基于两瓣式分瓣螺母的冗余电机驱动型星箭分离装置的设计

摘要

航天发射任务中常采用各种分离装置用于卫星、整流罩、太阳帆板等的释放分离，火工分离装置使用最早且最普遍，其可靠性很高，但释放冲击大。随着小卫星的发展，小卫星内部元件的灵敏度越来越高，传统的火工分离装置释放冲击大，易对灵敏元件造成破坏。本文以小型航天器的星箭分离为应用背景，基于两瓣式分瓣螺母实现夹紧连接和释放分离功能，并以直流电机作为解锁触发驱动器，研制一种承载大、释放快、冲击小、可重复测试的非火工星箭分离装置。
　　首先，基于完整螺母与螺栓螺纹啮合承载理论，研究各圈螺纹的载荷分布情况，并分析静载时两瓣式非完整分瓣螺母的螺纹承载能力；研究施加预紧力时，螺栓的拧紧力矩和螺栓预紧力之间的关系，为后续设计和试验提供理论基础。
　　然后，根据承载能力、释放分离时间、释放冲击等指标要求，借助SolidWorks三维绘图软件设计一种新型非火工分离装置，该装置利用释放夹（两瓣式非完整分瓣螺母）实现对连接螺栓的夹紧连接和释放分离，以四杆机构控制释放夹的状态，借助8个滚珠实现装置连接时的锁紧约束，并以冗余直流电机作为解锁触发驱动器。
　　接着，针对设计的分离装置三维模型，利用 ANSYS软件验证装置承载能力，并借助其预应力模态分析模块，验证装置是否会因外界振动激励而发生误解锁；借助AD AM S软件模拟装置解锁释放分离过程。
　　最后，在上述基础上，研制分离装置样机模型，分别进行预紧力标定试验、释放分离时间试验、释放冲击试验、高低温操作试验等，试验表明分离装置能满足大承载、快速释放分离、低释放冲击、耐高低温、可重复测试等要求。

目录

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文的主要研究内容

第2章 两瓣式非完整分瓣螺母螺纹啮合承载分析

2.1 引言

2.2 完整螺母的螺纹承载受力分析

2.3 两瓣式非完整分瓣螺母螺纹承载受力分析

2.4 预紧过程螺纹的力学分析

2.5 本章小结

第3章 冗余电机驱动型点式星箭分离装置方案设计

3.1 引言

3.2 分离装置设计要求

3.3分离装置结构设计研究

3.4 滚珠接触应力分析

3.5 锁紧机构运动学分析

3.6 释放夹张开角度分析

3.7 解锁性能分析

3.8 本章小结

第4章 分离装置静力学特性及动力学仿真分析

4.1 引言

4.2 锁紧连接状态静力学仿真

4.3 分离装置预应力模态分析

4.4 释放分离过程动力学仿真

4.5 本章小结

第5章 分离装置性能测试试验

5.1 引言

5.2 分离装置样机加工及装配

5.3 预紧力标定试验

5.4 释放分离时间测试

5.5 释放冲击测试

5.6 高低温操作试验

5.7 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

声明

致谢