[發(fā)明專利]一種可解鎖與釋放的熱刀式螺栓裝置

無效

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• 申請日: 2013-05-31
• 公開（公告）號: CN104214186A
• 公開（公告）日: 2014-12-17
• 發(fā)明（設計）人: 張峰;劉雪文;陳琪鋒;吳治平;曾國強;劉昆
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: F16B35/02
• 分類號: F16B35/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明涉及航天受控分離機構領域，尤其涉及一種熱刀驅動的螺栓式解鎖釋放裝置。

背景技術

航天受控分離機構的工作原理是航天器在初始狀態(tài)下實現(xiàn)本體和附件之間、或部件與部件之間的牢固連接，在受控指令下能按照要求通過火藥或者其他方式解除約束。航天受控分離機構大體可分為火工分離型和非火工分離型。

火工分離型。該種裝置利用火藥燃燒或爆炸產生的能量來完成釋放功能，具有可靠性高、能量儲備大、作用時間短、結構緊湊、組成簡單、重量和體積小等優(yōu)點。其典型火工分離裝置之一爆炸螺栓，在航天領域有著廣泛的應用，如火箭的級間解鎖和整流罩的分離，大型太陽帆板的二次展開、飛行器的回收著陸系統(tǒng)、某些電路或氣路的通斷，某些機構的釋放或啟動等。但它也有一些不可克服的缺點，如分離時沖擊力大，對其它裝置會帶來不利的影響；可能產生有害氣體，污染物對其它敏感設備，尤其鏡頭等帶來有害影響；只能一次性使用等。

非火工分離型。該種裝置不是利用火藥來驅動的，目前主要有熱刀驅動型、記憶合金驅動型、石蠟驅動型等，其中以荷蘭航天的熱刀驅動型鎖緊分離機構為代表。它基于熱刀電加熱來熔斷線束的原理，表現(xiàn)出了很強的應用前景，目前已在衛(wèi)星釋放分離、太陽電池陣展開、天線展開、空間機械手釋放等方面得到應用。但是，現(xiàn)有的該類電熱鎖緊分離機構存在著一些缺點，如釋放所需功耗較多、解鎖時間長、只能分離而無釋放功能，尤其是由于體積較大和結構復雜，不如爆炸螺栓那樣使用簡便，限制了其應用場合。

發(fā)明內容

本發(fā)明要解決的技術問題是：針對現(xiàn)有技術存在的技術問題，提供一種結構簡單、經濟性好、通用性強的熱刀驅動型螺栓式裝置，并具備解鎖和釋放的功能。

本發(fā)明的技術方案是：一種可解鎖與釋放的熱刀式螺栓裝置，主要由螺栓外部結構、內部安裝架、線束、熱刀模塊、緊固件組成。所述螺栓外部結構由螺栓帽、底部外殼、頂部外殼組成；所述內部安裝架由底部支架、頂部支架組成；所述熱刀模塊由刀片加熱涂層、刀片基板、正電極、負電極、熱刀導向柱、熱刀驅動彈簧、正極導線、負極導線、釋放彈簧組成；所述緊固件由底部緊固螺母、底部彈墊、頂部緊固螺母、頂部彈墊組成。

所述可解鎖與釋放的熱刀式螺栓裝置中，底部外殼、底部支架經底部螺母和底部彈墊安裝在螺栓帽上。頂部支架經頂部螺母和頂部彈墊安裝在頂部外殼上。頂部支架外側有外螺紋，通過螺接的方式固定所要解鎖和釋放的部件。底部架、頂部架同時具有線束槽，便于安裝纏繞線束。在鎖緊狀態(tài)，線束纏繞在線束槽中，將底部支架和頂部支架纏繞、固連成一體。底部支架的頂端安裝有熱刀模塊。刀片基板內側的兩端設置有正、負電極，便于向熱刀模塊供電；刀片基板內側的中間設置有熱刀導向柱，便于在熱刀驅動彈簧的驅動作用下，一邊加熱線束，一邊向前運動切割；刀片基板上涂有刀片加熱涂層，該涂層能夠在熱刀模塊通電時，受熱溫度升高，使得刀片基板溫度升高，從而熔斷線束。釋放彈簧安裝在底部支架頂端的圓柱腔內，便于在熱刀模塊熔斷線束后，驅動頂部支架、頂部外殼、部分切斷后的線束、頂部緊固螺母、頂部彈墊及其頂部支架外側所螺接的緊固部件進行分離運動，完成釋放動作。底部架上有導線槽，便于安放正負極導線。正負極導線沿著所述導線槽，經底部架內部通孔，一直經螺栓帽延伸到外部。

當外部經正負極導線對熱刀模塊中的正負電極供電時，刀片加熱涂層快速加熱，使得刀片基板在很短的時間內溫度升高至線束的熔點值，將與之接觸的線束部分熔斷。在熱刀驅動彈簧的作用下，刀片基板不斷向前推進，直至完全切斷線束。與此同時，安裝在底部支架頂端的圓柱腔內的釋放彈簧驅動頂部支架，完成釋放動作。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述線束為可熔斷材料超分子聚乙烯或者尼龍材料。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述刀片基板采用不銹鋼材料，刀片基板外表面鍍有高溫絕緣涂層。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述刀片加熱涂層為釕或者銅金屬材料。

本發(fā)明以航天受控分離機構中的火工分離裝置、非火工分離裝置的最新研究進展為背景，提出一種可解鎖與釋放的熱刀式螺栓裝置。這種新型的螺栓裝置，不同于典型火工分離裝置爆炸螺栓那樣分離時沖擊大、產生污染物等；也不同于典型非火工分離裝置熱刀驅動型分離機構，只能解鎖、無釋放功能，且體積較大和結構復雜等，而是將典型火工分離裝置爆炸螺栓和典型非火工分離裝置熱刀驅動型分離機構的優(yōu)勢特點結合起來，提供一種新型螺栓裝置，并具備解鎖和釋放的功能。