專利名稱：發(fā)射車輛和衛(wèi)星連接分離設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)射車輛和衛(wèi)星連接分離設(shè)備，當(dāng)?shù)竭_(dá)適當(dāng)?shù)母叨?，所?衛(wèi)星連接設(shè)備必須分離，其中所述連接通過緊固箍、使用多個作用在衛(wèi)星 上的多個夾具以及發(fā)射器接口環(huán)來執(zhí)行，且其中通過啟動所述箍的打開機(jī) 構(gòu)的電學(xué)傳遞的命令來執(zhí)行所述分離。具體而言，本發(fā)明涉及其中由所述箍的打開導(dǎo)致的干擾減小至最小的 發(fā)射車輛和衛(wèi)星連接分離設(shè)備。
背景技術(shù)：
從用于將載荷承載至外空間技術(shù)的開發(fā)之初，對于不同的結(jié)構(gòu)或者形 成承載車輛的多個階段開發(fā)了許多連接和分離系統(tǒng)，且所述系統(tǒng)特別用于 將承載車輛接合到有效載荷或者衛(wèi)星?；跓熁鹬圃煨g(shù)的繩或者爆炸螺栓 的連接是有效的且可靠的，但是它們產(chǎn)生了高級別的振動干擾或者沖擊， 所述干擾或者沖擊隨著整個車輛移動直到到達(dá)最敏感的元件。這樣，這些 類型的連接對于遠(yuǎn)離所述衛(wèi)星的車輛階段分離是有所保留的。為了分離衛(wèi) 星，需要在保持它們的接合有效性的同時不產(chǎn)生在例如如上所述的分離的 干擾效應(yīng)的系統(tǒng)?；趯⒔雍现渭ㄟ^電纜或者螺栓預(yù)加載而開發(fā)了連接分離元件， 接著所述電纜或者螺栓用煙火制造術(shù)切割器或者熱刀具切割，或者兩個原 先切割的端部用煙火制造術(shù)螺帽或者電動機(jī)械螺帽分離。這些和其他相似 的裝置對于接合分離輕重量的結(jié)構(gòu)(例如天線或者太陽能面板)是有效的， 但是對于接合具有圓柱形的接口的大結(jié)構(gòu)、它們并不是最合適的。在這些 情況下，或者需要許多這些離散元件安置成圓形從而導(dǎo)致可靠性的降低，或者這些離散元件中的一些安置成圓形從而導(dǎo)致連接載荷的增加。用于接合具有旋轉(zhuǎn)對稱的大結(jié)構(gòu)的最有效的系統(tǒng)之一是基于稱為"Marman clamp Band"的連接，所述"Marman clamp Band"包括一組楔 或者V形夾具，所述一組楔或者V形夾具相對將被接合的也是V形的結(jié)構(gòu)的 接口環(huán)通過彈性箍的作用預(yù)加載，所述彈性箍圍繞夾具緊固。該系統(tǒng)相對 于前述的這些的主要優(yōu)點(diǎn)在于預(yù)加載通過連續(xù)的方式圍繞所述結(jié)構(gòu)執(zhí)行， 而沒有局部過載且由于楔效應(yīng)、有效因子增加。相比較而言，缺點(diǎn)在于， 該非常均勻的預(yù)載荷導(dǎo)致接口環(huán)軸向?qū)ΨQ地彈性變形，當(dāng)突然釋放時，該 彈性變形將轉(zhuǎn)變?yōu)檫@些環(huán)的元件質(zhì)量的動能，即在對應(yīng)于該對稱模式的自 然頻率上的高加速的振動信號。因此，再次獲得不利的沖擊?；诂F(xiàn)有技術(shù)的系統(tǒng)通常使用兩個張緊半箍，所述兩個張緊半箍通過 兩個螺栓接合以被兩個煙火制造術(shù)元件(pyrotechnic elements)切割。 具有對稱平面的該布置通過減小軸向?qū)ΨQ振動模式的可激發(fā)性而改進(jìn)千 擾的產(chǎn)生，但是仍然維持激發(fā)這些模式的較大的容量，即使進(jìn)一步地考慮 到具有小橫截面且高張力的鋼帶，即該鋼帶是極度拉伸的，且被使用、由 此張力松弛非常迅速且是非常對稱的。為了理解該思想，圍繞直徑稍微大 于lm的接口張緊到30認(rèn)的箍產(chǎn)生具有加速至5000G的沖擊。結(jié)果，開發(fā)了箍一夾具型的新裝置，此后將被稱為"CRSS"的西班牙 專利No.2 131 476的目的是對于與上述相同的參數(shù)的情況下減小所產(chǎn)生的 沖擊到2000G以下的值。為了該目的，其將兩個開口點(diǎn)減小到一個，這轉(zhuǎn) 變成箍相對于接口環(huán)的分離速度的減速，在將其本身遠(yuǎn)離它們之前且接著 延遲這些環(huán)的自由振動的開始而保持更長時間的接觸。進(jìn)一步地，所述系 統(tǒng)修改了箍設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)，這變成了具有更大橫截面的鋁箍，從而當(dāng)緊固時、 隨著箍本身上聚集的彈性能的減小，相當(dāng)?shù)卦黾恿藙偠?，且因此增加了?載荷承載效應(yīng)。盡管有這些優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)槠浠谇懈钔ㄟ^煙火制造術(shù)切割器 接合分離端子的螺栓、松弛命令仍然是立即的，且松弛時間不受控，僅依 賴于與接口的摩擦力以及系統(tǒng)的動力。最近開發(fā)的另一裝置具有控制該松弛時間的能力，稱為"CB0D"( — 種由SAABERICSSON開發(fā)的箍以及STARSYS控制打開機(jī)構(gòu))。