[發明專利]壓電陶瓷驅動的空間有效載荷解鎖分離機構

無效

• 申請號: 201310280399.9
• 申請日: 2013-07-04
• 公開（公告）號: CN103303500A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發明（設計）人: 曹乃亮;懂得義;柴方茂;袁野;李志來
• 申請（專利權）人: 中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
• 主分類號: B64G1/64
• 分類號: B64G1/64
• 代理公司: 長春菁華專利商標代理事務所 22210
• 代理人: 南小平

技術領域

本發明涉及壓電陶瓷驅動的空間有效載荷解鎖分離機構，屬于航天領域，應用于空間有效載荷與衛星平臺的連接與解鎖。

背景技術

解鎖分離機構廣泛應用于航空航天領域，衛星的發射階段，為了抵御發射過程中的振動沖擊，需要具有鎖緊功能的機構實現有效載荷與衛星平臺的可靠連接；同時，衛星入軌之后，根據指令要求，該鎖緊機構能夠實現可靠的解鎖分離。

基于火工品的解鎖分離機構分離可靠性高、實時性好、承載能力大，因此在航天領域獲得廣泛應用，目前包括火箭的分離、太陽能板展開、遮光罩打開、有效載荷的部署等多數解鎖分離機構仍基于火工品實現，但是存在研制生產成本高，沖擊響應大，不能重復使用等問題。

發明內容

本發明提出一種壓電陶瓷驅動的空間有效載荷解鎖分離機構，有效克服了基于火工品的解鎖分離機構的缺點，并具有較大的承載能力，適用于有效載荷的部署，以及大型空間載荷的輔助連接，具有良好的應用前景。

本發明的技術方案是：

壓電陶瓷驅動的空間有效載荷解鎖分離機構，包括：上支座、下支座、左包帶、螺母、墊片、分離彈簧、壓電陶瓷、斷裂螺栓、和右包帶，上支座和下支座各有一個V型槽，左包帶和右包帶上具有與V型槽對應的V型臺，左包帶和右包帶與上支座和下支座通過接觸配合；左包帶和右包帶通過斷裂螺栓夾緊；壓電陶瓷套在斷裂螺栓上，并通過螺母和墊片鎖緊，在左包帶和右包帶之間各設有預壓縮分離彈簧。

每個斷裂螺栓上設置三片壓電陶瓷。

斷裂螺栓中段具有削弱槽。

本發明的有益效果是：壓電陶瓷是一種可以實現電荷-力相互轉換的驅動原件，壓電陶瓷通電之后可以輸出一定的力，該力與輸入電壓成正比；給壓電陶瓷輸入高頻交流電，則壓電陶瓷將產生同頻率的交變載荷。斷裂螺栓8施加一定的預緊力將壓電陶瓷7和左包帶3與右包帶9夾緊，在斷裂螺栓8的中段有一削弱槽，在預緊力前提下，斷裂螺栓8受交變載荷時的疲勞斷裂強度大大降低，其疲勞時間也大幅降低。

采用壓電陶瓷7提供的交變載荷，基于斷裂螺栓8在預緊力下的加速疲勞斷裂原理，可以在幾秒內實現斷裂螺栓8的疲勞斷裂。斷裂螺栓8斷裂之后，預壓縮分離彈簧6推動左包帶3與右包帶9分離，從而實現上支座和下支座的分離。

每個斷裂螺栓8搭配3片壓電陶瓷7，只要其中一片正常工作就可以實現斷裂螺栓的疲勞斷裂，該冗余設計大大提高了解鎖分離的可靠性，為第一層冗余設計；同時，兩個斷裂螺栓8將左包帶3與右包帶9夾緊，只要其中一個斷裂，就能實現解鎖分離機構的解鎖分離，該冗余設計進一步提高了分離可靠性，為第二層冗余設計。

壓電陶瓷驅動的空間有效載荷解鎖分離機構剛度高，可以承受發射過程的振動沖擊載荷；采用包帶式結構大大提高了結構的承載能力；多層冗余設計，提高了解鎖分離的可靠性。

附圖說明

圖1本發明壓電陶瓷驅動的空間有效載荷解鎖分離機構正視示意圖。

圖2本發明壓電陶瓷驅動的空間有效載荷解鎖分離機構左視示意圖。

圖3為圖1中A-A剖面示意圖。

圖4本發明壓電陶瓷驅動的空間有效載荷解鎖分離機構俯視示意圖。

圖5為圖1中B-B剖面示意圖。

圖6為圖5的局部放大圖。

圖7本發明壓電陶瓷驅動的空間有效載荷解鎖分離機構整體效果圖。

圖8壓電陶瓷驅動的空間有效載荷解鎖分離機構工作原理。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明做進一步詳細說明。

如圖1至圖7所示，壓電陶瓷驅動的空間有效載荷解鎖分離機構，包括：上支座1，下支座2，左包帶3，螺母4，墊片5，分離彈簧6，壓電陶瓷7，斷裂螺栓8和右包帶9，上支座1和下支座2各有一個V型槽10，左包帶3和右包帶9上具有與V型槽10對應的V型臺11，左包帶3和右包帶9均與上支座1和下支座2通過接觸配合；左包帶3和右包帶9通過斷裂螺栓8夾緊；壓電陶瓷7套在斷裂螺栓8上，并通過螺母4和墊片5鎖緊，在左包帶3和右包帶9之間各設有預壓縮分離彈簧6。

如圖8a所示，斷裂螺栓8穿過左包帶3、壓電陶瓷7和右包帶9的通孔，并通過螺母4將左包帶3和右包帶9夾緊。通過在斷裂螺栓8上施加25N.m的擰緊力矩從而將上支座1和下支座2與左包帶3和右包帶9鎖緊，在左包帶3和右包帶9夾緊的過程中，分離彈簧6同時產生一定的預壓縮量，每個斷裂螺栓8穿過3片壓電陶瓷7，將壓電陶瓷7壓緊固定。

斷裂螺栓8采用HT150制作，其中段有一個削弱槽12，在預緊力前提下，斷裂螺栓受交變載荷時的疲勞斷裂強度大大降低，其疲勞時間也大幅降低。