[发明专利]轻型无冲击可重复利用的热刀式锁紧释放装置及控制方法

说明书

技术领域

本发明是关于航天技术领域，特别涉及轻型无冲击可重复利用的热刀式锁紧释放装置及控制方法。

背景技术

随着航天技术的发展，越来越多的部件需要在轨展开。由于部件的重量及其对冲击环境的敏感性不同，需要不同的锁紧释放装置。火工装置是航天器上使用最早，也是最常用的锁紧释放装置。但火工装置也有一些不可克服的缺点，如：作动时对结构产生很大的解锁冲击；爆炸后产生的气体存在化学污染性；安全隐患较为明显和只能一次性使用等。在某些航天器上已不适合使用，因此，非火工装置的开发研究受到了越来越多的重视。

目前，国内外的热刀式锁紧释放技术都主要是利用高温共烧陶瓷电热元件(刀片形结构)熔断凯夫拉绳(熔点大于500℃)，但其构造相对复杂，质量、体积、所需功率和工作电压均较大(约40w，约42v)，由于热刀刀片形结构较尖锐，在与捆绳接触时，由于振动摩擦容易造成彼此间的损坏，且对捆绳的蠕变和张力敏感。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术中的不足，提供一种无冲击、无污染、可靠性高、可重复利用、体积小、重量极轻、所需功率电压电流都很小的热刀式锁紧释放装置及其控制方法。为解决上述技术问题，本发明的解决方案是：

提供轻型无冲击可重复利用的热刀式锁紧释放装置，用于实现展开机构的锁紧和释放，所述热刀式锁紧释放装置包括热刀、热刀支座、限位装置、碳纤维薄壁杆件和组合捆绳；所述热刀固定在热刀支座上，热刀支座和限位装置分别固定在不同的碳纤维薄壁杆件的外表面上；所述组合捆绳用于捆绑锁紧展开机构，并能将固定有热刀支座或者限位装置的碳纤维薄壁杆件一同捆绑在展开机构的外表面上，其中，限位装置用于限定组合捆绳的位置；

所述热刀为圆柱筒形结构的热刀，筒形结构内部设有一根电热丝，电热丝外部包裹有氧化镁粉末，筒形结构的两端分别采用硅橡胶封口，且筒形结构的一端引出两根导线，每根导线的一端引出筒形结构用于连接电源，另一端在筒形结构内部与电热丝连接；

所述组合捆绳是凯夫拉绳和迪尼玛绳连接组合而成的捆绳，并保证组合捆绳锁紧展开机构时，组合捆绳中的凯夫拉绳与固定有限位装置的碳纤维薄壁杆件接触，组合捆绳中的迪尼玛绳与固定有热刀的碳纤维薄壁杆件接触，即保证热刀与迪尼玛绳接触；热刀能通过通电加热熔断压在其表面的迪尼玛绳。

在本发明中，所述热刀的外筒壁为不锈钢材质的外筒壁，热刀中的电热丝为金属合金材料材质的电热丝。

在本发明中，所述热刀支座为U型槽结构的支座，U型槽结构的槽底设有通孔，用于将热刀支座通过抽芯铆钉铆接的方式固定在碳纤维薄壁杆件的外表面上；U型槽结构的两个槽边设有安装孔和螺纹孔，用于将热刀穿过两个槽边上的安装孔，并利用螺丝通过螺纹孔固定热刀。

在本发明中，所述限位装置通过抽芯铆钉铆接的方式固定在碳纤维薄壁杆件的外表面上。

在本发明中，所述组合捆绳中的凯夫拉绳和迪尼玛绳通过八字形铝制接头连接，且凯夫拉绳和迪尼玛绳的直径相同。

在本发明中，所述热刀式锁紧释放装置设有四根碳纤维薄壁杆件，其中，两根碳纤维薄壁杆件上设有热刀，另外两根碳纤维薄壁杆件上固定有限位装置；并保证组合捆绳锁紧展开机构时，热刀与限位装置在展开机构上呈交叉对称分布，即热刀与限位装置相互间的夹角为90度。

在本发明中，所述组合捆绳采用5/12凯夫拉绳、1/12迪尼玛绳、5/12凯夫拉绳、1/12迪尼玛绳依次连接而成的组合绳。

提供基于所述的热刀式锁紧释放装置的控制方法，用于实现展开机构的锁紧和释放，展开机构用于固定在小卫星上工作，所述控制方法具体包括下述步骤：

步骤A：利用任意一根绳子将展开机构捆绑成收拢状态，并将固定有热刀的碳纤维薄壁杆件、固定有限位装置的碳纤维薄壁杆件一同捆绑在展开机构的外表面上，绳子经过两处限位装置、两个热刀，捆扎在整个展开机构的中部外表面上；

步骤B：将预应力施加装置的钢索上下两端固定，并将步骤A中初始捆绑好的展开机构固定在小卫星上，小卫星下方采用预应力施加装置中的合适高度的平台支撑；再将事先计算好长度的组合捆绳两端分别沿相对的方向穿过八字形铝制接头，围成一个环形，套在展开机构的外表面上，利用限位装置和热刀支座完成组合捆绳的限位；将组合捆绳穿过八字形铝制接头的上下两端分别与筒形拉力计和钢索相连接，然后剪断初始捆绑的绳子，并确保钢索、筒形拉力计、花篮螺栓，以及用于连接组合捆绳两端的八字形铝制接头，都在同一铅锤线上；