該系統(tǒng)在單個端部上并入箍開口，例如CRSS，且增加了一個能量制動和吸收機(jī)構(gòu)。所述機(jī) 構(gòu)通過保持定位在兩個端子處的螺釘而作用在所述系統(tǒng)上。這些螺釘被施 力以通過與作用輪相連的螺紋。傳遞到螺紋的箍張力迫使作用輪進(jìn)行旋轉(zhuǎn) 運(yùn)動以讓箍本身與這些作用輪分離。在所述輪中引起的旋轉(zhuǎn)動能允許使得所述系統(tǒng)慢下來。使用該系統(tǒng)，對于60KN的張力、減小沖擊加速度至1000G的值。該系統(tǒng)的缺點(diǎn)在于、由于其需要螺釘完全且立即釋放以保證箍從所述 環(huán)接口釋放而喪失可靠性。進(jìn)一步地，隨著箍張力的松弛，退出螺釘?shù)目?獲得的能量更小且因此，用于布置的安全裕度減小。所述系統(tǒng)保持Marman 型箍彈性值，所述彈性值在作用輪之內(nèi)需要更大的螺釘路徑，這對于更大 的接口直徑就更大。另一方面，當(dāng)直接支撐所述箍張力時、即隨著需要承 載更大的載荷，螺釘?shù)某叽缈赡苁侵匾?，這通過增加箍張力來實(shí)現(xiàn)，直 接通過所述機(jī)構(gòu)的載荷是更大的。在用所提出的受控打開機(jī)構(gòu)改進(jìn)分離性能的同時、由Huessler在美國 專利5， 157， 816中描述的系統(tǒng)解決了上述的許多問題。所提出的所述機(jī) 構(gòu)包含螺栓，所述機(jī)構(gòu)通過壓縮來工作，而不是如在上述的情況下的牽引 來工作。這通過將所述箍的端部延伸超出相聚點(diǎn)并將它們通過兩個關(guān)節(jié)接 合到螺栓的端部。所述箍張力在螺栓中轉(zhuǎn)變成壓縮力，且不需要切割所述 螺栓以打開所述系統(tǒng)，但是只讓該系統(tǒng)離開非穩(wěn)定平衡。這是這樣實(shí)現(xiàn)的 將所述系統(tǒng)安置在非穩(wěn)定位置中，趨于打幵且將其用任何煙火制造術(shù)或者 電動機(jī)械裝置來保持，所述裝置將釋放該系統(tǒng)。該系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)在于、 增加彈簧以在打幵期間使得螺栓的旋轉(zhuǎn)速度慢下來。該制動彈簧可以被微 調(diào)至所述系統(tǒng)要求。進(jìn)一步地，當(dāng)所述系統(tǒng)打開時，需要繼續(xù)打開的張力 減小，因此安全裕度增加。所述系統(tǒng)的缺點(diǎn)在于，所述系統(tǒng)需要執(zhí)行張緊 的機(jī)構(gòu)。實(shí)際上，所述機(jī)構(gòu)本身被提議為張緊系統(tǒng)，所述張緊系統(tǒng)讓所述 機(jī)構(gòu)的啟動位置具有與將其投入生產(chǎn)的結(jié)果相關(guān)的一些不確定性，這導(dǎo)致 性能再現(xiàn)性中缺乏確定性。用于將圓柱形結(jié)構(gòu)部件彼此連接的另一公知設(shè)備公開在美國專利5， 411， 319中。該文獻(xiàn)公開了結(jié)構(gòu)部件的圓柱形主體，例如航天器和火箭部 分或者通過可釋放連接裝置彼此連接的兩個火箭部分，所述結(jié)構(gòu)部件具有徑向突出的凸緣，所述凸緣面向彼此并被連接裝置包圍，所述連接裝置包 括可變形拉伸元件。對于所述特征以及用于制造這些特征，本發(fā)明用于解決前述的問題并 改進(jìn)這些系統(tǒng)的總體性能。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提出了一種發(fā)射車輛和衛(wèi)星連接分離設(shè)備，與已知設(shè)備一樣， 包括箍，所述箍具有內(nèi)通道，多個夾具以可滑動的方式安置在所述內(nèi)通 道中，所述箍施加在、在兩個車輛之間形成接合接口的環(huán)上，并設(shè)有其端 部的聯(lián)合分離設(shè)備，包括鎖定元件和用于對其解鎖的裝置，且與己知設(shè)備 相比一也包括用于徑向緊固箍一夾具組件的裝置。—所述聯(lián)合分離裝置也包括允許所述箍在兩個階段受控打開的結(jié) 構(gòu)，在第一階段，所述箍的端部移動，保持與所述環(huán)接觸，對應(yīng)于所述箍 的張緊的彈性能被耗散，且在第二階段中，所述箍與所述環(huán)分離直到到達(dá) 其停止位置。本發(fā)明的一個目的是最小化其接合的結(jié)構(gòu)上的緊固箍的分離、由在緊 固期間聚集的彈性能量的突然釋放所引起的沖擊。所提及的受控打開機(jī)構(gòu) 在箍從所述結(jié)構(gòu)有些分離之前耗散了相當(dāng)部分的能量，且所產(chǎn)生的沖擊將 只是由于殘余的能量所引起的沖擊。耗散機(jī)構(gòu)依次具有簡單的工作原理當(dāng)開始分離時， 一部分聚集的彈 性能用于移動質(zhì)量(將其轉(zhuǎn)換為動能)且所述箍同時被迫使不與其所接合 的結(jié)構(gòu)分離，即向其切向移動而沒有脫離接觸和摩擦(結(jié)果轉(zhuǎn)換為熱能)， 由此在有效分離時獲得殘余能量的減少。必須考慮的是，在由例如通過煙火制造術(shù)切割器切斷鎖定螺栓而導(dǎo)致 鎖定元件釋放所導(dǎo)致的箍的整個分離中，引起增加到如上所解釋的一個中 的沖擊(更重要的是在高頻率上)。