1.技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于航空航天技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種新型可重復(fù)使用的用于微小型衛(wèi)星的連接分離裝置。

2.技術(shù)內(nèi)容

在微小型衛(wèi)星入軌開展科學(xué)實(shí)驗(yàn)前，如何確保發(fā)射段可靠地鎖定在運(yùn)載器上和在軌段可靠地從運(yùn)載器上分離成為了研究人員重點(diǎn)研究和突破的熱點(diǎn)問題。在發(fā)射階段，需要將立方星可靠地連接在有效載荷上，此過程需要抵抗過載、沖擊和震動(dòng)等惡劣力學(xué)環(huán)境；在在軌階段，需要可靠地將鎖緊的立方星解鎖，以及在接收到釋放信號(hào)后，立方星能夠以給定的速度、方向、姿態(tài)彈射出去。立方星體積較小質(zhì)量較輕，內(nèi)含設(shè)備多為科學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器，不乏精密儀器，因此上述過程中保證低沖擊是很有必要的。以往的設(shè)計(jì)，多采用火工式解鎖裝置，會(huì)帶來(lái)高沖擊、強(qiáng)震動(dòng)等安全問題，且多為一次性不可重復(fù)使用的分離裝置，已經(jīng)不能滿足現(xiàn)今航天任務(wù)的需要。

在衛(wèi)星發(fā)射過程中，足夠的預(yù)緊力一維這機(jī)構(gòu)需要充分大的加載里將其加載，然而可充重復(fù)要求則意味著這種很大的加載里須能在軌多次提供。這進(jìn)而對(duì)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的負(fù)載和功率提出了很大的要求。其中衛(wèi)星了解分離裝置的預(yù)緊力是為了客服上升段巨大的環(huán)境載荷，一旦衛(wèi)星入軌后環(huán)境載荷的量級(jí)劇減，因此在軌重置連接分離機(jī)構(gòu)的預(yù)緊力并不必要大到能夠抵抗上升段環(huán)境載荷。

3.

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題，設(shè)計(jì)出了一款非火工式可重復(fù)使用的星載微納衛(wèi)星彈射裝置，包括：衛(wèi)星連接分離裝置和發(fā)射方位調(diào)節(jié)裝置，其中衛(wèi)星連接分離裝置由四連桿壓鉤機(jī)構(gòu)、可重置卡鉤機(jī)構(gòu)、彈射裝置等組成。

所述衛(wèi)星連接分離裝置能在火箭上升段為微小型衛(wèi)星與運(yùn)載器的連接提供足夠的鎖緊力，以及為微小型衛(wèi)星提供在軌重置功能，待將前一顆微小型衛(wèi)星彈射釋放之后，能夠通過機(jī)械手等方式重新裝載新的衛(wèi)星，用于下一次彈射。

本發(fā)明提出一種將上升段連接與在軌可重置連接分而治之，是解決這兩方面矛盾的有效思路。為了實(shí)現(xiàn)這兩方面功能，連接分離機(jī)構(gòu)由兩部分組成。一是四連桿壓鉤機(jī)構(gòu)，用于發(fā)射時(shí)鎖緊，在軌時(shí)解鎖；二是可重置卡鉤機(jī)構(gòu)，用于在軌時(shí)的鎖緊與解鎖。

所述四連桿壓鉤機(jī)構(gòu)采用增力鎖緊機(jī)構(gòu)原理，通過壓鉤扣緊衛(wèi)星兩個(gè)對(duì)角立柱的內(nèi)側(cè)，實(shí)現(xiàn)連接，利用四連桿死點(diǎn)自鎖原理實(shí)現(xiàn)以較小的力提供較大的鎖緊力，用于鎖緊小衛(wèi)星，其中較小的力由可熔斷的繩子提供，需解鎖時(shí)，繩子熔斷，同時(shí)扭簧使連桿轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)壓鉤轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)解鎖。鎖緊狀態(tài)下，連桿和曲柄夾角成180°為機(jī)構(gòu)死點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)增力鎖緊功能。

所述可重置卡鉤機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)在軌段的鎖定和解鎖，鎖定力由卡鉤和基座提供，卡鉤的設(shè)計(jì)一是圍繞著使鎖緊力過卡鉤的轉(zhuǎn)軸來(lái)進(jìn)行的，二是為了實(shí)現(xiàn)小衛(wèi)星下移時(shí)能利用與卡鉤的接觸力來(lái)使卡鉤轉(zhuǎn)動(dòng)。從而能利用電磁鐵撞擊卡鉤使其偏離平衡位置而轉(zhuǎn)動(dòng)解鎖，同時(shí)能實(shí)現(xiàn)重置時(shí)的自動(dòng)鎖緊。卡鉤的設(shè)計(jì)利用了自鎖原理，在卡鉤鎖定時(shí)，由于小衛(wèi)星立柱作用于卡鉤的力通過卡鉤的轉(zhuǎn)軸，因此不會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)力矩使得卡鉤轉(zhuǎn)動(dòng)。需要解鎖時(shí)，利用給撞擊型電磁鐵通電，使其撞針在行程末端產(chǎn)生較大的撞擊力來(lái)克服鎖緊力矩，使得卡鉤轉(zhuǎn)動(dòng)解鎖。

