一種可解鎖與釋放的熱刀式螺栓裝置制造方法
【專利摘要】一種可解鎖與釋放的熱刀式螺栓裝置，主要由螺栓外部結(jié)構(gòu)、內(nèi)部安裝架、線束、熱刀模塊、緊固件組成。該新型熱刀式螺栓裝置通過將熱刀模塊內(nèi)嵌在螺栓結(jié)構(gòu)中，分離時沖擊力小，且沒有污染物產(chǎn)生，兼?zhèn)涔踢B、解鎖、釋放的功能，同時基于螺栓結(jié)構(gòu)可以設(shè)置成各種規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)件形式，是一種結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟(jì)性好、通用性強(qiáng)的螺栓式裝置。
【專利說明】 一種可解鎖與釋放的熱刀式螺栓裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及航天受控分離機(jī)構(gòu)領(lǐng)域，尤其涉及一種熱刀驅(qū)動的螺栓式解鎖釋放裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]航天受控分離機(jī)構(gòu)的工作原理是航天器在初始狀態(tài)下實(shí)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(jī)構(gòu)大體可分為火工分離型和非火工分離型。
[0003]火工分離型。該種裝置利用火藥燃燒或爆炸產(chǎn)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(jié)構(gòu)緊湊、組成簡單、重量和體積小等優(yōu)點(diǎn)。其典型火工分離裝置之一爆炸螺栓，在航天領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)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(jī)構(gòu)的釋放或啟動等。但它也有一些不可克服的缺點(diǎn)，如分離時沖擊力大，對其它裝置會帶來不利的影響；可能產(chǎn)生有害氣體，污染物對其它敏感設(shè)備，尤其鏡頭等帶來有害影響；只能一次性使用等。
[0004]非火工分離型。該種裝置不是利用火藥來驅(qū)動的，目前主要有熱刀驅(qū)動型、記憶合金驅(qū)動型、石蠟驅(qū)動型等，其中以荷蘭航天的熱刀驅(qū)動型鎖緊分離機(jī)構(gòu)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(qiáng)的應(yīng)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(jī)械手釋放等方面得到應(yīng)用。但是，現(xiàn)有的該類電熱鎖緊分離機(jī)構(gòu)存在著一些缺點(diǎn)，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(jié)構(gòu)復(fù)雜，不如爆炸螺栓那樣使用簡便，限制了其應(yīng)用場合。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:針對現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟(jì)性好、通用性強(qiáng)的熱刀驅(qū)動型螺栓式裝置，并具備解鎖和釋放的功能。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)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(jié)構(gòu)、內(nèi)部安裝架、線束、熱刀模塊、緊固件組成。所述螺栓外部結(jié)構(gòu)由螺栓帽、底部外殼、頂部外殼組成；所述內(nèi)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(fù)電極、熱刀導(dǎo)向柱、熱刀驅(qū)動彈簧、正極導(dǎo)線、負(fù)極導(dǎo)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。
[0007]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(jīng)底部螺母和底部彈墊安裝在螺栓帽上。頂部支架經(jīng)頂部螺母和頂部彈墊安裝在頂部外殼上。頂部支架外側(cè)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(nèi)側(cè)的兩端設(shè)置有正、負(fù)電極，便于向熱刀模塊供電；刀片基板內(nèi)側(cè)的中間設(shè)置有熱刀導(dǎo)向柱，便于在熱刀驅(qū)動彈簧的驅(qū)動作用下，一邊加熱線束，一邊向前運(yùn)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(nèi)，便于在熱刀模塊熔斷線束后，驅(qū)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(cè)所螺接的緊固部件進(jìn)行分離運(yùn)動，完成釋放動作。底部架上有導(dǎo)線槽，便于安放正負(fù)極導(dǎo)線。正負(fù)極導(dǎo)線沿著所述導(dǎo)線槽，經(jīng)底部架內(nèi)部通孔，一直經(jīng)螺栓帽延伸到外部。