在根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備中，將由鎖定元 件(例如鎖定螺栓)支承的張力通過杠桿系統(tǒng)等減小，這允許使用解鎖定元件(例如更少能量的切割器)，且傳遞到衛(wèi)星的沖擊因此得以減小。換言之，該機(jī)構(gòu)對箍的端子施力以執(zhí)行低速且優(yōu)選地切向初始運(yùn)動、 以及高速且優(yōu)選地徑向隨后運(yùn)動。該受控打開機(jī)構(gòu)增加到Huessler型元件系統(tǒng)，所述元件被連接成它們 迫使釋放使得運(yùn)動學(xué)變慢的系統(tǒng)的動能(kinematics),并適當(dāng)?shù)匮舆t它， 從而相當(dāng)?shù)馗倪M(jìn)了性能，所述使得運(yùn)動學(xué)變慢的系統(tǒng)將其轉(zhuǎn)變成與 Huessler螺栓等同但是具有更大質(zhì)量的元件的平移動能。另一方面，解決 了需要在CBOD中完全、立即釋放螺釘相關(guān)的可靠性問題。本發(fā)明的另一目的是避免打開關(guān)閉機(jī)構(gòu)的啟動和箍的啟動的連接，這 通過使用例如推桿的裝置來實(shí)現(xiàn)，所述推桿用于徑向地緊固箍一夾具組 件。這些定位在箍和夾具之間的推桿歇置在箍上并相對于接口環(huán)推動夾 具，這導(dǎo)致在這些環(huán)上的夾具的預(yù)加載。這意味著以與所有已知的系統(tǒng)完全不同的方式來承載所述設(shè)備。在已 知的系統(tǒng)中，箍緊固導(dǎo)致所述夾具的預(yù)加載，在本發(fā)明中發(fā)生相反的事情， 即本發(fā)明通過給予夾具必要的預(yù)加載、以及由此所產(chǎn)生的張力來幵始。用 于在例如CBOD機(jī)構(gòu)中斷開連接的受控打開機(jī)構(gòu)和箍的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則問題得到 解決，但是保持和改進(jìn)了Huessler機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)以及由于由夾具和箍之間的 摩擦所導(dǎo)致的性能損耗所導(dǎo)致的緊固限制問題。本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將從下述的其目的相對于所附視圖的示例 性實(shí)施例的下述詳細(xì)描述來收集。


圖l顯示了根據(jù)本發(fā)明的發(fā)射器車輛和衛(wèi)星連接設(shè)備的示意平面圖； 圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明的發(fā)射車輛和衛(wèi)星連接設(shè)備的透視圖； 圖3a、 3b和3c顯示了根據(jù)本發(fā)明的發(fā)射車輛和衛(wèi)星連接設(shè)備的組件的 不同視圖；圖4顯示了在施加徑向張力之前和之后組裝在接口環(huán)上的、根據(jù)本發(fā) 明的發(fā)射車輛和衛(wèi)星連接設(shè)備的兩個剖視圖；圖5a、5b示意地顯示了根據(jù)本發(fā)明的發(fā)射車輛和衛(wèi)星連接設(shè)備的受控 打開機(jī)構(gòu)的工作原理；圖6a、 6b和6c分別顯示了在打開開始時、其中箍從環(huán)分離開始以及在 最終停車的位置的時刻、根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的發(fā)射車輛和衛(wèi)星連接 設(shè)備的打開一關(guān)閉裝置；圖7a、 7b和7c顯示了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的發(fā)射車輛和衛(wèi)星連接 設(shè)備的打開一關(guān)閉裝置的不同視圖；圖8a、 8b分別顯示了打開開始時且處于最終的停止位置中的、根據(jù)本 發(fā)明第二實(shí)施例的發(fā)射車輛和衛(wèi)星連接設(shè)備的打開一關(guān)閉裝置；圖9a、 9b分別顯示了打開開始時且處于最終的停止位置中的、根據(jù)本 發(fā)明第三實(shí)施例的發(fā)射車輛和衛(wèi)星連接設(shè)備的打開一關(guān)閉裝置。
具體實(shí)施方式
如上所述，本發(fā)明集中在示意顯示在圖l中的兩個元件包括允許減 小由箍的分離所引起的沖擊的箍11的打開一關(guān)閉裝置41的受控打開機(jī)構(gòu)； 和用于夾具13的、推桿19的箍11一夾具13組件的緊固機(jī)構(gòu)，這允許支承被 完全分開的且可以根據(jù)它們自身的功能要求彼此獨(dú)立設(shè)計(jì)的更大的衛(wèi)星， 且當(dāng)接合時，繼續(xù)執(zhí)行它們的功能而不彼此干擾。箍11一夾具13組件的緊固機(jī)構(gòu)的實(shí)施例將首先參照圖2 — 4進(jìn)行說明。 箍11一夾具13組件設(shè)計(jì)成所述箍11一夾具13組件能夠提供發(fā)射器15 一衛(wèi)星17接口的最大接合能力，即能夠用更小的接口直徑來盡可能支承最大的載荷。