[发明专利]一种皮纳卫星星箭固定及分离装置

说明书

技术领域

本发明涉及航空飞行器固定及分离技术，特别涉及一种皮纳卫星星箭固定及分离装置。

背景技术

随着微小卫星及航天技术的发展，迫切需要研制体积小、质量轻、低冲击甚至是无冲击的新型连接分离装置，以适应日益发展的微卫星(皮卫星、纳卫星)以及小型运载火箭的应用需求。星箭分离机构是可靠连接卫星与火箭，并在星箭入轨后实现星箭可靠分离的机构装置，在卫星项目中起着重要作用。目前，世界上各主要运载火箭大都采用包带锁紧装置作为星箭连接和分离机构。但随着卫星尺寸、重量越来越小，传统的包带锁紧装置已经不能满足皮纳卫星的发射分离要求。

早在20世纪90年代就有许多学者在研究皮卫星，但发现研制出来后找不到合适的星箭分离机构，大大延缓了其研制进程。为了缩短皮卫星研制周期，减少设计成本，斯坦福大学与加州理工学院联合制订了立方星标准，并设计研制了立方星星箭分离装置P-POD，随后又相继出现了SPL，RAFT等型号的皮卫星星箭分离装置；关于微小卫星在轨分离问题，国内学者也进行了相关研究。陈靖、张翔等对用于微小卫星星箭分离的包带式解锁分离装置主结构进行了设计优化，国内绝大部分已发射的微小卫星均采用该装置实现星箭分离，但该装置并不适用于公斤级卫星。王秋梅等对卫星二次分离过程进行了仿真分析；蒋超、王兆魁等对筒式偏心安装的子卫星在轨分离问题进行了动力学分析建模；沈晓凤、肖余之等针对筒式偏心分离问题，采用多体动力学理论对小卫星分离过程动力学问题进行了仿真研究。

授权公告日为CN 103010489 B的专利文献公开了一种新型控制纳卫星的分离机构装置，包括底板、四块支撑板、四块筋板、四根圆柱弹簧、四根弹簧推杆、四个弹簧套筒；每块筋板固定在二块支撑板之间，每块支撑板固定二块筋板，筋板的底部通过螺钉连接固定在底板上；弹簧推杆嵌在圆柱弹簧内，圆柱弹簧装在弹簧套筒内，弹簧套筒通过螺钉连接固定在底板上；弹簧推杆顶在纳卫星星体正方体框架所对应的圆孔内；所述的弹簧推杆在自由状态下被圆柱弹簧顶起，弹簧推杆和圆柱弹簧之间没有约束，弹簧推杆底部的圆台落在圆柱弹簧内，两者之间有1mm的间隙；所述的支撑板的上端有销轴，支撑板上的销轴嵌入纳卫星星体正方体框架上对应的孔内承载横向载荷；所述的底板利用两根钛杆和螺母从纳卫星星体的对角位置将纳卫星星体固定。

上述分离装置虽然都可以用于固定和分离卫星，但是连接方式和解锁方式并不明确，卫星受力情况也不清楚。

发明内容

本发明提供了一种皮纳卫星星箭固定及分离装置，结构简单，卫星受力合理、运行可靠，可以有效在火箭上固定及分离卫星。

一种皮纳卫星星箭固定及分离装置，包括底板，所述底板上固定有卫星支撑座、拉杆、拉杆切断机构以及卫星弹出机构，所述卫星支撑座设有至少一对，任一一对卫星支撑座两两相对布置，所述拉杆设有至少一对，每对拉杆分别安装在任一一对卫星支撑座内，每根拉杆伸出对应卫星支撑座的卫星支撑面与卫星连接并将卫星压紧在该卫星支撑面上。

本发明加装的拉杆将卫星压紧在卫星支撑座的卫星支撑面上，且拉杆穿过该卫星支撑面连接卫星，从而使底板受的拉力和压力在一直线上，使卫星与底板之间的受力状态更合理。

为了使卫星定位安装，卫星支撑座上设有定位结构，现有技术中，一般在每个卫星支撑座上都设置了用于定位的凸块，过多的定位件会有过约束的风险，分离时卫星会由于过约束而没法分离，优选的，只有一对卫星支撑座的顶部分别设有用于定位卫星水平位置的凸块。本发明只在一对卫星支撑座上设置定位件，只通过两个凸块定位，避免了过约束的问题，保证卫星能正常分离。

为了使两个凸块起到良好的定位作用，同时又便于脱离，优选的，其中一个凸块约束卫星在水平面上的移动和转动自由度，另一个凸块约束卫星在水平面上的移动自由度。约束卫星在水平面上移动和转动自由度的凸块为多边形的柱体，例如三棱柱、四棱柱等，而约束卫星在水平面上移动自由度的凸块为圆柱、圆台或圆锥等回旋体。

优选的，所述拉杆为钛杆，所述拉杆切断机构包括固定在底板上的固定台以及安装在固定台上用于切断拉杆的火工品。钛杆强度高，比重小，特选的钛杆与火工品相配套，钛杆切断后断口平整，分离时钛杆断口不会钩挂卫星而影响卫星分离。采用火工品切断钛杆，断开迅速，且对卫星冲击很小。拉杆还可以是合金钢40Cr，不锈钢304。

为了使卫星受力更合理，同时便于装配，优选的，所述卫星支撑座设有两对，其中一对安装有拉杆，另一对安装有凸块。

为了使卫星弹出时受力均匀，优选的，所述卫星弹出机构设有四个，与两对卫星支撑座在周向上间隔布置。