航天非火工压紧释放装置研究综述

压紧释放装置是航天器机构系统中的核心部件,决定了连接承载能力与分离冲击大小。针对航天器对于低冲击解锁分离装置的迫切要求,梳理了近期国内外记忆合金、热切割、石蜡致动和电磁致动4类航天非火工压紧释放装置的相关研究进展,分别对其技术途径、作动机理、性能参数等进行介绍与评述。对国内外研究进行对比分析,总结了我国非火工压紧释放装置技术领域亟需突破的研究方向与关键技术,例如轻量化、低冲击、宽温度范围、高响应速度与高一致性、可重复、低成本。

热刀式压紧释放装置释放可靠性验证试验及评估方法

介绍热刀式压紧释放装置的功能及工作原理,确定该型压紧释放装置的释放可靠性特征量为核心元件"热刀"的可使用次数。基于"热刀"元件使用次数服从泊松分布的基本假设,提出该型压紧释放装置的释放可靠性验证试验及评估方法,包括选择试验方法、确定试验件的状态、试验条件、试验程序、故障判据及可靠性评估方法,并给出了应用示例,可为其释放可靠性评估提供技术途径。

一种形状记忆合金压紧释放装置设计与试验

研制了一种压紧释放装置,利用分组滚棒减小释放阻力,采用微小间隙(≤0.05mm)主动控制压紧面横向位移,由形状记忆合金(SMA)丝作为装置驱动源。文章提出了求解释放阻力与SMA回复力的设计方法,并对部件关键参数进行了设计与分析。经过试验验证,在预紧载荷12 000N、供电电流2A、-15℃真空环境下,释放时间为7.6s。与测量结果相比,释放时间与回复位移计算误差小于5%。此SMA压紧释放装置结构简单、功耗低、压紧面滑动微小,适用于精密展开部件的压紧与释放。

热刀致动的压紧释放装置研制

论述了一种无冲击、无污染、安全性好和地面测试时可重复使用的非火工压紧释放装置——热刀致动的压紧释放装置的原理,详细说明了设计和相关试验。

某航天器压紧释放装置结构设计与分析

为了给某微小型航天器设计一种新型的非火工压紧释放装置,采用了弹簧连杆式分离机构,对其可行性进行了分析。介绍了该压紧释放装置的工作原理,并通过理论计算求出该装置燃断器的燃断时间,然后进行试验验证,基于ANSYS Workbench软件进行了压紧状态下的随机振动仿真分析。结果表明,该燃断器的燃断时间可靠,理论值与试验值误差在15%以内,如果添加10 N预拉力,燃断时间可减少约10%。在压紧状态下该装置振动环境适应性好,并且能够及时释放转子。

压紧释放装置记忆合金丝连接件设计

为实现用于基于记忆合金的回转型压紧释放装置中的记忆合金与驱动元件的连接,设计出一种互换性强的连接机构,以实现不需要更换连接件或拆卸驱动元件,就可安装不同直径的记忆合金丝。通过介绍并选择记忆合金的驱动方式,分析连接指标,设计出连接机构中的凸轮和夹座,并对销进行理论校核,最后根据某压紧释放装置的需要为例,分析了夹座的强度,校核销的可靠性,验证机构的合理性。

某航天器压紧释放装置结构设计与分析

为了给某微小型航天器设计一种新型的非火工压紧释放装置,采用了弹簧连杆式分离机构,对其可行性进行了分析。介绍了该压紧释放装置的工作原理,通过理论计算求出该装置燃断器的燃断时间,进行试验验证,基于ANSYS Workbench软件进行了压紧状态下的随机振动仿真分析。结果表明,该燃断器的燃断时间可靠,理论值与试验值误差在15%以内,如果添加10 N预拉力,燃断时间可减少约10%。在压紧状态下该装置振动环境适应性好,并且能够及时释放转子。该压紧释放装置可满足微小型航天器精密机构的要求。

一种弱响应压紧释放装置研究

对某卫星桁架与可展开天线板间的压紧释放连接设计进行了研究。根据整星振动试验中对传统压紧释放装置的响应测试结果,设计了一种连接桁架与可展开天线板的弱响应压紧释放装置,在保证压紧装配的便捷性和可靠解锁展开的可靠性的同时,有效改进了桁架至可展开天线板的力学传递特性,使振动响应传递至可展开天线板上时得到有效遏制。试验验证结果表明:该弱响应压紧释放装置能较大程度减弱振动响应的放大,特别适于有集中载荷的可展附件与桁架间的压紧释放设计,也可用于卫星其他类型可展开柔性附件。

新型柔索式杆束结构压紧释放装置

针对空间机械臂、空间可展开天线等空间机构在收拢状态的杆束结构压紧与释放问题,提出一种基于柔性索捆绑压紧与热刀释放的新型压紧释放装置。建立了柔索式压紧释放装置锁紧状态的力学模型,分析了静态压紧和考虑惯性载荷情况下的绳索预紧力变化情况,得到了满足可靠压紧的绳索预紧力设计值。基于质量和刚度等效,设计了机械臂杆束结构力学等效件,并进行了正弦与随机振动力学试验。试验结果验证了所设计的柔索式杆束结构压紧释放装置的可行性,并可以推广到具有复杂包络的杆束结构压紧释放中。

航天器用高性能纤维编织绳索研究进展

针对空间系绳、桁架式网状可展开天线、热刀压紧释放装置等航天器结构轻量化场景对高性能纤维编织绳索的应用需求,介绍了航天航空工业中常用高性能有机纤维的性能特点,编织绳索的几何结构类型以及在航天器结构中的应用现状。分析了编织绳索在航天器结构中应用存在的主要问题,认为编织绳索的蠕变和应力松弛性能是影响航天器长期服役过程中结构稳定性的关键因素;重点阐述了纤维材料、环境条件、载荷水平等因素对编织绳索蠕变和应力松弛性能的影响;最后指出当前研究中仍存在的一些关键问题,并针对这些问题提出研究建议,期望为航空航天用高性能、高稳定性、可调可控编织绳索的研制提供参考。