這是通過優(yōu)化限定在由發(fā)射器和衛(wèi)星載荷所引起的支撐軸向流 的容量和其預(yù)張力而在箍一夾具系統(tǒng)上所引起的徑向流之間的關(guān)系的等 式來實(shí)現(xiàn)。該等式的第一約計(jì)法為Oa=Or/2x(taga —y)，其中 Oa二由箍一夾具預(yù)加載的接口可以支撐的最大軸向流。 Or二通過緊固所述箍而在所述夾具中引起的徑向流。 a 二夾具楔與接口環(huán)的兩個接觸角的平均角度。y =接觸摩擦系數(shù)。9因此，對于其中楔角度和接觸摩擦系數(shù)固定的箍一夾具類型接合系 統(tǒng)，允許增加系統(tǒng)容量的唯一變量是增加在夾具上所引起的徑向流，因此， 增加引起徑向流的容量、維持所述徑向流的容量或者減小其沿著接口周邊 的變化的任何設(shè)計(jì)要素將獲得其容量的直接改進(jìn)。根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)緊固時所尋求的實(shí)際目的被直接引起，在長度Lm的夾 具13上通過螺釘19沿著徑向方向產(chǎn)生力F，即，值為(Dr二F/Lm的徑向流Fm， 所述螺釘19前進(jìn)歇置在箍11上并推動所述夾具13。作為反作用，夾具13上的徑向流Fm在箍ll上產(chǎn)生相對的徑向流Fb，這 是在其緊固時產(chǎn)生的。即，此處的張力是為了推動夾具13而不是為了另外 繞過所產(chǎn)生的徑向流的結(jié)果。圖2、 3顯示了設(shè)有用于每個夾具13的三個通鉆孔23的箍11，螺母21 用于三個螺釘19。螺釘19被螺紋連接到螺母21中，且一旦它們到達(dá)夾具13， 開始預(yù)加載。預(yù)加載的效果可以從圖4中看出，圖4顯示了在預(yù)加載之前和預(yù)加載之 后的相同的截面。此處可以觀察到，夾具13和箍11之間的分幵是如何由于 夾具13上的推動螺釘19的力的效應(yīng)以及其在歇置于夾具13 (線L有助于認(rèn) 識到兩個位置中不同的元件之間的不同相對分開)上的螺母21上的其反作 用力而增加。這樣在箍ll由于反作用力而被緊固的同時，接口環(huán)15、 17被 預(yù)加載。所有這些是在箍11和夾具13之間或者夾具13和接口環(huán)15、 17之間 沿著切線方向沒有任何類型的相對運(yùn)動的情況下執(zhí)行的。因此，不存在由 于摩擦所導(dǎo)致的張力損耗。因此，用螺釘所產(chǎn)生來產(chǎn)生等于在張力T上緊固的傳統(tǒng)的系統(tǒng)所產(chǎn)生 的預(yù)載荷的力為F二Lm x T/R， R是接口半徑?？紤]到為了產(chǎn)生該力F，需要具有口徑(gauge) D以及傳輸有效系數(shù)C， 施加到螺釘?shù)木o固扭矩M具有值M^C x F x D。為了用長度為Lm的夾具覆蓋接口的長度，必須的夾具的數(shù)目N為N二2 x兀x R/Xm。且假設(shè)每個夾具一個螺釘，必須的螺釘?shù)臄?shù)目為N二2 x兀x C x D xT/M。為了給出所提出的系統(tǒng)的可比較有效性的思想，如果箍被緊固到例如T = 60000N，螺釘?shù)挠行禂?shù)C二0.2且口徑D二8mm，將緊固扭矩限制至UlON x m (10000 N x mm)，將需要60個螺釘。用這樣數(shù)目的螺釘，緊固到半 徑R二600mm的接口上需要推動長度Lm-62mm的60個夾具(或者長度為 124mm的30個夾具，每個由兩個螺釘推動)。該緊固機(jī)構(gòu)完全不同于用在傳統(tǒng)的夾具/箍系統(tǒng)中所使用的經(jīng)典緊固 機(jī)構(gòu)。在這些系統(tǒng)中，也擠壓適配器/衛(wèi)星接合接口的夾具周圍所安置的 金屬箍被緊固，或者是從其兩端機(jī)械拉動、或者熱學(xué)地將其加熱且接合其 端部、接著允許其冷卻，或者二者的組合。在所有這些情況下，沿著箍的 方向(即此后將稱為與接口切向的方向)緊固這樣做的目的是沿著垂直于 箍的方向(即此后將稱為的徑向方向)在夾具上引起載荷流，且由此到接 合接口上。該由切向張力T所引起的該徑向流Or的值與張力直接成正比且 與接口的半徑R成反比，即Or二T/R。與傳統(tǒng)的機(jī)械緊固系統(tǒng)的基本差異在于，后者必須從其所拉動的端部 增加張力(To)，以補(bǔ)償由于在箍和夾具之間的切向運(yùn)動的緣故而由摩擦 所產(chǎn)生的損耗，所述損耗由下述公式量化T ( 6 ) =To x e—"，其中u為摩 擦系數(shù)，而e為張力相對于張緊點(diǎn)所測量的角度。這樣，為了在與張緊端 相反的端部(e 二n弧度)上實(shí)現(xiàn)相同的60000N，如果摩擦系數(shù)為u 二o. i，那么必須在緊固端上施加82000N，即將發(fā)生損耗接近30%。相比較而言，對于所提出的系統(tǒng)，這些損耗將是不存在的，因?yàn)樵诠?和夾具之間沒有切向運(yùn)動。減小性能的唯一的因素是由于螺釘本身的有效 性引起的，這依賴于摩擦，但是該因素也包括在用值C的緊固扭矩計(jì)算中。在用西班牙專利2 131 476中所公開的熱加箍所緊固的箍的情況下， 徑向流通過在箍和環(huán)的接觸接口中所產(chǎn)生的加固應(yīng)力來實(shí)現(xiàn)，當(dāng)箍收縮到 所述環(huán)上時，所述接觸接口接合。