本發(fā)明屬于分離機構(gòu)，特別涉及一種基于多級杠桿的多層組合衛(wèi)星壓緊釋放機構(gòu)及方法，該機構(gòu)/方法可實現(xiàn)多層組合衛(wèi)星在發(fā)射過程中的可靠壓緊連接，分離時機構(gòu)動作解除約束，實現(xiàn)多層組合衛(wèi)星的分離，具有結(jié)構(gòu)簡單，承載能力大，分離沖擊小等優(yōu)點。

背景技術(shù)：

1、近年來，低軌高密度星座系統(tǒng)的建設(shè)需求不斷增強，各星座系統(tǒng)的衛(wèi)星數(shù)量呈現(xiàn)急劇增加的趨勢。一箭多星發(fā)射不僅可以充分利用火箭整流罩內(nèi)的空間，還可以降低單顆衛(wèi)星的發(fā)射成本，提高發(fā)射效率。針對未來高密度發(fā)射衛(wèi)星的多星發(fā)射需求，開展堆疊式衛(wèi)星發(fā)射過程中的星箭連接分離機構(gòu)設(shè)計研究，具有極其重要的意義與價值。

2、國內(nèi)外針對多層堆疊組合式衛(wèi)星的發(fā)射開展了壓緊釋放機構(gòu)的研制。多層堆疊式衛(wèi)星的壓緊普遍采用螺紋預(yù)緊的形式，解鎖分離時，一般通過內(nèi)置的解鎖機構(gòu)解除壓緊桿或者壓緊盤的限位，實現(xiàn)解鎖。目前的解鎖機構(gòu)一般采用分離螺母、爆炸螺栓或者拔銷器來實現(xiàn)，通過較大的解鎖驅(qū)動力來解除壓緊組件的連接限位，壓緊力越大驅(qū)動力越大，解鎖裕度越小。此外壓緊力的突然釋放也會產(chǎn)生較大的沖擊，可能會對衛(wèi)星造成損傷。因此亟需開展小驅(qū)動力、微沖擊的壓緊釋放機構(gòu)研制。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明人進行了銳意研究，提供了一種基于多級杠桿的多層組合衛(wèi)星壓緊釋放機構(gòu)及方法，解決以下至少一個技術(shù)問題：能夠?qū)⒍鄬佣询B式衛(wèi)星可靠壓緊與分離；和/或通過多級杠桿降低驅(qū)動力需求大小，提高解鎖裕度；和/或通過采用非火工的驅(qū)動能源和壓緊力緩釋的方案降低分離沖擊。

2、本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下：

3、第一方面，一種多層組合衛(wèi)星壓緊釋放機構(gòu)，所述衛(wèi)星外沿安裝有多個承力柱，層層堆疊組合后相鄰的衛(wèi)星之間通過承力柱對接定位；所述壓緊釋放機構(gòu)包括預(yù)緊螺母、壓緊盤、分離彈簧、壓緊桿、單向轉(zhuǎn)動鉸鏈和解鎖組件；

4、兩個壓緊桿下部分別通過單向轉(zhuǎn)動鉸鏈與底部的解鎖組件連接，單向轉(zhuǎn)動鉸鏈通過內(nèi)置的單向軸承實施鉸鏈的單向轉(zhuǎn)動；解鎖組件與底部衛(wèi)星的承力柱配合貼緊，衛(wèi)星層層堆疊后壓緊盤與頂部的衛(wèi)星承力柱配合貼緊；

5、兩個壓緊桿頂端穿過壓緊盤預(yù)置的兩個連接孔，并通過壓緊桿頂端的外螺紋與預(yù)緊螺母進行連接預(yù)緊，給衛(wèi)星承力柱提供向下的壓緊力，在解鎖組件對衛(wèi)星解鎖時壓緊力釋放；壓緊釋放機構(gòu)與衛(wèi)星承力柱之間安裝分離彈簧，分離彈簧與衛(wèi)星承力柱外表面貼緊并壓縮，提供分離后壓緊桿的展開驅(qū)動力。