[0008]當(dāng)外部經(jīng)正負(fù)極導(dǎo)線對熱刀模塊中的正負(fù)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(nèi)溫度升高至線束的熔點(diǎn)值，將與之接觸的線束部分熔斷。在熱刀驅(qū)動彈簧的作用下，刀片基板不斷向前推進(jìn)，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(nèi)的釋放彈簧驅(qū)動頂部支架，完成釋放動作。
[0009]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述線束為可熔斷材料超分子聚乙烯或者尼龍材料。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)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。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述刀片加熱涂層為釕或者銅金屬材料。
[0012]本發(fā)明以航天受控分離機(jī)構(gòu)中的火工分離裝置、非火工分離裝置的最新研究進(jìn)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(chǎn)生污染物等；也不同于典型非火工分離裝置熱刀驅(qū)動型分離機(jī)構(gòu)，只能解鎖、無釋放功能，且體積較大和結(jié)構(gòu)復(fù)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(qū)動型分離機(jī)構(gòu)的優(yōu)勢特點(diǎn)結(jié)合起來，提供一種新型螺栓裝置，并具備解鎖和釋放的功能。
[0013]本發(fā)明的有益效果是，該新型的可解鎖與釋放的熱刀式螺栓裝置，通過將熱刀模塊內(nèi)嵌在螺栓結(jié)構(gòu)中，分離時沖擊力小，且沒有污染物產(chǎn)生，兼?zhèn)涔踢B、解鎖、釋放的功能，同時基于螺栓結(jié)構(gòu)可以設(shè)置成各種規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)件形式，是一種結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟(jì)性好、通用性強(qiáng)的螺栓式裝置。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明可解鎖與釋放的熱刀式螺栓裝置一個具體實(shí)施例的外形示意圖；
[0015]圖2是本發(fā)明一個具體實(shí)施例的結(jié)構(gòu)部分剖面示意圖；
[0016]圖3是本發(fā)明一個具體實(shí)施例的熱刀安裝方式示意圖；
[0017]圖4是本發(fā)明一個具體實(shí)施例的熱刀構(gòu)型結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖5是本發(fā)明一個具體實(shí)施例的鎖緊時結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖6是本發(fā)明一個具體實(shí)施例的解鎖后釋放時結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]其中，附圖標(biāo)記說明如下:
[0021]1-螺栓外部結(jié)構(gòu)
[0022]11-螺栓帽
[0023]12-底部外殼
[0024]13-頂部外殼
[0025]2-內(nèi)部安裝架
[0026]21-底部支架
[0027]22-頂部支架
[0028]23-線束槽
[0029]24-導(dǎo)線槽
[0030]3-線束
[0031]4-熱刀模塊
[0032]41-刀片加熱涂層
[0033]42-刀片基板
[0034]43-正電極
[0035]43’-負(fù)電極
[0036]44-熱刀導(dǎo)向柱
[0037]45-熱刀驅(qū)動彈簧
[0038]46-正極導(dǎo)線
[0039]46’-負(fù)極導(dǎo)線
[0040]47-釋放彈簧
[0041]5-緊固件
