一种可解锁与释放的热刀式螺栓装置制造方法
【专利摘要】一种可解锁与释放的热刀式螺栓装置，主要由螺栓外部结构、内部安装架、线束、热刀模块、紧固件组成。该新型热刀式螺栓装置通过将热刀模块内嵌在螺栓结构中，分离时冲击力小，且没有污染物产生，兼备固连、解锁、释放的功能，同时基于螺栓结构可以设置成各种规格的标准件形式，是一种结构简单、经济性好、通用性强的螺栓式装置。
【专利说明】 一种可解锁与释放的热刀式螺栓装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及航天受控分离机构领域，尤其涉及一种热刀驱动的螺栓式解锁释放装置。
【背景技术】
[0002]航天受控分离机构的工作原理是航天器在初始状态下实现本体和附件之间、或部件与部件之间的牢固连接，在受控指令下能按照要求通过火药或者其他方式解除约束。航天受控分离机构大体可分为火工分离型和非火工分离型。
[0003]火工分离型。该种装置利用火药燃烧或爆炸产生的能量来完成释放功能，具有可靠性高、能量储备大、作用时间短、结构紧凑、组成简单、重量和体积小等优点。其典型火工分离装置之一爆炸螺栓，在航天领域有着广泛的应用，如火箭的级间解锁和整流罩的分离，大型太阳帆板的二次展开、飞行器的回收着陆系统、某些电路或气路的通断，某些机构的释放或启动等。但它也有一些不可克服的缺点，如分离时冲击力大，对其它装置会带来不利的影响；可能产生有害气体，污染物对其它敏感设备，尤其镜头等带来有害影响；只能一次性使用等。
[0004]非火工分离型。该种装置不是利用火药来驱动的，目前主要有热刀驱动型、记忆合金驱动型、石蜡驱动型等，其中以荷兰航天的热刀驱动型锁紧分离机构为代表。它基于热刀电加热来熔断线束的原理，表现出了很强的应用前景，目前已在卫星释放分离、太阳电池阵展开、天线展开、空间机械手释放等方面得到应用。但是，现有的该类电热锁紧分离机构存在着一些缺点，如释放所需功耗较多、解锁时间长、只能分离而无释放功能，尤其是由于体积较大和结构复杂，不如爆炸螺栓那样使用简便，限制了其应用场合。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题是:针对现有技术存在的技术问题，提供一种结构简单、经济性好、通用性强的热刀驱动型螺栓式装置，并具备解锁和释放的功能。
[0006]本发明的技术方案是:一种可解锁与释放的热刀式螺栓装置，主要由螺栓外部结构、内部安装架、线束、热刀模块、紧固件组成。所述螺栓外部结构由螺栓帽、底部外壳、顶部外壳组成；所述内部安装架由底部支架、顶部支架组成；所述热刀模块由刀片加热涂层、刀片基板、正电极、负电极、热刀导向柱、热刀驱动弹簧、正极导线、负极导线、释放弹簧组成；所述紧固件由底部紧固螺母、底部弹垫、顶部紧固螺母、顶部弹垫组成。
[0007]所述可解锁与释放的热刀式螺栓装置中，底部外壳、底部支架经底部螺母和底部弹垫安装在螺栓帽上。顶部支架经顶部螺母和顶部弹垫安装在顶部外壳上。顶部支架外侧有外螺纹，通过螺接的方式固定所要解锁和释放的部件。底部架、顶部架同时具有线束槽，便于安装缠绕线束。在锁紧状态，线束缠绕在线束槽中，将底部支架和顶部支架缠绕、固连成一体。底部支架的顶端安装有热刀模块。刀片基板内侧的两端设置有正、负电极，便于向热刀模块供电；刀片基板内侧的中间设置有热刀导向柱，便于在热刀驱动弹簧的驱动作用下，一边加热线束，一边向前运动切割；刀片基板上涂有刀片加热涂层，该涂层能够在热刀模块通电时，受热温度升高，使得刀片基板温度升高，从而熔断线束。释放弹簧安装在底部支架顶端的圆柱腔内，便于在热刀模块熔断线束后，驱动顶部支架、顶部外壳、部分切断后的线束、顶部紧固螺母、顶部弹垫及其顶部支架外侧所螺接的紧固部件进行分离运动，完成释放动作。底部架上有导线槽，便于安放正负极导线。正负极导线沿着所述导线槽，经底部架内部通孔，一直经螺栓帽延伸到外部。
[0008]当外部经正负极导线对热刀模块中的正负电极供电时，刀片加热涂层快速加热，使得刀片基板在很短的时间内温度升高至线束的熔点值，将与之接触的线束部分熔断。在热刀驱动弹簧的作用下，刀片基板不断向前推进，直至完全切断线束。与此同时，安装在底部支架顶端的圆柱腔内的释放弹簧驱动顶部支架，完成释放动作。
[0009]根据本发明的实施例，所述线束为可熔断材料超分子聚乙烯或者尼龙材料。
[0010]根据本发明的实施例，所述刀片基板采用不锈钢材料，刀片基板外表面镀有高温绝缘涂层。
[0011]根据本发明的实施例，所述刀片加热涂层为钌或者铜金属材料。
[0012]本发明以航天受控分离机构中的火工分离装置、非火工分离装置的最新研究进展为背景，提出一种可解锁与释放的热刀式螺栓装置。这种新型的螺栓装置，不同于典型火工分离装置爆炸螺栓那样分离时冲击大、产生污染物等；也不同于典型非火工分离装置热刀驱动型分离机构，只能解锁、无释放功能，且体积较大和结构复杂等，而是将典型火工分离装置爆炸螺栓和典型非火工分离装置热刀驱动型分离机构的优势特点结合起来，提供一种新型螺栓装置，并具备解锁和释放的功能。
