[发明专利]一种SMA－弹簧驱动的飞轮可重复锁紧机构

说明书

本发明提供一种SMA－弹簧驱动的飞轮可重复锁紧机构，包括两套SMA－弹簧驱动组件、两组锁柱－楔块单元、连杆、滑块等。其中，解锁SMA丝－顶紧弹簧用于驱动锁紧过程和解锁过程，触发锁紧SMA丝－保持解锁弹簧用于控制解锁状态。顶紧弹簧通过滑块同时驱动左右两组锁柱－楔块单元，滑块通过连杆与楔块连接，楔块与锁柱底面配合；锁紧时，滑块前移带动楔块向外侧移动，推动锁柱上移与飞轮接触。释放时，解锁SMA丝通电收缩，滑块后移带动楔块向内侧移动，锁柱下移与飞轮脱离。再次锁紧时，对触发锁紧SMA丝通电，使其收缩拉出限位块，解除对滑块的限位，机构可再次锁紧。本发明可实现重复锁紧，同步性高，抗振动、冲击能力强。

技术领域

本发明涉及航天器连接－分离机构的技术领域，特别涉及一种可自动复位、重复使用的飞轮锁紧机构。

背景技术

磁悬浮飞轮是新型卫星姿态控制装置，其运行过程中摩擦力非常小，和传统飞轮相比优势十分突出，是未来航天姿态控制领域的重要发展方向。为了保证磁悬浮飞轮的转子能相对静子浮起并且自由转动，在飞轮转子和静子之间有一定间隙。由于间隙的存在，在发射过程中静子和转子可能会碰撞造成破坏，因此需要发展发射过程中锁紧、入轨后可控解锁的磁悬浮飞轮锁紧机构。现有的磁悬浮飞轮锁紧机构多是采用火工品螺栓(又称爆炸螺栓)，随着技术的发展，火工品的缺点日益突出，解决这一问题的一个主要焦点集中在发展新型的锁紧机构。

在发展非火工的新型锁紧机构上，国内外都有一定的进展，提出了多种以SMA－弹簧驱动的飞轮解锁机构，如北京航空航天大学秦晓宇等人在2016年提出的SMA压紧释放机构(Detailed design of an SMA-actuated self-locking device for rotary feedstructure,Smart Materiles and Structures,25(2016),035032)，其结构如图1所示。由SMA丝1、顶紧弹簧2、楔块3、Y形爪4、复位弹簧6构成。该锁紧机构工作时，如图1(a)所示，在锁紧状态下，楔块3顶起Y形爪4，楔块与Y形爪的接触面形成自锁，同时，Y形爪压紧馈源组件上的锁紧边5，实现Y形爪的锁紧，当馈源组件需要释放时，对SMA丝1通电，使其收缩，将楔块抽出，Y形爪在预压缩的复位弹簧6作用下下降，释放馈源组件，如图1(b)所示。为了增大解锁状态下Y形爪与飞轮的保护间隙，将Y形爪下端设计为自锁楔面和凸台连接的结构，当楔块抽出一定距离后，Y形爪落下，需要复位时，需要采用特定的复位工装将Y形爪托起，同时将楔块向右拉伸，重新顶起Y形爪，实现对馈源组件的锁紧。

该解锁机构具有解锁载荷大，可靠性高等优点，但其也存在如下三个较大的缺点：

(1)不能自动复位，不便于操作。该解锁机构在释放之后，若需重复锁紧，需要使用外加工装将Y形爪向上托，同时将楔块向右拉伸，复位工序较为复杂，单人无法操作完成。

(2)同步性差，可靠性受限。锁紧一个飞轮，需要对称布置4个该解锁机构，因此，机构同步性难以保证，可靠性受限于4个锁紧机构的同步性，如果有一个解锁机构解锁不充分，就可能造成飞轮无法得到释放。

(3)限位结构复杂。由于该机构采用楔面和凸台形式，因此限位结构较为复杂。

发明内容

本发明主要解决现有技术中SMA－弹簧锁紧释放机构无法自动复位、同步性较差的问题，提供一种可重复锁紧、同步性高、抗振动、冲击载荷能力强的SMA－弹簧驱动的飞轮锁紧机构。