[发明专利]用于航天器的高刚度低冲击密封式连接分离装置及方法

说明书

本发明提供了一种用于航天器的高刚度低冲击密封式连接分离装置及方法，用于航天器的在轨的连接与分离，并可根据要求实现在轨按需解锁与分离，包括连接主体结构及与其固接的局部连接单元，在分离界面处设置膨胀管限位环，在膨胀管限位环和连接主体结构间设置膨胀管，在轨解锁前，系统刚度由连接主体结构及局部连接单元共同提供，在轨解锁时，先通过局部连接单元的低冲击解锁，随后在膨胀管的作用下，将连接结构主体和膨胀管限位环沿分离面进行切断，实现系统的在轨分离。本发明装置具有连接刚度大、承载力大的同时，还具有系统密封性好、解锁冲击小等特点。

技术领域

本发明涉及一种航天器在轨使用的高刚度低冲击密封式连接分离装置及方法。

背景技术

航天器的连接分离技术，是用于实现航天器本体和部件之间、舱段之间、航天器与运载火箭之间以及航天器之间的牢固连接，同时能够根据指令要求实现在轨释放与分离。

针对连接分离技术主要关注的两个性能：一是系统连接的刚度，二是系统分离式的解锁冲击；连接刚度关系到待分离系统整体的刚度特性，系统解锁过程中的冲击性能，则关系到后续工程应用解锁冲击则关系到工作时周边单机的力学环境特性。

目前部分分离技术，在具有低冲击的性能下，连接刚度及承载能力相对较低(如小于15000N)；而部分高刚度大承载的连接分离，则难以实现低冲击的特点(如10000Hz内，大于6000g)。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种航天器在轨使用的连接分离装置及方法，通过系统构型设计及工作时序设计的结合，使之具有较高的连接刚度、较低的分离冲击以及较好的密封性等优点。较高的连接刚度，可使得该系统可应用于大型产品/部件的连接及在轨分离。较低的分离冲击，可保证连接分离过程中，周边的单机承受较小的冲击载荷。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种用于航天器的高刚度低冲击密封式连接分离装置，用于航天器的在轨的连接与分离，并可根据要求实现在轨按需解锁与分离，包括连接主体结构及与其固接的局部连接单元，在分离界面处设置膨胀管限位环，在膨胀管限位环和连接主体结构间设置膨胀管，在轨解锁前，系统刚度由连接主体结构及局部连接单元共同提供，在轨解锁时，先通过局部连接单元的低冲击解锁，随后在膨胀管的作用下，将连接结构主体和膨胀管限位环沿分离面进行切断，实现系统的在轨分离。

所述局部连接单元沿连接主体结构的周向均匀分布，包括压紧绳索、上压紧座、下压紧座、热切割器，连接时，通过压紧绳索实现上压紧座、下压紧座的有效连接，同时提供系统刚度，在轨解锁时，首先通过热切割器，实现压紧绳索的切断，使上压紧座及下压紧座之间解锁，实现局部的解锁。

本发明提供一种用于航天器的高刚度低冲击密封式连接分离方法，在轨需要分离时，先通过热切割器将压紧绳索切断，实现第一步解锁；在压紧绳索切断后，膨胀管工作，将相对薄弱的连接主体结构和膨胀管限位环炸断，完成第二步解锁；在完成第一步和第二步解锁后，连接结构主体实现了结构的切割，形成上下两部分，并在膨胀管工作时所产生的冲击力的作用下，实现上下两部分的在轨有效分离。

本发明的积极进步效果在于：

在航天器发射主动段，系统处于连接状态，此时系统刚度由连接主体结构和局部连接单元共同提供。由于局部连接单元承担了部分的连接刚度，因此连接主体结构整体可设计较薄。

而在轨待解锁分离时，首先实现局部连接单元的解锁，即通过热刀方式，实现压紧绳索的切断，实现局部的解锁。在局部连接单元解锁后，在程控或遥控条件下，膨胀管工作，实现连接主体结构和膨胀管限位环沿分离面的断裂与分离。由于连接主体结构和膨胀管限位环在分离面位置均采用了结构弱化设计，在连接分离面处采用切口减薄的特征设计，从而可以采用较小作动力的膨胀管即可实现系统的分离与解锁，并最终保证膨胀管工作时具有较小的冲击，使得系统分离时具有较低的分离冲击力。