一种热切割装置及柔性压紧释放装置

1.本发明涉及空间技术领域，尤其是涉及一种用于柔性压紧释放装置的热切割装置，以及使用该热切割装置的柔性压紧释放装置。


背景技术：

2.航天器上有许多需要在轨展开的装置，如太阳电池板、大型展开式天线等，这些可展装置在航天器发射时被压缩在航天器本体两侧，在进入太空并达到预定轨道时解锁并展开，在解锁过程中需要接除组件之间的压紧力，该过程是通过切割压紧释放机构来实现的。目前所存在的压紧释放机构主要是压紧杆/火工切割器式和柔性压紧释放装置。
3.压紧杆/火工切割器式压紧释放机构中，压紧机构通过一根细长的压紧杆来实现压紧作用，释放机构为火工切割器，其工作原理是直接利用火工装置爆炸产生的推力推动切割器中的切刀，使其在高速状态下把压紧杆切断。此种压紧释放机构系统简单、制作较为简易，但是由于采用了火工装置，释放过程对航天器姿态存在冲击、地面试验时的安全难以保证且使得试验具有一次性提高了试验成本，同时也对太空环境存在污染，如下：1.压紧杆在被切刀高速切断的过程中，必然产生很大的冲击载荷，对航天器姿态会造成一定程度的影响；2.火工装置发火过程中会产生腐蚀性和污染性气体，尽管采用密封技术最大限度地降低了漏率，减小了对航天器对星环境和星载仪器设备可能造成的污染影响，但无法达到根本上消除；3.它的动作直接利用了炸药爆炸产生的能量，因此地面试验时对产品和人身的安全存在一定的隐患；4.火工装置属于危险品，由于其地面储存条件十分严格，从而给地面贮存和使用带来不便；5.由于火工装置和压紧杆的释放过程不可逆，即一次动作后，压紧杆和火工装置均不能再次使用，使得地面试验的成本增加。
4.柔性压紧释放机构则采用了张力索和热刀，对航天器冲击小，保证了释放过程中航天器整体的稳定性，且降低了地面试验成本，对环境无污染，但是目前仍然没有发明出性能良好的切割装置。中国专利cn103264775b公开了一种柔性绳索压紧装置及其使用方法，但是并未给出热切割装置的相关结构，中国专利cn211519901u公开了一种新型柔性压紧释放机构，提及在底座上安装电热释放元件来切割柔性绳，但电热释放元件的具体结构并不清楚，熔断柔性绳时整体的稳定性也有待提升。