[0042]51-底部緊固螺母
[0043]52-底部彈墊
[0044]53-頂部緊固螺母
[0045]54-頂部彈墊

【具體實(shí)施方式】
[0046]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0047]如圖1?圖6所示，本發(fā)明的解鎖與釋放的熱刀式螺栓裝置實(shí)施例，主要由螺栓外部結(jié)構(gòu)1、內(nèi)部安裝架2、線束3、熱刀模塊4、緊固件5組成。
[0048]具體而言，所述螺栓外部結(jié)構(gòu)I由螺栓帽U、底部外殼12、頂部外殼13組成；所述內(nèi)部安裝架2由底部支架21、頂部支架22組成；所述熱刀模塊4由刀片加熱涂層41、刀片基板42、正電極43、負(fù)電極43 ’、熱刀導(dǎo)向柱44、熱刀驅(qū)動彈簧45、正極導(dǎo)線46、負(fù)極導(dǎo)線46’、釋放彈簧47組成；所述緊固件5由底部緊固螺母51、底部彈墊52、頂部緊固螺母53、頂部彈墊54組成。
[0049]所述底部外殼12、底部支架21經(jīng)底部螺母和底部彈墊52安裝在螺栓帽11上。頂部支架22經(jīng)頂部螺母和頂部彈墊54安裝在頂部外殼13上。頂部支架22外側(cè)有外螺紋M27。底部架、頂部架同時具有線束槽23，線束3為可熔斷材料超分子聚乙烯材料，選用的產(chǎn)品名稱為迪尼麻(Dyneema)線束，線直徑為0.14mm，常溫下單股可承受10磅的拉力，該線束的熔點(diǎn)是160°C。線束3纏繞在線束槽23中，將底部支架21和頂部支架22纏繞、固連成一體。底部支架21的頂端安裝有熱刀模塊4。刀片基板42內(nèi)側(cè)的兩端設(shè)置有外徑為1.5mm的正電極43、負(fù)電極43’;刀片基板42為不銹鋼材料，外表面鍍有高溫絕緣涂層。刀片基板42內(nèi)側(cè)的中間設(shè)置有熱刀導(dǎo)向柱44;刀片基板42上涂有金屬釕刀片加熱涂層41。熱刀驅(qū)動彈簧45與釋放彈簧47均為65Mn鋼。正極導(dǎo)線46、負(fù)極導(dǎo)線46’直徑均為1mm，沿著所述導(dǎo)線槽24設(shè)置，經(jīng)底部架內(nèi)部通孔，一直經(jīng)螺栓帽11延伸到外部。
[0050]由此構(gòu)成的本發(fā)明解鎖與釋放的熱刀式螺栓裝置經(jīng)試制試用后，被證明固連可靠，解鎖功耗小，分離時響應(yīng)迅速，釋放平穩(wěn)。該可解鎖與釋放的熱刀式螺栓裝置試用記錄表明，在常溫狀態(tài)下，該鎖緊裝置可以承受1000N以上的拉力載荷；在對熱刀模塊供電后，12V時，24秒內(nèi)，能切斷線束，完成解鎖和釋放動作；試驗(yàn)時沒有任何污染物產(chǎn)生。初步試用證明，該實(shí)施例可滿足航天受控分離機(jī)構(gòu)領(lǐng)域的地面試驗(yàn)及未來空間飛行任務(wù)需求。
【權(quán)利要求】
1.一種可解鎖與釋放的熱刀式螺栓裝置，其特征在于，它主要由螺栓外部結(jié)構(gòu)(I)、內(nèi)部安裝架(13)、線束(3)、熱刀模塊(4)、緊固件(5)組成。所述螺栓外部結(jié)構(gòu)⑴由螺栓帽(11)、底部外殼(12)、頂部外殼(13)組成；所述內(nèi)部安裝架(2)由底部支架(21)、頂部支架(22)組成；所述熱刀模塊⑷由刀片加熱涂層(41)、刀片基板(42)、正電極(43)、負(fù)電極(43’)、熱刀導(dǎo)向柱(44)、熱刀驅(qū)動彈簧(45)、正極導(dǎo)線(46)、負(fù)極導(dǎo)線(46’)、釋放彈簧(47)組成；所述緊固件(5)由底部緊固螺母(51)、底部彈墊(52)、頂部緊固螺母(53)、頂部彈墊(54)組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可解鎖與釋放的熱刀式螺栓裝置，其特征在于，所述線束(3)為可熔斷材料超分子聚乙烯或者尼龍材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可解鎖與釋放的熱刀式螺栓裝置，其特征在于，所述刀片基板(42)采用不銹鋼材料，刀片基板(42)外表面鍍有高溫絕緣涂層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可解鎖與釋放的熱刀式螺栓裝置，其特征在于，所述刀片加熱涂層(41)為釕或者銅金屬材料。
【文檔編號】F16B35/02GK104214186SQ201310228693
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2013年5月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月31日
【發(fā)明者】張峰, 劉雪文, 陳琪鋒, 吳治平, 曾國強(qiáng), 劉昆 申請人:中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)