基于涡卷弹簧缠绕自锁性能的锁紧释放装置研制

发布时间：2017-07-28 20:17

  本文关键词：基于涡卷弹簧缠绕自锁性能的锁紧释放装置研制

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【摘要】：随着航天技术与要求的不断提高,卫星中越来越多的有效载荷对于冲击和污染的敏感度增加。火工装置作为星箭分离方面应用最早和最普遍的释放装置,其在作动释放时会产生非常大的解锁冲击,并且在释放过程中爆炸产生的气体具有化学污染性。这些缺点使得传统的火工装置其优势已不再适应现代星箭分离。本文以星箭连接与释放为应用背景,基于涡卷弹簧缠绕自锁原理研制一种低冲击、大承载、可重复使用的非火工锁紧释放装置。首先利用涡卷弹簧缠绕分瓣螺母来进行锁紧内部载荷锁紧释放原理,对原理中应用的涡卷弹簧缠绕自锁原理进行分析,建立其摩擦自锁数学模型,得到涡卷弹簧缠绕自锁条件,验证了锁紧原理的有效性。在此基础上提出锁紧释放装置整体结构设计方案并完成初步三维结构设计。其次分别对释放装置进行了锁紧性能及解锁性能分析,确定了涡卷弹簧缠绕层数及承载受力,并对其进行了仿真分析;提出内圈补偿外圈算法,对涡卷弹簧径向扩张进行分析;通过实验测得涡卷弹簧扭矩转角对应关系,求解得到装置各阶段解锁释放时间及总体释放时间。然后应用Ansys软件对释放装置关键部件在锁紧承载状态下进行静载特性分析和振动特性分析,验证装置强度、刚度满足要求;利用CAE软件Adams对装置解锁过程进行动力学仿真分析,得到装置各个解锁阶段仿真曲线,验证装置解锁驱动力、释放时间满足要求。最后研制了基于涡卷弹簧自锁原理的释放装置原理样机并搭建样机实验平台,完成释放装置地面试验测试,测试的项目包括:释放电压测试、螺栓预紧力测试、释放过程及时间测试、高低温储存能力测试以及振动环境测试。试验结果表明:释放装置具有体积小、质量轻、匹配箭上电源、释放时间短、承载力大、耐高低温、抗振性能好等优点,具有较大工程意义。
【关键词】：锁紧释放装置 涡卷弹簧 缠绕自锁 地面试验
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V441
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 项目来源及研究的目的和意义9-10
• 1.2 国内外非火工释放装置研究现状及分析10-15
• 1.2.1 国外低冲击大承载锁紧释放装置研究现状10-13
• 1.2.2 国内非火工锁紧释放装置研究现状13-14
• 1.2.3 国内外锁紧释放装置现状分析14-15
• 1.3 本文主要研究内容15-16
• 第2章 涡卷弹簧自锁性能分析及整体结构设计16-24
• 2.1 引言16
• 2.2 释放装置原理16-17
• 2.3 卷簧缠绕摩擦自锁性能分析17-21
• 2.3.1 涡卷弹簧缠绕小于1圈时受力分析17
• 2.3.2 涡卷弹簧缠绕大于1圈时受力分析17-19
• 2.3.3 涡卷弹簧自锁条件分析19-21
• 2.4 锁紧释放装置结构设计21-23
• 2.4.1 锁紧释放装置方案设计21-22
• 2.4.2 锁紧释放装置整体模型22-23
• 2.5 本章小结23-24
• 第3章 释放装置性能分析24-41
• 3.1 引言24
• 3.2 释放装置锁紧性能分析24-31
• 3.2.1 分瓣螺母受力分析24-25
• 3.2.2 涡卷弹簧层数确定25-28
• 3.2.3 涡卷弹簧张力分析28-30
• 3.2.4 涡卷弹簧锁紧状态仿真分析30-31
• 3.3 释放装置解锁性能分析31-40
• 3.3.1 涡卷弹簧径向扩张分析31-33
• 3.3.2 涡卷弹簧扭矩分析33-36
• 3.3.3 解锁时间分析36-40
• 3.4 本章小结40-41
• 第4章 释放装置静载能力特性及动力学仿真分析41-50
• 4.1 引言41
• 4.2 关键零件强度校核41-42
• 4.3 释放装置振动特性分析42-45
• 4.3.1 模态分析42-43
• 4.3.2 谐响应分析43-45
• 4.4 锁紧释放装置动力学分析45-49
• 4.4.1 仿真模型建立45-47
• 4.4.2 仿真结果分析47-49
• 4.5 本章小结49-50
• 第5章 锁紧释放装置实验研究50-61
• 5.1 引言50
• 5.2 锁紧释放装置原理样机研制50-51
• 5.3 释放电压测试51-52
• 5.4 螺栓预紧力测试52
• 5.5 释放过程测试52-56
• 5.6 高低温储存能力测试56-57
• 5.7 振动环境测试57-60
• 5.8 本章小结60-61
• 结论61-62
• 参考文献62-66
• 致谢66

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本文编号：585834