所述系統(tǒng)不具有如上所述的損失，因?yàn)?在箍和環(huán)之間沒有切向運(yùn)動。但是，由于形成接口的元件的公差和游隙、 缺少圓形、局部和全體的均勻性以及其缺少剛性，在加箍中存在有效性的 損失，這需要初始機(jī)械緊固以在閉合箍并吸收所有這些缺陷之前讓箍的端 部彼此靠近在一起，或者就必須將箍溫度升的足夠高以補(bǔ)償所有的公差和靈活性。另一方面，由于用在構(gòu)建結(jié)構(gòu)接口和箍(結(jié)構(gòu)接口和箍二者通常 是鋁)中的材料具有有限的熱膨脹系數(shù)，只可能通過增加加箍溫度而則增 加目標(biāo)張力，這反過來由于這些材料的機(jī)械性能的下降而具有限制。所提出的系統(tǒng)的額外的優(yōu)點(diǎn)在于，獨(dú)立于其他的夾具而在每個夾具中 引起預(yù)加載，這允許盡可能均勻地獲得徑向流分布，校正在名義幾何上接 口環(huán)可能具有的偏差。該系統(tǒng)的另外的優(yōu)點(diǎn)在于，為了開始緊固，只需要箍的終端端部被鎖 定。這就是允許在此處提出的閉合機(jī)構(gòu)的初始位置沒有被緊固要求的系統(tǒng) 所調(diào)節(jié)，或者反之亦然?；蛘邠Q言之，所述機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)獨(dú)立于箍設(shè)計(jì)且反之 亦然。這種獨(dú)立性提供了下述特征一閉合結(jié)構(gòu)沒有如同專利No.2 131 476中那樣用于緊固所述箍，這將迫使引起在緊固期間箍的終端端部的切向運(yùn)動，且因此在箍中限定摩擦特 征，所述摩擦特征與該功能兼容。一所述機(jī)構(gòu)的主參數(shù)根據(jù)需要阻尼所述沖擊而選擇。因此，所述機(jī)構(gòu) 的開始角度、其元件的長度以及機(jī)構(gòu)的質(zhì)量被確定為，作為布置動力學(xué)(以 及其主要后果是所引起的沖擊)的所需特征得到優(yōu)化。一機(jī)構(gòu)參數(shù)的選擇對于后續(xù)施加的任何箍張力以及對于任何箍直徑 是有效的。一所述系統(tǒng)的安裝以機(jī)構(gòu)和箍處于松弛狀態(tài)開始，而沒有由箍張力或 者機(jī)構(gòu)位置引起載荷，這允許定位測量和控制元件來更好地調(diào)節(jié)到初始零 位。箍中的打開一關(guān)閉裝置的受控打開機(jī)構(gòu)將參照圖5—9來進(jìn)行描述。受控打開機(jī)構(gòu)的布置動態(tài)特性主要影響從該裝置所需的性能。如前所提及，對于通過增加徑向流的箍11一夾具13組件的容量而對增加的實(shí)際限 制在于，所述箍張力的突然松弛反過來引起在接口環(huán)15、 17中聚集的彈性 能的突然松弛。該彈性能被轉(zhuǎn)變?yōu)檫@些環(huán)的動能，該彈性能是成圓形連續(xù) 的，用作圓形分布的彈簧和質(zhì)量以及在其初始狀態(tài)中、在任一側(cè)振動的系 統(tǒng)。作為短期持續(xù)的瞬態(tài)信號且具有在整個頻譜中具有不同的加速度分量 的該振動是衛(wèi)星感知為分離引起的沖擊。該沖擊在特定的加速水平之后可能損壞衛(wèi)星設(shè)備。這些加速水平依賴于已經(jīng)突然釋放的能量，這反過來是 在釋放時存在的預(yù)加載度的直接函數(shù)。衛(wèi)星設(shè)備對由于分開所引起的振動 信號的敏感度限制了所述系統(tǒng)的最大預(yù)載荷以及這樣限制了其容量。對于當(dāng)突然釋放彈性能所激勵的所有的接口環(huán)振動模式，最重要的一個是稱為環(huán)緩壓模式(ring breathing mode),因?yàn)樵撃Ｊ绞桥c最大加速 度對應(yīng)的模式且反過來確定頻譜的其余部分。該模式是所有的環(huán)部分的階 段間(in-phase)振動，如同發(fā)生初始環(huán)半徑的膨脹和收縮。該振動的頻 率和對應(yīng)于該振動模式的最大加速度可以容易地與在突然釋放之前所述 系統(tǒng)的預(yù)加載相關(guān)聯(lián)。提出了對于當(dāng)在其中引起特定均勻的徑向流時在接 口環(huán)中聚集的累積彈性能在該緩壓模式中轉(zhuǎn)變?yōu)榄h(huán)的動能的假設(shè)。引起的 徑向加速度和箍張力之間的關(guān)系為Ar二0.5T/(RxAxP)， Fr= (E/p) "/(2x兀xR)，其中Ar^在環(huán)的軸向?qū)ΨQ模式中引起的徑向加速度；Fr二軸向?qū)ΨQ模式或者緩壓模式的頻率；T二突然釋放時的箍張力；E二環(huán)材料的彈性模量；R二衛(wèi)星接口環(huán)的平均半徑；A二衛(wèi)星環(huán)的橫截面的面積；p =衛(wèi)星環(huán)的體積密度?？梢钥闯?，對于上述表達(dá)式，分離中所引起的沖擊加速度與在該張力 突然釋放時存在的張力直接成正比，而振動運(yùn)動的頻率僅依賴于接口環(huán)直 徑。因此，減小所引起的沖擊的唯一的方式是減小箍張力，但是這是以系 統(tǒng)的容量為代價，這在前面已經(jīng)得到反映。根據(jù)本發(fā)明，箍張力的松弛以下面兩個階段來執(zhí)行 —第一階段，在第一階段期間，所述箍張力緩慢減小到殘余值； 一第二階段，在第二階段中，殘余張力的松弛是瞬間的或者非常快。 