技术实现要素：

5.本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种热切割装置及柔性压紧释放装置。
6.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
7.一种热切割装置，用于柔性压紧释放装置，包括电连接器、外套筒、弹簧、移动块和热刀；
8.电连接器与热刀电气相连，所述外套筒内设有空腔作为导向槽，导向槽的两端由头部固定端头和尾部固定端头封堵，移动块滑动安装在导向槽内，所述弹簧的两端分别与
尾部固定端头和移动块连接，所述热刀安装在移动块上并自头部固定端头伸出，在热刀抵住柔性压紧释放装置的张力索时，所述弹簧处于压紧状态。
9.优选的，所述外套筒上设有座体，用于将热切割装置安装在柔性压紧释放装置的底座上。
10.优选的，所述热刀的头部抵住张力索，尾部设有电源接头，通过电连接器与电源的正负极相连，刀身为导热体，刀身内部分布有绝缘体以及发热体，发热体位于热刀的头部。
11.优选的，所述热刀的刀身材料为不锈钢。
12.优选的，所述绝缘体由云母材料制成。
13.优选的，所述发热体为电发热丝。
14.优选的，所述电连接器安装在外套筒的尾部固定端头上。
15.一种柔性压紧释放装置，包括：底座、张力索、安装件、调节螺钉和热切割装置；
16.所述张力索的下端头与底座连接，所述张力索的上端头与调节螺钉之间通过第一螺旋线方向螺纹连接以实现上下运动，所述调节螺钉与安装件之间通过第二螺旋线方向螺纹连接以实现上下运动，第一螺旋线方向与第二螺旋线方向相反；所述热切割装置安装在底座上，热切割装置的热刀抵住张力索。
17.优选的，所述热切割装置的数量为2个，2个热切割装置错位安装在张力索的两侧，且2个热切割装置的热刀刀头对齐。
18.优选的，所述底座内安装有缓冲蜂窝，所述缓冲蜂窝设置在张力索下端头的下方。
19.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
20.(1)热切割装置由外套筒、弹簧、移动块和热刀组成，压紧状态的弹簧提供推力，随着热刀逐步熔断张力索，弹簧持续推动热刀向前，利用热效应熔断张力索，释放压紧机构，从而减轻了释放时的冲击载荷。
21.(2)采用非金属的张力索施加预紧力，并通过对错位安装在张力索两端的一对热刀加电而使其温度升高，利用热效应使张力索逐步熔断，可以平稳解除组件之间的压紧力，最终可实现平稳释放。
22.(3)在航天器到达预定轨道时，两个热刀同时加热，使得热切割装置可以快速熔断张力索，从而快速释放柔性压紧机构。
23.(4)底座内安装有缓冲蜂窝，可以降低张力索熔断时对底座造成的冲击，从而减少对航天器姿态的冲击，保证了释放过程中航天器整体的稳定性。
附图说明
24.图1为柔性压紧释放装置的结构示意图；
25.图2为热切割装置的结构示意图；
26.图3为热刀的结构示意图；
27.附图标记：1、底座，2、张力索，2-1、张力索下端头，2-2、张力索上端头，3、调节螺钉，3a、左旋螺纹，3b、右旋螺纹，4、外套筒，5、电连接器，6、尾部固定端头，7、头部固定端头，8、移动块，9、弹簧，10、热刀，10-1、电源插头，10-2、导热体，10-3、绝缘体，10-4、发热体，11、座体，12、缓冲蜂窝，13、基板，14、连接架，15、压紧衬套。
具体实施方式
28.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
29.在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本发明并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件。
30.实施例1：
31.一种柔性压紧释放装置，如图1所示，包括：底座1、张力索2、安装件、调节螺钉3和热切割装置；
32.张力索的下端头2-1与底座1连接，张力索的上端头2-2与调节螺钉3之间通过第一螺旋线方向螺纹连接以实现上下运动，调节螺钉3与安装件之间通过第二螺旋线方向螺纹连接以实现上下运动，第一螺旋线方向与第二螺旋线方向相反，本实施例中，第一螺旋线方向螺纹为左旋螺纹3a，第二螺旋线方向为右旋螺纹，柔性压紧释放装置的压紧过程通过调节螺钉3沿左右螺纹旋紧以实现对张力索2施加压紧力；安装件用于连接待展开的组件，如太阳电池板、天线等；热切割装置安装在底座1上，热切割装置的热刀10抵住张力索2；两侧的基板13和连接架14起到固定装置的作用，在相隔特定高度的位置安装有用于保持密封以及减少组件之间磨损的压紧衬套15。
33.如图2至图3所示，热切割装置用于柔性压紧释放装置，包括电连接器5、外套筒4、弹簧9、移动块8和热刀10；
34.其中，电连接器5与热刀10电气相连，提供工作电源；外套筒4内设有空腔作为导向槽，导向槽的两端由头部固定端头7和尾部固定端头6封堵，外套筒4起到支撑和保护作用；移动块8滑动安装在导向槽内，弹簧9的两端分别与尾部固定端头6和移动块8连接，热刀10安装在移动块8上并自头部固定端头7伸出，在热刀10抵住柔性压紧释放装置的张力索2时，弹簧9处于压紧状态。
35.当航天器到达预定轨道之后，开始进行释放，在释放过程中，首先将电连接器5通电，使整个电路导通，热刀10不断将电能转换成热能，持续升温，逐渐熔断张力索2，随着热刀10在张力索2上熔出缺口，压紧状态的弹簧9会持续推动移动块8，从而带动热刀10向前运动抵住并继续熔断张力索2。
36.如图1所示，柔性压紧释放装置中热切割装置的数量为2个，2个热切割装置错位安装在张力索2的两侧，且2个热切割装置的热刀10刀头对齐，抵住张力索2的同一高度处，熔断速度更快。两个热切割装置中的弹簧9不断推动热刀10向前熔断，张力索2可以被快速熔断，达到柔性压紧机构的稳定释放。
37.如图2所示，外套筒4上设有座体11，通过座体11可以将热切割装置稳定地固定在柔性压紧释放装置的底座1上。电连接器5安装在外套筒4的尾部固定端头6上。
38.由于张力索2被快速熔断速度极快，因此可能会对底座1产生一些冲击，因此在底座1内装有减小冲击的缓冲蜂窝12，缓冲蜂窝12设置在张力索下端头2-1的下方。
39.如图3所示，热刀10的头部抵住张力索2，尾部设有电源接头10-1，通过电连接器5与电源的正负极相连，刀身为不锈钢材质的导热体10-2，刀身内部分布有云母材料制成的
绝缘体10-3以及电发热丝充当的发热体10-4，发热体10-4位于热刀10的头部。在通电之后，云母材料可以将电源接头10-1和导热体10-2隔开，防止导电，电发热丝将电能转化为热能并传递到刀头，用以熔断张力索2。
40.本发明提供了一种热切割装置及柔性压紧释放装置，以达到保证整体稳定性和快速释放展开机构为目标，在稳定性方面通过对热刀10加电而使其温度升高，从而熔断张力索2；为了使熔断速度更快，在张力索2两侧安装了两把位置相互错开的热刀10。这样装置就可以做到在热切割装置快速熔断张力索2的同时也可以减少对航天器姿态的冲击。
41.以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。