具有星间解锁分离装置的子母构型卫星组及安装方法与流程

本发明涉及航天器结构设计技术领域，具体地，涉及一种具有星间解锁分离装置的子母构型卫星组及安装方法。

背景技术：

大卫星“背”小卫星的子母构型卫星组是一种全新的卫星组合形式，母星入轨后，释放分离子星，实现子母星特定的构型布局，开展组合工作、技术验证等工作。

现有公开号为106184826b的中国专利，其公开了一种星箭弹簧分离装置，包括：活塞、导向筒、压缩弹簧、自锁螺母、锁紧螺母；所述活塞的推杆穿过所述导向筒的内侧，在导向筒的底部通过锁紧螺母连接起来；所述压缩弹簧套设在所述导向筒的外侧，并通过所述活塞的头部压紧在导向筒上，以存储能量；所述自锁螺母连接在所述活塞的推杆上；所述锁紧螺母卸下后，压缩弹簧伸长输出能量，活塞向上运动一定行程，带动自锁螺母到导向筒的限制部位被限制继续运动，从而活塞停止运动。

现有公开号为108583940a的中国专利，其公开了一种四点式星箭分离机构，其包括4套连接解锁装置，4套弹簧推力装置，和4套行程开关装置。

发明人认为，现有的星箭分离装置难以满足低冲击、轻量化、灵活化的要求，存在待改进之处。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种具有星间解锁分离装置的子母构型卫星组及安装方法。

根据本发明提供的一种星间解锁分离装置,包括连接解锁组件和分离推杆组件，所述连接解锁组件用于保持或解除母星和子星间的刚性约束，所述分离推杆组件用于分离母星和子星。

优选地，所述连接解锁组件包括分离螺母限位座套、分离部座套、火工分离螺母以及加载螺母，所述分离螺母限位座套和分离部座套二者呈间隔设置，所述火工分离螺母的本体安装在分离螺母限位座套上，所述火工分离螺母的连接螺杆穿过分离螺母限位座套的内部并穿入分离部座套的内部，所述加载螺母设置在分离部座套的内部，且所述加载螺母与穿入分离部座套内的火工分离螺母的连接螺杆螺纹配合。

优选地，所述分离部座套上还设置有球型垫圈和限位弹簧，所述球型垫圈嵌设在分离部座套靠近分离螺母限位座套的侧壁上，且所述球型垫圈与加载螺母采用球面配合，所述限位弹簧套设在加载螺母上，所述限位弹簧的一端与加载螺母的底部接触配合，所述限位弹簧的另一端与球型垫圈接触配合。

优选地，所述分离螺母限位座套和分离部座套之间设置有减冲垫组件，所述减冲垫组件包括第一垫层和第二垫层，所述第一垫层包括铝合金垫层，所述第二垫层包括玻璃钢垫层或聚酰亚胺垫层，且所述第一垫层和第二垫层间隔堆叠有多层。

优选地，所述减冲垫组件还包括抗剪锥套，所述抗剪锥套穿设多层第一垫层和第二垫层，且所述抗剪锥套允许火工分离螺母的连接螺杆通过。

优选地，所述分离推杆组件包括推杆套筒、滑杆以及分离弹簧，所述滑杆同轴设置在推杆套筒内，所述滑杆的一端穿出推杆套筒，且所述滑杆与推杆套筒滑移配合；所述分离弹簧同轴安装在推杆套筒内，所述分离弹簧的一端与推杆套筒的底壁接触配合，所述分离弹簧的另一端与滑杆位于推杆套筒内的端部接触配合。

根据本发明提供的一种子母构型卫星组，包括权利要求1-6任一项所述的一种星间解锁分离装置，还包括母星结构板和子星结构板，所述连接解锁组件在母星结构板和子星结构板之间设置有一组或多组，所述分离推杆组件在母星结构板和子星结构板之间设置有一组或多组；所述分离螺母限位座套安装在母星结构板上或子星结构板上，所述分离部座套安装在子星结构板上或母星结构板上；所述推杆套筒安装在母星结构板上或子星结构板上，所述滑杆穿出推杆套筒的一端抵紧子星结构板或母星结构板，且所述分离弹簧处于压缩状态。

