的约束；当同步轨道(4)继续向下运动一段距离至l3时，同步轨道(4)的直梁部分到达了外筒(14)对应开槽的极限位置，两者接触后，同步轨道(4)的直梁部分拉动外筒(14)一起向下运动，将外筒(14)从上连接座(1)的对应孔中拉出，至此解锁机构(7)完成解锁功能。
9.根据权利要求1所述的可变构形的高同步主动避让锁紧释放装置，其特征在于，上连接座(1)上设置有上连接座通孔，并通过上连接螺钉(17)与卫星或载荷相连接；下连接座(2)上设置有下连接座通孔，并通过下连接螺钉(19)与发射端相连接。
10.根据权利要求9所述的可变构形的高同步主动避让锁紧释放装置，其特征在于，在发射过程中，通过上连接座(1)、下连接座(2)、螺栓(6)和解锁机构(7)，为卫星或载荷提供足够的连接支撑，实现锁紧功能；当运载到达指定位置时，药壳组件(3)、同步轨道(4)、螺栓(6)、解锁机构(7)、圆锥弹簧(8)工作，解除上连接座(1)与下连接座(2)之间的约束，进而解除对卫星或载荷的连接，实现释放的同时提供一个主动避让间隙。
技术总结
本发明公开了一种可变构形的高同步主动避让锁紧释放装置，包括：上连接座、下连接座、药壳组件、同步轨道、剪切销、螺栓、解锁机构和圆锥弹簧；四个解锁机构设置在下连接座的四个顶点位置处；各螺栓与相应的解锁机构螺纹连接，将上连接座压紧在解锁机构上；各圆锥弹簧预埋在相应的螺栓与上连接座间压紧面处的预留空间中；药壳组件设置在下连接座的中心位置处；同步轨道的中心滑动安装在药壳组件与下连接座之间的空腔内，同步轨道四周的圆柱结构滑动安装在解锁机构中；同步轨道与下连接座通过剪切销进行连接。本发明解决了卫星或载荷锁紧时的可变构形、多维承载，和解锁时的高同步、低冲击，且提供解锁后的主动避让间隙。
技术研发人员：张威,景莉,周传霞,张丽梅,刘群,许猛,韩言勋,康家熙,杨昭,陈劲,蔡凝,魏海洋,刘晓刚
受保护的技术使用者：北京空间机电研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23