[发明专利]一种非火工驱动的二级压紧释放机构

说明书

本发明提供一种非火工驱动的二级压紧释放机构，该机构上施加的预紧力可借助应变片精确测量；压紧状态时，分离帽由上滚珠限位，释放销由下滚珠卡位，上滚珠位置由分离帽、上保持架及释放销确定，下滚珠位置由释放销、滑块和下保持架确定，滑块由抗冲弹簧压紧；释放时，通电使非火工驱动元件开始工作，驱动滑块向上运动，滑块上移一定距离后，下滚珠进入滑块的凹槽，释放销失去卡位并在驱动弹簧的作用下向下运动，随后上滚珠失去约束而掉入释放销的凹槽内，分离帽脱离，完成释放。该机构中采用多处球面副，避免了弯矩传递对零件配合关系和释放可靠性的影响，同时降低了安装精度要求；控制方便、抗振性强、承受载荷大、可靠性高。

技术领域

本发明涉及空间释放机构的技术领域，特别涉及一种非火工驱动的可承受大载荷的压紧释放机构。

背景技术

在火箭、卫星、飞船等航天器上，存在多次的分离释放需求，例如太阳能电池板的展开、多级运载火箭或逃逸塔的分离等，需要能够长时间保持压紧并可控释放的装置。目前采用较多的是火工连接与分离机构，这种装置的工作都是一次性的，在分离过程中不仅会产生较大的冲击，还会产生爆炸碎片、粉尘并留在航天器中，对系统安全及空间环境均会造成不良影响。尤其是我国下一代高精尖的航天器，如导弹精密制导设备的压紧释放、高精度导航及侦察卫星上光学设备的压紧释放、空间激光武器的锁紧释放等，这些场合均不能采用火工品连接与分离机构。因此，安全性高、无污染、可重复使用的非火工驱动的压紧释放装置，如SMA(形状记忆合金)、石蜡、电磁、燃绳、热刀等驱动方法，是发展空间释放机构的重点。目前美国等西方航天强国已经大力发展这类技术，形成了比较成熟的产品，但是相关产品对于中国进行严格封锁、禁运，所以这类技术是我国在当前国际形势以及国防战略背景下亟需突破的关键技术。

在现有的几种非火工释放技术中，基于燃绳和热刀驱动的释放机构在重复使用前需要更换部分零件，操作复杂，应用范围有限；基于SMA、石蜡和电磁驱动原理的释放机构在使用过程中无需破坏结构件，可以轻松实现复位和重复使用，是非火工驱动技术的焦点。但是，这类压紧释放机构普遍存在以下问题：

(1)采用整体式刚性锁紧件，容易将弯矩传递到机构内部，影响内部零件的配合关系，降低了解锁释放的可靠性；

(2)装配过程中预紧力的控制依赖力矩扳手，误差高达30％，容易造成过载，损坏结构件；

(3)采用普通的钢制弹簧和SMA丝配合，形成偏置驱动，在高温条件下，钢制弹簧的刚度和弹力会略微降低，而SMA丝的驱动力会显著增大，导致弹簧弹力和SMA丝驱动力不匹配，造成高温环境下的机构抗振性能下降严重；

(4)只用一根SMA丝作为驱动元件，没有冗余备份，可靠性不高；

(5)缺少反馈电路，由于对SMA丝通电加热的时间是随电流大小和环境温度变化的，无法预先给出精确的通电时间，实际工程应用时，通电时间过短，机构无法正常释放，而时间过长又会导致SMA丝性能严重下降，甚至被烧毁；

(6)机构内部没有自适应转动的结构，不能根据外界加载方向的变化而自适应转动，对安装精度要求苛刻。

发明内容

本发明针对空间环境下，对某些部件长时间保持压紧状态、在收到指令后迅速安全释放的应用需求，以及现有技术的不足，提供了一种非火工驱动的二级压紧释放机构。