在該第一階段(將稱為減緩階段)期間，由于箍和接口環(huán)所形成的系統(tǒng)將一起移動，這樣所述箍與環(huán)的接觸防止所述環(huán)在其緩壓模式中自由振 動。為此，進(jìn)一步地，在該階段中被釋放的彈性能必須被吸收或者被一些 系統(tǒng)元件轉(zhuǎn)換。當(dāng)該階段完成，所述系統(tǒng)將保持殘余能量且所述箍將具有 殘余張力。在第二階段期間，所述箍將與接口環(huán)分開，允許接口環(huán)在其自然緩壓 模式中自由振動。所述箍的殘余張力和所述環(huán)的殘余能量將限定所述系統(tǒng) 的最終特征，即，將最終引起的且完成的開口的沖擊，以保證衛(wèi)星離開。 該第二階段越快，衛(wèi)星釋放的非干擾性就越能保證。對于每個階段的釋放時間的優(yōu)化將產(chǎn)生減少沖擊而不用減少系統(tǒng)的 容量且沒有干擾衛(wèi)星釋放的益處。為了管理每個階段的次數(shù)，需要一些類 型的機(jī)構(gòu)來控制這些次數(shù)，即其將通過煙火切割器切割螺栓而在所述類型 的傳統(tǒng)系統(tǒng)中產(chǎn)生的突然松弛轉(zhuǎn)換為前述的兩個階段中的受控松弛。這樣，本發(fā)明提供了對于允許箍的受控打開負(fù)責(zé)的機(jī)構(gòu)，這樣所述機(jī) 構(gòu)優(yōu)化了打開階段的次數(shù)的比例，執(zhí)行其中可以控制打開延遲時間的減緩 階段，以及其中所述移動甚至可以被加速的最終打開階段。其中該雙重目 的所實(shí)現(xiàn)的方式是通過圖5中示意顯示的機(jī)構(gòu)、具有通過三個剛性元件連 接的四個關(guān)節(jié)的機(jī)構(gòu)中心支撐件33平行于箍11延伸，兩個側(cè)連接桿35與 中心支撐件形成角度e。而支撐件33的運(yùn)動被保持元件(例如前述提及的螺栓)鎖定，所述機(jī) 構(gòu)能夠?qū)⑤d荷從其一側(cè)通過兩個連接桿35傳送到另一側(cè)。當(dāng)釋放所述支撐 件33時，箍中的張力T移動所述機(jī)構(gòu)，這樣其角度增加且支撐件33向外移 動，將切向速度Vt增加到了對應(yīng)于接近張力已經(jīng)完全松弛的特定角度的最 大值，而只保留殘余張力Tr。從此處，支撐件33減速，直到所述支撐件33 改變其速度。此時，其慣性執(zhí)行與初始的慣性相反的效果，有助于沿著徑 向方向在速度Vr上釋放所述箍。確定所述系統(tǒng)動態(tài)特性(dynamics)的參數(shù)以及由此其最終的特征是L^連接桿35的長度；P 二連接桿35與支撐件33的角度；M二支撐件33的質(zhì)量由于強(qiáng)制運(yùn)動學(xué)的緣故，連接桿35的長度具有正面效應(yīng)。它們越長， 連接箍ll和連接桿的關(guān)節(jié)的路徑具有切向分量，開始非常小、然后增加。 這在減緩階段是有利的。但是，最大可能的長度受到限制，因?yàn)樗鲎畲?可能長度反過來在箍打開之后、限制了箍的直徑，且這可能不超過衛(wèi)星所 施加的限制。初始角度越小，對于如上的相同的動力學(xué)原因，初始分離的將越慢， 即減慢下來將更有效。機(jī)構(gòu)的角度可以為零，這將對應(yīng)于平衡位置，但是 為了保證所述釋放考慮到摩擦力，其具有更早的實(shí)際限制。最終，忽略剩余的移動質(zhì)量的效應(yīng)，支撐件的質(zhì)量M是最佳確定所述箍釋放原動力的。質(zhì)量M越大，與速度的平方成正比地吸收更多的能量，與運(yùn)動相反的更大的慣性力，這將施加和傳播通過連接桿至所述箍的鉸接 端部，減緩了其釋放的速度。該質(zhì)量的限制只是與整個系統(tǒng)重量的目標(biāo)相 關(guān)聯(lián)的問題。圖6、 7顯示了受控打開機(jī)構(gòu)處于三個位置中的第一實(shí)施例的打開一關(guān) 閉裝置41。打開裝置41包括用于打開一關(guān)閉箍11的傳統(tǒng)機(jī)構(gòu)46，包括例如 諸如螺栓47的保持元件，所述螺栓47接合所述箍的端部，并可以在將衛(wèi)星 從其發(fā)射器通過例如煙火制造術(shù)切割器48而分開時釋放，所述受控機(jī)構(gòu)通 過以鉸接方式由連接桿45連接到箍的兩端7、 9的支撐件43所形成。在所提及的第一位置中，在用于將衛(wèi)星從發(fā)射器車輛分離的命令之 前，從頂部到底部，表示開始位置，箍的端部7、 9非?？拷谝黄?。第二 位置是其中箍11未從接口環(huán)15、 17分開的中間位置，但是考慮到端部7、 9 己經(jīng)分開，其中其張力已經(jīng)松弛。最后，第三位置顯示了最終位置，也稱 為停止位置，其中可以觀察到箍11完全從接口環(huán)15、 17分開且由此讓衛(wèi)星 釋放得以自由。在圖7中，可以觀察到支撐件43具有帶C形截面的彎曲形狀，且其具有 用于將連接桿45與它們的軸組裝的接口，以及其他裝置元件，例如對接收 分離命令以及釋放鎖定機(jī)械運(yùn)動的保持器47負(fù)責(zé)的煙火制造術(shù)螺母48，以 及一對夾子51，用于相對于箍在其停止位置中固定所述機(jī)構(gòu)。