[發明專利]一種超彈性SMA帶捆綁式非火工解鎖機構

在審

• 申請號: 201810130885.5
• 申請日: 2018-02-09
• 公開（公告）號: CN108327929A
• 公開（公告）日: 2018-07-27
• 發明（設計）人: 張小勇;閆曉軍;聶超;黃大偉;漆明凈
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: B64G1/64
• 分類號: B64G1/64;B64G1/44
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供一種超彈性SMA帶捆綁式非火工解鎖機構，涉及航天器解鎖裝置領域，其通過底座、限位銷和SMA帶將拼組后的三個分瓣體約束為完整的限位錐面，鎖住釋放螺栓；捆綁在分瓣體外的SMA帶尾部連接燃繩，燃繩在纏繞、拉緊SMA帶的同時，交叉交替壓緊三組電熱絲。釋放時，對電熱絲通電加熱將燃繩燒斷，SMA帶在其自身回復力作用下脹開，解除對分瓣體的約束，釋放彈簧推出釋放螺栓，實現機構的解鎖釋放。本發明采用的SMA帶具有超彈性和高阻尼特性，機構的解鎖載荷大，抗沖擊能力強；釋放螺栓的過渡球面設計，使機構可自適應調節；三組電熱絲燒斷燃繩的方案，降低了能耗，縮短了釋放時間，實現了冗余設計。

技術領域

本發明涉及航天器解鎖裝置的技術領域，特別涉及一種捆綁式、非火工的解鎖機構。

背景技術

航天器需要多種解鎖裝置實現連接與解鎖功能，如多級運載火箭的分離、衛星或者宇宙飛船上太陽翼的展開等等。目前這種解鎖裝置包括火工品和非火工品兩大類。火工品因其解鎖過程中引發的沖擊和污染問題，已不能滿足技術發展的需求，尤其是新一代小型衛星出現后，非火工解鎖裝置的研發越來越受到重視。捆綁式非火工解鎖機構是一類重要的非火工解鎖裝置，其利用柔性材料或結構以捆綁的方式將連接件鎖緊，在需要分離的時候，解除捆綁實現解鎖。

目前，國內外的捆綁式非火工解鎖機構研究都有了一定的進展，提出了多種方案，如美國G&H Technology公司提出的以膨脹彈簧捆綁兩個分瓣體而將彈簧熔斷解鎖的設計方案(美國專利：US 6747541B1)，北京航空航天大學提出的“一種熔斷SMA絲空間連接與分離機構”(申請號：CN201210293404.5)。以“一種熔斷SMA絲空間連接與分離機構”為例，其結構如圖7所示。分成兩瓣的分瓣螺母4，其內側設有用于與螺栓5連接的螺紋，其頂端有與軸15配合的孔，分瓣螺母4通過軸15與外殼16連接；捆緊彈簧10設在分瓣螺母4的外側，其在捆緊情況下的內徑等于分瓣螺母4的外徑，彈簧10的上端與第一根SMA絲2連接，下端與第二根SMA絲12連接，兩根SMA絲的另一端分別通過鎖緊套管13、鎖緊套管23固定在外殼16上。在連接狀態下，兩根SMA絲共同完成對彈簧10的約束。需要釋放時，通過導線11和導線21分別對SMA絲2和SMA絲12通大電流加熱，SMA絲內部因發生相變而產生巨大回復應力，同時材料的斷裂強度因高溫降低，SMA絲發生斷裂，解除對捆緊彈簧10的約束，捆緊彈簧10在自身預緊力作用下松開，失去對分瓣螺母4的約束，實現對連接螺栓5的釋放。

“一種熔斷SMA絲空間連接與分離機構”具有可靠性高、抗振動等優點，但是仍具有較大缺點：

(1)分瓣螺母被捆緊彈簧捆緊，但捆緊彈簧兩端僅由兩根SMA絲固定，因此解鎖載荷最終由SMA絲來承擔，而SMA絲無法承受大載荷，所以機構解鎖載荷較小。

(2)該機構依靠通大電流將SMA加熱使其收縮進而被拉斷，耗能大。

(3)由于SMA絲具有超彈性和高強度，將其加熱拉斷的過程必然比較緩慢，這使得該機構響應時間長，同步性差。

(4)由于分瓣螺母結構對螺栓進行了零自由度約束，螺栓無法自由擺動，不具備糾偏功能，對準困難，裝配要求高，且在工作過程中容易產生額外彎矩。

(5)SMA絲和捆緊彈簧連接部分在殼體內部，不便于操作。

發明內容

本發明主要解決現有技術中存在的解鎖載荷小、耗能大、響應慢、裝配困難等問題，提供了一種解鎖載荷大、耗能小、響應快、可自適應調節、抗沖擊能力強、可靠性更高的捆綁式非火工解鎖機構。