所述彈射裝置通過推板將分離彈簧的力傳到衛(wèi)星本體承力結(jié)構(gòu)上。推板上連有直線軸承，配合導(dǎo)向桿確保推送運(yùn)動(dòng)的同步性和直線性。根據(jù)分離速度要求可設(shè)計(jì)分離彈簧的剛度和行程。彈射裝置有兩種主要的工作狀態(tài)，一是壓簧受壓縮直至微小型衛(wèi)星被鎖緊，二是微小型衛(wèi)星解鎖后，壓簧力推動(dòng)立方星彈出直至壓簧恢復(fù)原長(zhǎng)，當(dāng)推板受壓簧作用推至導(dǎo)向桿頂端時(shí)，為防止推板飛出導(dǎo)向桿，在導(dǎo)向桿的末端設(shè)有一限位塊，既能限制彈射板不飛出導(dǎo)向桿，同時(shí)不會(huì)干涉到微小型衛(wèi)星的正常彈射。

所述發(fā)射方位調(diào)節(jié)裝置由直線電機(jī)導(dǎo)軌和連桿滑塊機(jī)構(gòu)兩部分組成。直線電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)導(dǎo)軌絲桿旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而可以驅(qū)動(dòng)滑塊沿軸向滑動(dòng)。導(dǎo)軌用于約束滑塊，保證其只發(fā)生平動(dòng)，不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。電機(jī)導(dǎo)軌右端與上下壁板轉(zhuǎn)軸鉸接，電機(jī)導(dǎo)軌可以獨(dú)立于上下壁板轉(zhuǎn)動(dòng)。導(dǎo)軌上的滑塊通過連桿與上下壁板連接，連桿與壁板和滑塊均為單軸鉸接。當(dāng)滑塊沿絲桿滑動(dòng)時(shí)，便會(huì)驅(qū)動(dòng)上下壁板張開。當(dāng)滑塊與上下壁板的連桿成180度時(shí)，上下壁板張開角度達(dá)到最大。通過設(shè)計(jì)連桿的長(zhǎng)度，以及相應(yīng)調(diào)整滑塊在絲桿上初始位置，就可以調(diào)節(jié)發(fā)射方位調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的最大張開角度。

本發(fā)明專利的優(yōu)點(diǎn)在于：

(1)本發(fā)明可重復(fù)使用星載微納衛(wèi)星彈射裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)主星攜帶多顆小衛(wèi)星在軌發(fā)射，是一款高可靠、低沖擊、可重復(fù)使用、通用化接口的彈射裝置。

(2)本發(fā)明可重復(fù)使用星載微納衛(wèi)星彈射裝置，解決了主星攜帶小衛(wèi)星在軌發(fā)射技術(shù)中涉及的小星與主星的接口、小星與連接分離裝置在主星中的布局、多星之間接口相互影響的解決措施及衛(wèi)星分離等關(guān)鍵科學(xué)問題。

(3)本發(fā)明可重復(fù)使用星載微納衛(wèi)星彈射裝置，重點(diǎn)突破了相應(yīng)的承載結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)、連接分離機(jī)構(gòu)高可靠性設(shè)計(jì)、連接性能與分離性能匹配優(yōu)化、動(dòng)力學(xué)建模與仿真分析等關(guān)鍵技術(shù)。

4.附圖說明

圖1：可重復(fù)使用星載微納衛(wèi)星彈射裝置組成圖；

圖2：四連桿壓勾機(jī)構(gòu)鎖緊狀態(tài)圖；

圖3：四連桿壓勾機(jī)構(gòu)解鎖狀態(tài)圖；

圖4：四連桿壓勾機(jī)構(gòu)鎖緊衛(wèi)星圖；

圖5：可重置卡鉤機(jī)構(gòu)鎖緊狀態(tài)圖；

圖6：可重置卡鉤機(jī)構(gòu)解鎖狀態(tài)圖；

圖7：可重置卡鉤機(jī)構(gòu)重置狀態(tài)圖；

圖8：彈射裝置組成示意圖；

圖9：發(fā)射方位調(diào)節(jié)裝置裝配示意圖。

圖中：

1-衛(wèi)星連接分離裝置，2-發(fā)射方位調(diào)節(jié)裝置，3-微小型衛(wèi)星陣列

101-壓鉤，102-連桿，103-曲柄，104-卡鉤，105-卡鉤轉(zhuǎn)軸，106-電磁鐵撞片，107-微小型衛(wèi)星立柱，108-導(dǎo)向桿，109-頂板，110-圓法蘭直線軸承