接著，圖8a、 8b將描述受控打開機(jī)構(gòu)的第二實(shí)施例。在這種情況下，打開一關(guān)閉裝置61包括支撐件63，所述支撐件63包括 限定運(yùn)動的兩個槽63，與箍11的端部相連的兩個軸67必須順應(yīng)所述槽63。 槽65的形狀和尺寸設(shè)計(jì)成所述槽65具有不同斜度的兩個部分68、 69以及在 它們之間的過渡部分。第一部分68限定有非常陡的斜度，以降低所述箍ll 的端部的分離運(yùn)動。通過該部分與垂直線所形成的角度是等同于本發(fā)明的 第一實(shí)施例中的連接桿的初始角度。該角度越小，初始分離將越慢。運(yùn)動 兼容性迫使主支撐件垂直移動、即向外移動，以允許兩個軸分開。為此， 必須投入對應(yīng)的動能，在這樣的支撐件的運(yùn)動中，所述動能與其質(zhì)量以及 這樣的質(zhì)量的速度的平方成正比。因此，存在耗散和降速機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)完 全等同于本發(fā)明的第一實(shí)施例的機(jī)構(gòu)。槽65的第二部分69限定為所述運(yùn)動 被加速，所述加速需要來將所述系統(tǒng)在所需的時間上停車。二者之間的過 渡部分通過限定過渡運(yùn)動的曲線來形成。槽上的行進(jìn)的端部限定了箍的打 開模式，即其相對于閉合模式的幾何形狀。理解所述機(jī)構(gòu)的另外的方式在于下述。當(dāng)這些是在槽的第一部分的開 始處時所述軸之間的水平距離對應(yīng)于在其最大張力時的所述系統(tǒng)。當(dāng)它們 處于第一部分的端部處時它們之間的水平距離對應(yīng)于其最小張力時的系 統(tǒng)，如果這樣要求，其特別可能是零。所述距離中的差異在于需要緊固和 松散所述系統(tǒng)。該部分的長度必須通過軸通過這兩個位置之間，且通過所 述支撐件的反作用，且因此與支撐件的質(zhì)量和張力一起，其限定了張力從 .初始張力減小到最終張力的時間，因此限定了降速的時間。第二部分限定 成在最小張力的點(diǎn)和該第二部分的最終點(diǎn)之間，箍從接口環(huán)的分離以及其 在打開模式直徑中的停車。簡言之，槽65的設(shè)計(jì)允許管理將獲得的移動，且因此分離的運(yùn)動以及 由于后者所引起的沖擊。如同在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，參考裝置、該另一實(shí)施例具有允許主 支撐件和所述箍之間的相對運(yùn)動的鎖定和解鎖定的元件，且可以使用如上 所述的精確等同的相同部件。以相同的方式，緊固系統(tǒng)必須允許限定開始位置，而沒有改變所述開 始位置或者依賴于所述開始位置。該開始位置是精確的，該位置是在第一16部分的開始時的軸的位置。從該位置，可以用限定用于參考系統(tǒng)所限定的 相同的過程來幵始，g卩，讓夾具利用止推螺釘來靠近接口環(huán)。受控打開機(jī)構(gòu)的第三實(shí)施例將參照附圖9a、 9b來描述。在該情況下，打開一關(guān)閉裝置71包括支撐件73，所述支撐件73具有兩 個槽75，所述槽75限定與箍11的端部7、 9相連的兩個軸77的運(yùn)動必須順從 的運(yùn)動。支撐件73具有特定的彈性，所述特定的彈性允許管理與前述實(shí)施例的 兩個部分的次數(shù)相類似的兩個部分的次數(shù)。對于該部分，打開一關(guān)閉裝置 71包含相似的鎖定和解鎖定元件。在這種情況下，支撐件73只是金屬部分，所述金屬部分由于其彈性和 分離件79在每個槽75中的存在的緣故允許其下部的兩個位置78、 79。在對 應(yīng)于其自然位置76 (打開位置)的這些位置之一中，其對軸77留下足夠的 公差以讓其通過。在對應(yīng)于其變形的位置78 (閉合位置)的另一個位置中， 該公差通過讓其變形直到其接觸到上部分并通過螺釘所施加的預(yù)載荷而 將其保持在該位置中而取消，所述螺釘保持接合到煙火制造術(shù)螺母，所述 螺母將啟動所述分離。從該最后位置開始，鎖定所述軸77的運(yùn)動，而煙火制造術(shù)螺母保持相 連的螺釘。當(dāng)給出分離命令，所述軸順著傾斜壁，所述傾斜壁以與帶槽的 機(jī)構(gòu)相同的方式的、限定張力松弛和減速次數(shù)的角度和長度來保持所述 軸。當(dāng)它們到達(dá)釋放開口，它們以水平的運(yùn)動迅速地移動直到它們被支撐 件73的端部保持。盡管本發(fā)明參照了優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了完整說明，但是顯然這些實(shí)施例 不是限制性的，可以引入修改，所述修改包括在下述的權(quán)利要求所限定的 范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)射器和衛(wèi)星連接-分離設(shè)備，包括箍(11)，所述箍(11)具有內(nèi)通道，多個夾具(13)以可滑動的方式安置在所述內(nèi)通道中，所述夾具施加到所述環(huán)(15，17)上，在兩個車輛之間形成接合接口，且在所述箍(11)的端部(7，9)設(shè)有結(jié)合分離裝置(41，61，71)，所述結(jié)合分離裝置(41，61，71)包括鎖定元件(47)和對其解鎖的裝置(48)，其特征在于a)所述設(shè)備也包括用于徑向緊固箍(11)-夾具(13)組件的裝置(19)；b)所述結(jié)合-分離裝置(41，61，71)也包括允許所述箍(11)以兩個階段來受控打開的機(jī)構(gòu)，在第一階段中，所述箍(11)的端部(7，9)移動保持與環(huán)(15，17)接觸，對應(yīng)于箍(11)的緊固的彈性能由摩擦耗散，在第二階段中，所述箍(11)與環(huán)(15，17)分離直到到達(dá)其停止位置。