6、結(jié)合第一方面，所述兩個壓緊桿上安裝有多個橫梁，至少一個橫梁上安裝有分離彈簧。

7、結(jié)合第一方面，所述解鎖組件包括基座殼體、鎖桿、鎖桿頂推彈簧、鎖緊搖臂、限位軸和驅(qū)動機構(gòu)；所述驅(qū)動機構(gòu)包括驅(qū)動搖臂、驅(qū)動拉簧和解鎖機構(gòu)；所述壓緊桿通過單向轉(zhuǎn)動鉸鏈與鎖桿連接，鎖桿通過基座殼體和鎖緊搖臂的限位結(jié)構(gòu)限位；鎖桿頂推彈簧與基座殼體通過緊固件安裝，彈簧力頂推鎖桿底部，鎖桿解鎖后給鎖桿提供向上的推力；

8、鎖緊搖臂和限位軸固定在基座殼體上，且均可沿軸向轉(zhuǎn)動，限位軸兩端均設(shè)計為異形表面的近半圓柱型結(jié)構(gòu)，兩端的近半圓柱型結(jié)構(gòu)外圓柱面分別與兩個鎖緊搖臂配合實施限位，限制鎖緊搖臂向解鎖方向轉(zhuǎn)動；當驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動限位軸開始旋轉(zhuǎn)，鎖緊搖臂與限位軸的接觸面始終貼緊并沿著異形表面開始產(chǎn)生微小的轉(zhuǎn)動，提前釋放部分壓緊力，當限位軸旋轉(zhuǎn)至外圓柱面完全與鎖緊搖臂脫離，鎖緊搖臂轉(zhuǎn)動，限位結(jié)構(gòu)解除對鎖桿的限位，鎖桿在壓緊力反作用力和鎖桿頂推彈簧的頂推力作用下向上運動，解除對衛(wèi)星承力柱的壓緊；

9、限位軸中部與驅(qū)動搖臂一端固定并可傳遞扭矩和轉(zhuǎn)動位移，驅(qū)動搖臂上固定驅(qū)動拉簧，驅(qū)動拉簧的另一端固定在基座殼體上，給驅(qū)動搖臂提供解鎖需要的驅(qū)動力矩；驅(qū)動搖臂的另一端通過解鎖機構(gòu)進行限位，限制其沿解鎖方向轉(zhuǎn)動；在解鎖機構(gòu)解除對驅(qū)動搖臂的限位時，驅(qū)動搖臂在驅(qū)動拉簧的作用下轉(zhuǎn)動，進而驅(qū)動限位軸轉(zhuǎn)動。

10、結(jié)合第一方面，所述限位軸兩端的近半圓柱型結(jié)構(gòu)，沿限位軸轉(zhuǎn)動方向的曲率半徑逐漸減小。

11、結(jié)合第一方面，所述鎖緊搖臂包括轉(zhuǎn)動軸和撥片，撥片與限位軸配合，轉(zhuǎn)動軸上加工有限位結(jié)構(gòu)，對鎖桿限位。

12、結(jié)合第一方面，所述壓緊桿下端為單支耳或雙支耳，鎖桿上端為雙支耳，單向轉(zhuǎn)動鉸鏈包括單向軸承和轉(zhuǎn)軸，壓緊桿下端單支耳或雙支耳插入鎖桿雙支耳間，單向軸承固定在雙支耳上，轉(zhuǎn)軸貫穿單向軸承、鎖桿上端雙支耳、壓緊桿下端支耳并與壓緊桿下端支耳緊密連接，通過貫穿單向軸承、鎖桿上端雙支耳、壓緊桿下端支耳的轉(zhuǎn)軸完成壓緊桿與鎖桿的轉(zhuǎn)動連接。