201-上轉(zhuǎn)板，202-下轉(zhuǎn)板，203-連桿，204-滑塊，205-絲桿

5.具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。

本發(fā)明可重復(fù)使用星載微納衛(wèi)星彈射裝置，包括衛(wèi)星連接分離裝置和發(fā)射方位調(diào)節(jié)裝置兩個(gè)主要部分，其中衛(wèi)星連接分離裝置由四連桿壓鉤機(jī)構(gòu)、可重置卡鉤機(jī)構(gòu)、彈射裝置等組成。圖1，衛(wèi)星連接分離裝置1用于連接小衛(wèi)星，能夠?qū)崿F(xiàn)必要的鎖緊力并在釋放時(shí)提供分離速度。發(fā)射方位調(diào)節(jié)裝置2用于實(shí)現(xiàn)小衛(wèi)星按照不同的指定方向彈射。

所述四連桿壓鉤機(jī)構(gòu)有兩個(gè)工作狀態(tài)，一是鎖緊狀態(tài)，二是解鎖狀態(tài)，在鎖緊狀態(tài)下，配合鉸鏈夾緊機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、增力較大的特點(diǎn)，能夠在較小的空間里實(shí)現(xiàn)以較小的力產(chǎn)生較大的鎖緊力。圖2，鎖緊時(shí)，壓鉤101對(duì)小衛(wèi)星有向下的鎖緊力，連桿102末端穿有繩子對(duì)連桿102末端有向下的預(yù)緊力，該機(jī)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)以較小的預(yù)緊力來(lái)產(chǎn)生較大的鎖緊力。在撤去預(yù)緊力之后，作用在曲柄103上的扭力將帶動(dòng)壓鉤101轉(zhuǎn)動(dòng)完成解鎖。圖3是解鎖狀態(tài)。圖4，四連桿壓鉤機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵在于鎖緊狀態(tài)時(shí)，即壓鉤101完全扣入微小型衛(wèi)星立柱107的槽中的時(shí)候，連接壓鉤101和曲柄基座之間的連桿102和曲柄103共線，此時(shí)機(jī)構(gòu)處于死點(diǎn)自鎖位置，能提供較大的鎖緊力。

所述可重置卡鉤機(jī)構(gòu)有三種工作狀態(tài)，一是鎖緊狀態(tài)，二是解鎖狀態(tài)，三是重置狀態(tài)。圖5，在鎖緊狀態(tài)下，配合卡鉤104自身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及作用在卡鉤104的外力與卡鉤轉(zhuǎn)軸105的特殊關(guān)系，能夠達(dá)到自鎖功能。圖6，在解鎖狀態(tài)，電磁鐵通電帶動(dòng)撞片106撞擊卡鉤104轉(zhuǎn)動(dòng)完成解鎖。圖7，重置時(shí)，立方星立柱107下端與卡鉤104上弧面接觸，擠迫卡鉤104轉(zhuǎn)動(dòng)并在扭簧扭力的作用下將卡鉤104扣入立柱槽中，完成重置過程。

所述彈射裝置有兩種主要的工作狀態(tài)，一是壓簧受壓縮直至立方星被鎖緊，二是立方星解鎖，壓簧力推動(dòng)立方星彈出直至壓簧恢復(fù)原長(zhǎng)。鎖緊階段，微納衛(wèi)星下移，壓縮彈簧至卡鉤扣入槽中；釋放階段，卡鉤機(jī)構(gòu)解鎖，彈簧力作用在推板109上使衛(wèi)星上移，微納衛(wèi)星沿著導(dǎo)向桿108彈出。圖9為彈射裝置的組成示意圖。

所述發(fā)射方位調(diào)節(jié)裝置2用以調(diào)節(jié)微小型衛(wèi)星的發(fā)射角度，設(shè)計(jì)可調(diào)角度為0度到120度，具備無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)和任意角度無(wú)需動(dòng)力的自鎖功能。圖9，該裝置由上轉(zhuǎn)板201，下轉(zhuǎn)板202，若干凸臺(tái)，若干連桿203，直線電機(jī)滑臺(tái)模組組成，其中下轉(zhuǎn)板202固支；上轉(zhuǎn)板201為兩個(gè)1u裝配體和一個(gè)2u裝配體提供固定支承作用；凸臺(tái)間用軸銷連接，用以連接上下兩個(gè)轉(zhuǎn)板為其提供轉(zhuǎn)動(dòng)副；連桿203兩端分別連接轉(zhuǎn)板和直線電機(jī)滑臺(tái)模組上的滑塊204，起到利用滑塊204沿導(dǎo)軌即的直線運(yùn)動(dòng)控制上下兩個(gè)轉(zhuǎn)板之間的轉(zhuǎn)動(dòng)的作用。