[0013]本发明的有益效果是，该新型的可解锁与释放的热刀式螺栓装置，通过将热刀模块内嵌在螺栓结构中，分离时冲击力小，且没有污染物产生，兼备固连、解锁、释放的功能，同时基于螺栓结构可以设置成各种规格的标准件形式，是一种结构简单、经济性好、通用性强的螺栓式装置。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是本发明可解锁与释放的热刀式螺栓装置一个具体实施例的外形示意图；
[0015]图2是本发明一个具体实施例的结构部分剖面示意图；
[0016]图3是本发明一个具体实施例的热刀安装方式示意图；
[0017]图4是本发明一个具体实施例的热刀构型结构示意图；
[0018]图5是本发明一个具体实施例的锁紧时结构示意图；
[0019]图6是本发明一个具体实施例的解锁后释放时结构示意图。
[0020]其中，附图标记说明如下:
[0021]1-螺栓外部结构
[0022]11-螺栓帽
[0023]12-底部外壳
[0024]13-顶部外壳
[0025]2-内部安装架
[0026]21-底部支架
[0027]22-顶部支架
[0028]23-线束槽
[0029]24-导线槽
[0030]3-线束
[0031]4-热刀模块
[0032]41-刀片加热涂层
[0033]42-刀片基板
[0034]43-正电极
[0035]43’-负电极
[0036]44-热刀导向柱
[0037]45-热刀驱动弹簧
[0038]46-正极导线
[0039]46’-负极导线
[0040]47-释放弹簧
[0041]5-紧固件
[0042]51-底部紧固螺母
[0043]52-底部弹垫
[0044]53-顶部紧固螺母
[0045]54-顶部弹垫
【具体实施方式】
[0046]以下结合附图对本发明做进一步说明。
[0047]如图1?图6所示，本发明的解锁与释放的热刀式螺栓装置实施例，主要由螺栓外部结构1、内部安装架2、线束3、热刀模块4、紧固件5组成。
[0048]具体而言，所述螺栓外部结构I由螺栓帽U、底部外壳12、顶部外壳13组成；所述内部安装架2由底部支架21、顶部支架22组成；所述热刀模块4由刀片加热涂层41、刀片基板42、正电极43、负电极43 ’、热刀导向柱44、热刀驱动弹簧45、正极导线46、负极导线46’、释放弹簧47组成；所述紧固件5由底部紧固螺母51、底部弹垫52、顶部紧固螺母53、顶部弹垫54组成。
[0049]所述底部外壳12、底部支架21经底部螺母和底部弹垫52安装在螺栓帽11上。顶部支架22经顶部螺母和顶部弹垫54安装在顶部外壳13上。顶部支架22外侧有外螺纹M27。底部架、顶部架同时具有线束槽23，线束3为可熔断材料超分子聚乙烯材料，选用的产品名称为迪尼麻(Dyneema)线束，线直径为0.14mm，常温下单股可承受10磅的拉力，该线束的熔点是160°C。线束3缠绕在线束槽23中，将底部支架21和顶部支架22缠绕、固连成一体。底部支架21的顶端安装有热刀模块4。刀片基板42内侧的两端设置有外径为1.5mm的正电极43、负电极43’;刀片基板42为不锈钢材料，外表面镀有高温绝缘涂层。刀片基板42内侧的中间设置有热刀导向柱44;刀片基板42上涂有金属钌刀片加热涂层41。热刀驱动弹簧45与释放弹簧47均为65Mn钢。正极导线46、负极导线46’直径均为1mm，沿着所述导线槽24设置，经底部架内部通孔，一直经螺栓帽11延伸到外部。
[0050]由此构成的本发明解锁与释放的热刀式螺栓装置经试制试用后，被证明固连可靠，解锁功耗小，分离时响应迅速，释放平稳。该可解锁与释放的热刀式螺栓装置试用记录表明，在常温状态下，该锁紧装置可以承受1000N以上的拉力载荷；在对热刀模块供电后，12V时，24秒内，能切断线束，完成解锁和释放动作；试验时没有任何污染物产生。初步试用证明，该实施例可满足航天受控分离机构领域的地面试验及未来空间飞行任务需求。
【权利要求】
1.一种可解锁与释放的热刀式螺栓装置，其特征在于，它主要由螺栓外部结构(I)、内部安装架(13)、线束(3)、热刀模块(4)、紧固件(5)组成。所述螺栓外部结构⑴由螺栓帽(11)、底部外壳(12)、顶部外壳(13)组成；所述内部安装架(2)由底部支架(21)、顶部支架(22)组成；所述热刀模块⑷由刀片加热涂层(41)、刀片基板(42)、正电极(43)、负电极(43’)、热刀导向柱(44)、热刀驱动弹簧(45)、正极导线(46)、负极导线(46’)、释放弹簧(47)组成；所述紧固件(5)由底部紧固螺母(51)、底部弹垫(52)、顶部紧固螺母(53)、顶部弹垫(54)组成。
2.根据权利要求1所述的可解锁与释放的热刀式螺栓装置，其特征在于，所述线束(3)为可熔断材料超分子聚乙烯或者尼龙材料。
3.根据权利要求1所述的可解锁与释放的热刀式螺栓装置，其特征在于，所述刀片基板(42)采用不锈钢材料，刀片基板(42)外表面镀有高温绝缘涂层。
4.根据权利要求1所述的可解锁与释放的热刀式螺栓装置，其特征在于，所述刀片加热涂层(41)为钌或者铜金属材料。
【文档编号】F16B35/02GK104214186SQ201310228693
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2013年5月31日 优先权日:2013年5月31日
【发明者】张峰, 刘雪文, 陈琪锋, 吴治平, 曾国强, 刘昆 申请人:中国人民解放军国防科学技术大学