13、結(jié)合第一方面，所述解鎖機構(gòu)包括兩個電機、兩個解鎖擺桿、兩個小軸承和蹺蹺板；兩個電機通過緊固件固定在基座殼體上，兩個解鎖擺桿分別與兩個電機的輸出軸連接，兩個解鎖擺桿端部通過緊固件固定小軸承，小軸承外圈與蹺蹺板接觸；蹺蹺板與驅(qū)動搖臂端部通過鉸鏈轉(zhuǎn)動連接，能夠繞著驅(qū)動搖臂的長度方向轉(zhuǎn)動；正常解鎖時兩個電機分別向相反方向轉(zhuǎn)動，兩個解鎖擺桿向兩側(cè)擺開，解除對蹺蹺板的約束，驅(qū)動搖臂在驅(qū)動拉簧的作用下轉(zhuǎn)動、解鎖；單電機故障時，任一電機工作，單解鎖擺桿擺動，蹺蹺板的一側(cè)解除約束，另一側(cè)未解除，蹺蹺板沿著驅(qū)動搖臂的長度方向轉(zhuǎn)動，蹺蹺板通過單邊翹起解除約束，實現(xiàn)雙電機冗余解鎖。

14、結(jié)合第一方面，所述驅(qū)動機構(gòu)包括齒輪減速箱和伺服電機，齒輪減速箱的輸出端與限位軸連接，齒輪減速箱輸入端與伺服電機連接。齒輪減速箱將伺服電機輸出的驅(qū)動力矩放大后直接驅(qū)動限位軸轉(zhuǎn)動，實施壓緊釋放機構(gòu)的解鎖。

15、結(jié)合第一方面，所述驅(qū)動機構(gòu)包括拉桿驅(qū)動搖臂、拉桿、電動推桿和星型轉(zhuǎn)盤；其中拉桿驅(qū)動搖臂與限位軸連接，拉桿驅(qū)動搖臂和拉桿之間通過萬向節(jié)連接，四個拉桿與星型轉(zhuǎn)盤之間通過萬向節(jié)連接，星型轉(zhuǎn)盤在盤中間位置通過鉸鏈與衛(wèi)星支架連接，能夠沿著鉛錘方向轉(zhuǎn)動，電動推桿和星型轉(zhuǎn)盤之間通過連接結(jié)構(gòu)連接，通過電動推桿的側(cè)向頂推轉(zhuǎn)換為星型轉(zhuǎn)盤的扭轉(zhuǎn)，同步拉動多個拉桿，驅(qū)動多個拉桿驅(qū)動搖臂轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)壓緊釋放機構(gòu)同步解鎖。

16、第二方面，一種多層組合衛(wèi)星壓緊釋放方法，其特征在于，采用第一方面所述的多層組合衛(wèi)星壓緊釋放機構(gòu)，包括：

17、在壓緊過程，將壓緊分離機構(gòu)與衛(wèi)星支架連接，底部衛(wèi)星的承力柱與底部解鎖組件通過錐面配合貼緊，將堆疊式衛(wèi)星層層堆疊，壓緊盤與頂部衛(wèi)星的承力柱通過錐面配合貼緊；兩個壓緊桿頂端穿過壓緊盤預(yù)置的兩個連接孔，并通過壓緊桿頂端的外螺紋與預(yù)緊螺母進行連接預(yù)緊，給衛(wèi)星承力柱提供向下的壓緊力；

