[发明专利]一种熔断SMA丝空间连接与分离机构

说明书

技术领域

本发明涉及航天器连接－分离机构的技术领域，特别涉及一种熔断SMA丝连接与分离机构，其利用形状记忆合金(SMA）丝在高温下回复应力增大同时断裂强度降低，从而引起SMA丝断裂解除捆紧弹簧对分瓣螺母的约束，实现分离的机构。

背景技术

航天器需要多种连接－分离机构实现连接与解锁功能，如多级运载火箭的分离、卫星或者宇宙飞船上太阳翼的展开等等。目前这种解锁装置多为火工品螺栓（又称爆炸螺栓）。随着技术的发展，尤其是新一代小型卫星的出现，火工品所引起的冲击和污染问题日趋严重，解决这一问题的一个主要焦点集中在应用形状记忆合金（SMA）发展新型的解锁机构。

在利用SMA研制新型连接与解锁机构上，国内外都有了一定的进展，提出了多种以SMA丝为驱动的设计方案，如美国Hi Shear科技公司提出的以SMA柱作为驱动的设计方案，国内提出的“微型大载荷SMA空间同步解锁机构”（中国专利申请号：200610011626.8），其中采用SMA丝作为驱动元件，其结构如图1所示，由SMA丝2、弹簧3、分瓣螺母4、螺栓5、定位环7、底座8组成，通过螺纹固定在下连接件1上，分瓣螺母4下部通过螺纹与底座8连接，上部由定位环7进行周向定位，并通过螺栓5与上连接件9固定，由此完成相邻两个部件的连接。分瓣螺母4，如图1所示，由沿周向均分分布的三部分组成，底部连接，内有膨胀螺钉6，可以通过膨胀螺钉6调整分瓣螺母4张开的尺寸。弹簧3下端与底座8接触，上端与定位环7接触，处于压缩状态，压紧定位环7，保证定位环7对分瓣螺母4的周向定位，使分瓣螺母4在装配状态下闭合。SMA丝2上端与定位环7相连，下端固定于底座8上，在弹簧力的作用下处于张紧状态。在通电加热SMA丝2实现解锁功能时，考虑到SMA丝2的绝缘问题，定位环7为绝缘材料，SMA丝2与底座8的连接采用绝缘材料机械止动的方式。图1所示状态为锁紧状态，当需要解锁时，对SMA丝2通电，SMA丝2收缩，带动定位环7下移，压缩弹簧3，解除对分瓣螺母4的约束，释放螺栓5，从而完成解锁。

“微型大载荷SMA空间同步解锁机构”虽然具有解锁载荷大、同步性好等优点，但其也具有较大的缺点：

（1）锁定的主要作用方向是该机构的径向方向，但在该机构在其解锁－锁定过程中却没有提供沿着该主要作用方向的收紧/放开，而锁定装置只是单纯地沿着轴向移动。结果，分瓣螺母4难以充分分瓣，底部仍连成一体，从而造成了其解锁不充分，成功率低，可靠性差。

（2）SMA丝和导线连接部分在壳体内部，不便于操作。

（3）该机构分瓣螺母的径向自由度靠定位环约束，但该定位环本身在沿轴向向下的自由度没有完全约束，仅靠弹簧压紧，在沿轴向存在较大的振动或冲击载荷时，定位环在惯性力作用下，很可能沿轴向向下运动，压缩弹簧，同时释放分瓣螺母，即，其抗振动及冲击载荷能力较差。

（4）机械压紧方式容易造成SMA丝损伤，从而造成SMA丝在使用过程中断裂。

（5）依靠SMA丝收缩实现驱动，而SMA丝长度较短，使得机构的设计裕度较小，同时，随着驱动次数的增加，SMA丝的驱动性能将发生衰减，进一步降低了该机构的设计裕度。

（6）该机构没有采取冗余设计，使得分离可靠性差，不符合航天使用要求。

发明内容

本发明主要解决现有技术中存在的解锁不彻底、未进行冗余设计及抗振动、冲击载荷能力差的问题，提供了一种解锁彻底、可靠性高、抗振动、冲击载荷能力强的熔断SMA丝空间连接与分离机构。

本发明采用的技术方案为：一种熔断SMA丝空间连接与分离机构，其包括：

分成两瓣的分瓣螺母，其内侧设有用于与一螺栓连接的螺纹，其顶端有相互配合的孔，并能通过轴与外壳连接；

设在所述分瓣螺母的外侧的捆紧弹簧，其在捆紧情况下内径等于分瓣螺母外径，其上端和第一根SMA丝一端连接，同时第一根SMA丝另一端通过锁紧套管和外壳连接，捆紧弹簧另下端和第二根SMA丝一端连接，同时第二根SMA丝另一端通过锁紧套管和外壳连接，通过两根SMA丝将完成对捆紧弹簧的约束；

两根SMA丝作为捆紧弹簧的释放装置，在连接状态下，其能维持对捆紧弹簧的约束，在对其通大电流加热后，其因内部发生相变产生巨大回复应力，同时因高温降低断裂强度，从而发生断裂，解除对捆紧弹簧的约束，捆紧弹簧在自身预紧力作用下松开，失去对分瓣螺母的约束，实现对所述的螺栓的释放。

进一步的，所述分瓣螺母的两瓣上端有相互配合的孔，并用一轴依次穿过两孔与外壳相连，两瓣螺母可沿轴向相互远离的方向转动，使两瓣螺母能完全张开。