优选地，所述减冲垫组件设置在母星和子星之间，所述减冲垫组件的安装位置与其对应的分离螺母限位座套的安装位置相对应。

根据本发明提供的一种子母构型卫星组的安装方法，所述方法包括如下步骤：s1、根据子、母星构型和质量特性确定所述连接解锁组件和分离推杆组件二者的数量以及布局，并在所述母星结构板和子星结构板上预留安装接口；s2、完成星间解锁分离装置各零部件的加工和配套；s3、组装所述减冲垫组件；s4、组装所述分离推杆组件；s5、将所述减冲垫组件和分离推杆组件安装在母星结构板上，且所述减冲垫组件位于母星结构板与子星结构板之间，所述滑杆伸出推杆套筒的一端位于母星结构板与子星结构板之间；s6、在所述母星结构板上安装分离螺母限位座套和火工分离螺母；s7、将所述母星结构板与子星对接，并在所述子星结构板上安装分离部座套、加载螺母、限位弹簧以及球型垫圈；s8、将所述母星结构板和子星的组合体与母星对接，组装完成。

优选地，组装所述减冲垫组件时，将所述第一垫层和第二垫层间隔堆叠共十层，且所述抗剪锥套与减冲垫组件其他部件的接触处涂抹结构胶。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明通过设置在母星和子星之间的连接解锁组件、分离推杆组件以及减冲垫组件，从而实现卫星入轨阶段母星和子星的刚性连接，有助于提高子星的力学环境适应性；卫星入轨后，火工分离螺母起爆，实现母星和子星的解锁，并借助分离推杆组件释放的作用力将子星推离母星，且设置在母星和子星之间的堆叠式的减冲垫组件，有助于减弱传递到子星的火工分离螺母的起爆冲击，且满足了低冲击、轻量化、灵活化的要求；

2、本发明通过设置在分离螺母限位座套内的分离螺母缓冲垫、设置在分离部座套的分离部缓冲垫的共同作用，有助于减少火工分离螺母起爆后产生的冲击，有助于满足低冲击的要求；

3、本发明通过分离弹簧和滑杆共同作用，使母星和子星解锁后，分离弹簧释放能量将子星推离母星，并为子星进入相应轨道提供动力。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明主要体现星间解锁分离装置整体结构的示意图；

图2为本发明主要体现连接解锁组件整体结构的示意图；

图3为本发明主要体现连接解锁组件整体结构的剖面示意图；

图4为本发明主要体现减冲垫组件整体结构的正面示意图；

图5为本发明主要体现减冲垫组件整体结构侧面的剖视图；

图6为本发明主要体现分离推杆组件整体结构的示意图；

图7为本发明主要体现分离推杆组件整体结构的剖面示意图；

图8为本发明主要体现星间解锁分离装置在母星结构板和子星结构板上的安装结构示意图。

图中所示：

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1所示，根据本发明提供的一种星间解锁分离装置，包括连接解锁组件1和分离推杆组件2，连接解锁组件1用于保持或解除母星和子星间的刚性约束，分离推杆组件2用于提供分离母星和子星的作用力。

如图2和图3所示，连接解锁组件1包括分离螺母限位座套101、分离部座套106、火工分离螺母102、加载螺母105、球型垫圈104以及限位弹簧107。分离螺母限位座套101和分离部座套106二者均呈中空设置，分离螺母限位座套101和分离部座套106呈同轴间隔设置，且分离螺母限位座套101和分离部座套106二者相互靠近的侧面均呈敞开设置。分离螺母限位座套101远离分离部座套106的内壁上粘接有分离螺母缓冲垫103，分离部座套106远离分离螺母限位座套101的内壁上粘接有分离部缓冲垫108，分离螺母缓冲垫103和分离部缓冲垫108二者均采用高阻尼橡胶材料制成，具有降低冲击传递和可重复使用的特性。