18、在解鎖分離過程，通過驅(qū)動機構(gòu)帶動限位軸轉(zhuǎn)動，當限位軸旋轉(zhuǎn)確定角度后，兩端的近半圓柱型結(jié)構(gòu)的外圓柱面同時與兩個鎖緊搖臂脫離，鎖緊搖臂轉(zhuǎn)動，解除對鎖桿的限位，鎖桿在壓緊力的反作用力和鎖桿頂推彈簧的頂推力作用下向上運動，解除對衛(wèi)星承力柱的壓緊，此時壓緊盤與頂部衛(wèi)星承力柱脫開，分離彈簧提供初始驅(qū)動力矩，驅(qū)動壓緊桿及安裝在壓緊桿上的零組件整體繞單向轉(zhuǎn)動鉸鏈轉(zhuǎn)動，單向轉(zhuǎn)動鉸鏈通過內(nèi)部的單向軸承確定鉸鏈只繞展開方向轉(zhuǎn)動；當壓緊桿及安裝在壓緊桿上的零組件一起繞單向轉(zhuǎn)動鉸鏈轉(zhuǎn)動至限位角度之后，在壓緊桿-鎖桿轉(zhuǎn)接部位限位及單向轉(zhuǎn)動鉸鏈共同作用下鎖定，隨后堆疊式衛(wèi)星在內(nèi)置分離彈簧的作用下完全分離。

19、根據(jù)本發(fā)明提供的一種基于多級杠桿的多層組合衛(wèi)星壓緊釋放機構(gòu)及方法，具有以下有益效果：

20、(1)本發(fā)明提供的一種基于多級杠桿的多層組合衛(wèi)星壓緊釋放機構(gòu)，采用模塊化設(shè)計，一個機構(gòu)可以實現(xiàn)一個壓緊點的可靠壓緊與分離，可依據(jù)實際壓緊點數(shù)量與布局，配套多個壓緊釋放機構(gòu)實現(xiàn)多層堆疊式衛(wèi)星的可靠壓緊與分離，解鎖時多個機構(gòu)可同步通電解鎖，且通過調(diào)整壓緊桿長度便可適應(yīng)不同層數(shù)衛(wèi)星的使用需求；

21、(2)本發(fā)明提供的一種基于多級杠桿的多層組合衛(wèi)星壓緊釋放機構(gòu)，提出了多種非火工能源驅(qū)動方案，可以有效降低分離沖擊，并實現(xiàn)機構(gòu)多次重復(fù)使用；

22、(3)本發(fā)明提供的一種基于多級杠桿的多層組合衛(wèi)星壓緊釋放機構(gòu)，解鎖組件中采用雙電機冗余解鎖機構(gòu)，只要有一個電機工作就可以觸發(fā)解鎖，保證了機構(gòu)解鎖的可靠性。并通過在解鎖擺桿上增加小軸承，將滑動摩擦轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)動摩擦，降低摩擦阻力矩，提高驅(qū)動力裕度；

23、(4)本發(fā)明提供的一種基于多級杠桿的多層組合衛(wèi)星壓緊釋放機構(gòu)，驅(qū)動搖臂和解鎖搖臂通過杠桿作用放大驅(qū)動力的力臂，降低對驅(qū)動力大小的需求，實現(xiàn)小驅(qū)動力觸發(fā)大承載力解鎖的功能，提高解鎖裕度；

24、(5)本發(fā)明提供的一種基于多級杠桿的多層組合衛(wèi)星壓緊釋放機構(gòu)，限位軸兩端均設(shè)計為異形表面的近半圓柱型結(jié)構(gòu)，沿限位軸轉(zhuǎn)動方向近半圓柱型結(jié)構(gòu)的曲率半徑逐漸變小，異形截面的限位軸可實現(xiàn)預(yù)緊力的緩慢釋放，進一步降低分離沖擊；

25、(6)本發(fā)明提供的一種基于多級杠桿的多層組合衛(wèi)星壓緊釋放機構(gòu)，采用單向轉(zhuǎn)動鉸鏈連接壓緊桿和解鎖組件，單向轉(zhuǎn)動鉸鏈通過內(nèi)部的單向軸承保證鉸鏈只可繞展開方向轉(zhuǎn)動，該單向轉(zhuǎn)動鉸鏈設(shè)計，防止壓緊桿回彈，避免壓緊桿與衛(wèi)星產(chǎn)生碰撞，保證衛(wèi)星分離的安全性。