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的發(fā)射器和衛(wèi)星連接一分離設(shè)備，其特征在于， 所述用于徑向緊固箍(11) 一夾具(13)組件的裝置包括沿著夾具(13) 的周邊安置的、用于所述夾具(13)的多個推動元件(19)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)射器和衛(wèi)星連接一分離設(shè)備，其特征在于， 所述推動元件(19)包括螺釘(19)，所述螺釘(19)與螺母(21)協(xié)作， 所述螺母(21)安置在通鉆孔(23)中，所述通鉆孔(23)安置在箍(11) 上。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的發(fā)射器和衛(wèi)星連接一分離設(shè)備，其特征在于， 每個夾具(13)的螺釘(19)的數(shù)目包括在1和3之間。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的發(fā)射器和衛(wèi)星連接一分離設(shè)備，其特征在于， 結(jié)合分離裝置(41)也包括質(zhì)量M的支撐件(43);和兩個連接桿(45)， 所述連接桿(45)結(jié)合到所述支撐件(43)并以鉸接的方式接合至箍(11) 的端部(7， 8)，允許一旦解鎖所述保持元件(47)，在第一階段中、所述 箍(11)的端部(7， 8)以與環(huán)(15， 17)切向的方式移動直到對應(yīng)于箍(11)的緊固的彈性能被耗散，且在第二階段中，所述端部(7， 8)沿著 與所述環(huán)(15， 17)的徑向方向移動直到到達(dá)所述端部的停止位置。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的發(fā)射器和衛(wèi)星連接一分離設(shè)備，其特征在于， 結(jié)合分離裝置(61)也包括質(zhì)量M的支撐件(63)，具有用于接合到箍(11) 的端部(7， 8)的、用于軸(67)的兩個引導(dǎo)槽(65)，允許一旦解鎖保 持元件(47)，所述軸(67)在第一階段中沿著所述引導(dǎo)槽(65)的第一 部分(68)移動，所述第一部分(68)被配置成用于耗散對應(yīng)于所述箍(11) 的緊固的彈性能，且在第二階段中，所述軸沿著所述引導(dǎo)槽(65)的第二 部分(69)移動，所述第二部分(69)配置成用于引導(dǎo)所述箍(11)至其 停止位置的運(yùn)動。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的發(fā)射器和衛(wèi)星連接一分離設(shè)備，其特征在于， 結(jié)合分離裝置(71)也包括質(zhì)量M的支撐件(73)，具有槽(75)，配置 成接合到箍(11)的端部(7， 8)的軸(77)可以安置在兩個位置(78， 79)中，這樣一旦保持元件(47)解鎖，所述軸(77)在第一階段中從第 一位置(78)沒有公差地移動到第二位置(79)，克服由安置在每個槽(75) 中的分隔器(76)所帶來了阻力，直到耗散對應(yīng)于所述箍(11)的緊固的 彈性能，且在第二階段中，所述軸(77)沿著第二位置(79)移動到所述 軸的停止位置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于連接/分開發(fā)射車輛和衛(wèi)星的設(shè)備，包括條(11)，所述箍(11)具有內(nèi)通道，所述內(nèi)通道可滑動地容納多個夾具(13)，所述箍相對環(huán)(15，17)施加，所述環(huán)(15，17)形成兩個車輛之間的連接接口。本發(fā)明也包括用于徑向緊固所述組件的裝置(19)，所述組件包括箍(11)和夾具(13)，以及與鎖定裝置(47)和鎖定裝置(48)一起用于接合/分開其端部(7，9)的裝置(41，61，71)包括使得箍(11)以兩階段受控打開的機(jī)構(gòu)，即端部(7，9)移動接觸以用環(huán)(15，17)保持的第一階段，由此通過摩擦耗散對應(yīng)于箍(11)的緊固的彈性能；以及其中箍(11)從環(huán)(15，17)分開直到到達(dá)停止位置的第二階段。
文檔編號F16L23/06GK101326102SQ200580052249
公開日2008年12月17日 申請日期2005年10月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月6日
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