火工分离螺母102的本体安装在分离螺母限位座套101上，火工分离螺母102的连接螺杆同轴穿过分离螺母限位座套101的内部并自分离部座套106的敞开口同轴穿入分离部座套106的内部。

加载螺母105嵌设在分离部座套106内，分离部座套106的内壁允许加载螺母105沿分离部座套106的轴线做往复滑移运动。球型垫圈104嵌设在分离部座套106的敞开口处并将分离部座套106的敞开口封闭，球型垫圈104的中部一体成型有允许火工分离螺母102的连接螺杆穿过的避让口，且球型垫圈104与加载螺母105采用球面配合，从而保证加载螺母105不承受剪切载荷。限位弹簧107同轴套设在加载螺母105上，限位弹簧107的一端与加载螺母105的底部接触配合，限位弹簧107的另一端与球型垫圈104接触配合。

火工分离螺母102的连接螺杆自球型垫圈104的避让口穿入分离部座套106内部，且火工分离螺母102的连接螺杆穿入分离部座套106内部的一端与加载螺母105螺纹配合。在锁紧状态下，火工分离螺母102本体与火工分离螺母102的连接螺杆连接在一起，起到子星和母星间的连接承载作用，从而使连接解锁组件1是子母星间的一个刚性约束点，为子星提供卫星发射主动段的力学环境适应性保障。

卫星入轨后，通过指令控制火工分离螺母102起爆，解除子母星间刚性约束，分离信号到达后，火工分离螺母102做功，火工分离螺母102的本体与火工分离螺母102的连接螺杆分离，火工分离螺母102的连接螺杆随加载螺母105向分离部座套106内部运动，从而完成母星与子星的解锁。

如图1、图4和图5所示，分离螺母限位座套101和分离部座套106之间安装有减冲垫组件3，减冲垫组件3包括减冲垫盖板301、抗剪锥套302、第一垫层303以及第二垫层304，第一垫层303为铝合金垫层，第二垫层304为玻璃钢垫层，且第一垫层303和第二垫层304间隔堆叠十层。减冲垫盖板301安装在减冲垫组件3靠近分离螺母限位座套101的一侧，抗剪锥套302穿设减冲垫盖板301、五层第一垫层303和五层第二垫层304，抗剪锥套302同轴套设在火工分离螺母102的连接螺杆上，且抗剪锥套302允许火工分离螺母102的连接螺杆通过。火工分离螺母102做功后，经减冲垫组件3的多层结构传递衰减，从而有效降低传递到分离部座套106的火工分离螺母102的起爆冲击。

如图6和图7所示，分离推杆组件2包括推杆套筒201、封盖202、滑杆203以及分离弹簧204，推杆套筒201为圆柱状中空结构，且推杆套筒201轴向的一侧呈敞开设置。滑杆203和分离弹簧204二者均同轴安装在推杆套筒201内，滑杆203与推杆套筒201滑移配合，且滑杆203进行防冷焊固体润滑镀膜处理，减小了滑杆203运动时摩擦阻力。分离弹簧204的一端与推杆套筒201的底壁接触配合，分离弹簧204的另一端与滑杆203的底壁接触配合，封盖202固定安装在推杆套筒201的敞开口处并封闭推杆套筒201的敞开口，且封盖202中部开设有贯穿孔，封盖202中部的贯穿孔允许滑杆203通过，滑杆203远离分离弹簧204的一端自封盖202中部的贯穿孔伸出推杆套筒201。

在母星和子星解除刚性约束之前，分离弹簧204处于压缩状态，母星和子星解除刚性约束之后，分离弹簧204储存的能量释放，从而推动子母星间分离。

如图1和图8所示，根据本发明提供的一种子母构型卫星组，还包括母星结构板4和子星结构板5，连接解锁组件1在母星结构板4和子星结构板5之间安装有四组，分离推杆组件2在母星结构板4和子星结构板5之间安装有四组。母星结构板4和子星结构板5上均预留有安装接口，实现了卫星结构与分离装置的集成化设计，有效降低了装置重量，提高了使用灵活性。由于任一组连接解锁组件1的结构、安装方式以及其与子星结构板5或母星结构板4的连接关系均相同，现以一组连接解锁组件1为例进行阐述。

