[发明专利]一种空间在轨加注对接接口装置

说明书

技术领域

本发明属于飞行器加注技术领域，涉及在轨加注对接接口装置的设计。

背景技术

空间飞行器的机动能力很大程度上取决于推进剂的携带量，由于空间系统质量和体积受到运行控制特性以及运载系统单次发射能力的限制，所以目前的各种卫星推进系统的推进剂储量是非常有限的，而仅仅依靠卫星自身携带的推进剂远远无法完成广泛的轨道机动任务；另一方面，航天器寿命受到推进剂质量比值的限制，由于现今发射成本很高，大多数国家都选择发射不需要后勤支持的长寿命卫星，因而只能在发射时就将卫星充满足够的燃料，这样既增加了发射成本，又降低了卫星的有效载荷和寿命，如果通过给航天器加注推进剂来提高寿命，不但减轻了发射重量，还可以把发射系统做得更小，显著降低发射成本，因此发展液体推进剂在轨加注技术是十分必要的。

在轨加注对接接口装置是实现空间飞行器在轨加注的关键组件，需要自主完成服务飞行器与目标飞行器之间推进剂管路的对接、锁紧、密封以及解锁分离等功能。

中国专利申请公开说明书CN104058109A公开了一种卫星在轨自主加注用液体传输接口，该卫星在轨自主加注用液体传输接口包括位于服务卫星上的主动端和位于目标卫星上的被动端。当在轨加注接口主动端轴向进给到一定位置时，钢珠部分落入被动端接口锁紧凹槽内，电磁阀通电工作，主动端锁紧装置衔铁将钢珠压入被动端接口锁紧凹槽内，实现在轨加注接口主动端和被动端的锁位。加注完成后，电磁阀再次通电，阀芯反向移动，钢球在弹簧造成的轴向力作用下从凹槽内脱出，实现在轨加注接口主动端和被动端的快速分离。

在上述现有技术中，采用电磁阀驱动完成加注主动端与被动力端的接口的锁紧和解锁，结构复杂，在接口装置中需要安装包括电磁线圈、导磁体、单向阀芯和阀体等相关机构；同时利用弹簧轴向力实现钢球从凹槽内脱出，弹簧的机械运动容易产生卡死和疲劳的问题。

发明内容

本发明针对现有技术存在的问题，提供一种空间在轨加注对接接口装置，利用滚珠与特型锁芯组成球锁，实现对受注接口的锁紧与解锁，可靠地进行对接与分离。

为了解决上述技术问题，本发明一种空间在轨加注对接接口装置，包括受注接口和加注接口；受注接口上设有凹口；加注接口包括：导向口、基座、锁紧装置，在导向口的颈部沿圆周方向分布有锥形孔，锥形孔内存放滚珠。所述的锁紧装置包括：锁芯、丝杠、主动齿轮；丝杠安装在基座上，侧面放置主动齿轮，丝杠下部齿轮与主动齿轮啮合；锁芯内部分为三段：锁芯第三段带有内螺纹，与丝杠配合使用，锁芯第二段内径与导向口的颈部外径相同，锁芯第一段内径大于锁芯第二段，两个内径面之间由斜面过渡；受注接口进入加注接口后，导向口颈部的锥形孔内的滚珠与锁芯内径面形成点面接触，并能顺利滑动。

导向口采用锥筒结构，对接过程中，导向口瞄准受注接口，在加注飞行器或机构的驱动下，加注接口逐渐接近并接触受注接口，即使存在一定的瞄准误差，仍然可以利用“杆-锥”的相容性实现两者的准确对接。导向口颈部沿圆周方向设置键，同时在锁芯第二段与斜面上的内径壁上相应位置设置键槽，键在键槽内滑动，方便锁芯轴向运动。

受注接口采用杆式设计，其头部采用曲面过渡，以便于顺利进入导向口锥筒的颈部；中部设有锥形台，锥形台的斜率与导向口锥筒的斜率吻合，有助于提高对接精度；头部和锥形台之间设置凹口，与滚珠配合实现对接后的锁紧；受注接口的内部为接受加注的液体管路。

主动齿轮通过芯轴与电机相连，传递电机的转动，并通过与丝杠下部齿轮的啮合，带动丝杠的转动。为保证液体传输过程中不会发生泄漏，在加注管口的外侧采用两道密封圈，在加注管口的肩托斜面上采用一道密封圈。轴承放置在丝杠与锥筒根部之间，内圈箍紧在锥筒根部，外圈与丝杠过盈配合。

加注管口包括中心管路和受注接口肩托两个部分，中心管路用于伸入受注接口中进行加注，管路外侧加工两道凹痕用于安装密封圈；受注接口肩托的工作面为斜面，用于托住受注接口，为其提供止动位置，斜面上加工一道凹痕用于安装密封圈。

主要部件工作原理如下：

滚珠：当受注接口进入锥筒型导向口内的工作位置后，滚珠在锁芯的作用下滚入受注接口上的凹口，锁紧受注接口；待推进剂在轨加注完成后，滚珠滚出凹口，解锁释放受注接口。

丝杠：用于将主动齿轮的转动转化为锁芯的轴向运动。

轴承：用于实现丝杠的绕轴转动。

基座：为空腔体，底部与执行加注的空间飞行器或机构相连，上部连接导向口和加注管口，内部是液体管路，并为电机提供安装空间。