分离螺母限位座套101和分离部座套106相互靠近的一端均一体成型有凸耳6，凸耳6在分离螺母限位座套101上沿其周向等间隔成型有四个，凸耳6在分离部座套106上沿其周向等间隔成型有四个。分离螺母限位座套101通过四个螺钉和四个凸耳6的配合固定安装在母星结构板4上的对应安装接口处，分离部座套106通过四个螺钉和四个凸耳6的配合固定安装在子星结构板5上的对应安装接口处。

减冲垫组件3上垂直开设有三个安装孔，减冲垫组件3通过三个螺钉安装在母星结构板4靠近子星结构板5的侧壁上，且减冲垫组件3和分离螺母限位座套101二者安装在母星结构板4的同一个安装接口上。在子星和母星之间布置堆叠式的减冲垫组件3，有效改善了子星的分离冲击环境。

由于任一组分离推杆组件2的结构、安装方式以及其与子星结构板5或母星结构板4的连接关系均相同，现以一组连接解锁组件1为例进行阐述：凸耳6在推杆套筒201的中部绕推杆套筒201的周向等间隔一体成型有四个，推杆套筒201通过四个螺钉和四个凸耳6的配合安装在母星结构板4上的安装接口处，且滑杆203伸出推杆套筒201的一端与子星结构板5抵紧配合，此时分离弹簧204处于压缩状态。火工分离螺母102做功，子星和母星解锁后，分离弹簧204伸长并释放能量，推动子星和母星分离。

根据本发明提供的一种子母构型卫星组的安装方法，包括如下步骤：

s1、根据子、母星构型和质量特性确定连接解锁组件1和分离推杆组件2二者的数量以及布局，并在母星结构板4和子星结构板5上预留安装接口；

s2、完成星间解锁分离装置各零部件的加工和配套；

s3、组装减冲垫组件3，将第一垫层303和第二垫层304间隔堆叠共十层，再在十层垫层的顶部覆盖减冲垫盖板301，且抗剪锥套302与任一第一垫层303、第二垫层304以及减冲垫盖板301的接触处均涂抹结构胶后组装成型；

s4、组装分离推杆组件2，将分离弹簧204、滑杆203依次放入分离推杆套筒201内，之后再将封盖202焊接固定安装在分离推杆套筒201的敞开口出，并使滑杆203背离分离弹簧204的一端自封盖202上的贯穿孔穿出分离推杆套筒201；

s5、将减冲垫组件3和推杆套筒201分别通过螺钉安装在母星结构板4上，减冲垫组件3安装在母星结构板4靠近子星结构板5的一侧，滑杆203伸出推杆套筒201的一端位于母星结构板4与子星结构板5之间；

s6、在母星结构板4上安装分离螺母限位座套101和火工分离螺母102；

s7、将母星结构板4与子星对接，并在子星结构板5上安装分离部座套106、加载螺母105、限位弹簧107以及球型垫圈104；

s8、将母星结构板4和子星的组合体与母星对接，组装完成。

工作原理

工作中，将分离螺母限位座套101安装在母星结构板4上，将分离部座套106安装在子星结构板5上，并通过火工分离螺母102使连接解锁组件1起到子星和母星间的连接承载作用；将推杆套筒201安装在母星结构板4上并将滑杆203的伸出端抵在子星结构板5上，此时分离弹簧204处于压缩状态；卫星入轨后，通过指令控制火工分离螺母102起爆，解除子母星间刚性约束，分离信号到达后，火工分离螺母102做功，火工分离螺母102本体与火工分离螺母102的连接螺杆分离，火工分离螺母102的连接螺杆随加载螺母105向分离部座套106内部运动，从而完成母星与子星的解锁，随后分离弹簧204伸长并释放能量，推动子星和母星分离。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。