空间重复锁紧技术综述

重复锁紧技术是空间飞行器上的关键技术,用于实现飞行器可分离结构与固定结构之间的重复锁紧与分离。文章对各国在空间站、飞船和卫星等空间飞行器上所用到的重复锁紧技术进行了概述,详细阐述了机械式锁紧、记忆合金式锁紧、电磁式锁紧技术的研究进展,对比了不同锁紧方案的优劣;展望了不同重复锁紧技术在未来应用中的发展趋势和前景,为空间重复锁紧技术的选择及发展提供了参考。     

磁悬浮飞轮优化设计与实验

针对在轨磁悬浮飞轮转子系统,考虑发射主动段振动工况,提出一种基于灵敏度分析的多学科优化设计方法。通过比较分析内、外锁紧方案对锁紧状态飞轮转子系统共振频率的影响,得到了较优的抱式外锁紧方案。在此基础上,对飞轮转子进行灵敏度分析,并选择高灵敏度结构参数作为优化设计变量。考虑其结构强度、转动惯量、控制性能、自由状态和锁紧状态一阶共振频率,以飞轮转子质量最小为优化目标,利用序列二次规划法对其进行多学科优化设计。优化结果表明,在满足发射振动工况下,飞轮转子极转动惯量与质量的数值比达到最大为0.0070,比初始值0.0064提高了9.4%。该优化方法提高了飞轮转子设计的可靠性和效率,其首次在轨实验成功对我国磁悬浮飞轮空间应用具有重要意义。     

方舱在运输汽车上系固方式的研究(舱体装载快速锁紧装置)

随着现代国防科技的发展，方舱式装载车在特种用途车辆中占有越来越大的比重。方舱式装载车的一个最大优点就是舱体（工作部分）可装卸，而影响方舱装卸速度的主要因素就是方舱在汽车上的系固方式。不同的系固方式对方舱的装车速度、运输车辆选择和运输汽车的通用性有重要影响。本方对国内外常用的三种系固型式－Ｖ型、倒八字型、转锁型做了分析，并对电子部６９０厂新近研制成功的舱体装载快速锁紧装置作了较详细的介绍。     

牙嵌式离合器的运动及失效分析

在空间可展开结构中,为了提高展开的可靠性,通常会对展开的核心部件即驱动源进行备份.当互为备份的两个驱动源有一个出现故障时,需要将其从传动链路中脱离出来,此时需要使用离合器来实现这个功能.牙嵌式离合器因为其体积小、结构简单、传递扭矩大,非常适合在空间可展开机构中使用.文章针对某牙嵌式离合器多次使用后离合力矩下降的问题,对牙嵌式离合器的离合力矩与结构尺寸的理论公式进行推导.分析出当离合器结构参数固定后,齿面摩擦和轴孔摩擦是造成牙嵌式离合器离合力矩变化的主要原因.通过齿面粗糙度、轴孔间隙对离合力矩的敏度分析,并结合零件表面观测结果,得出牙嵌式离合器离合力矩下降的主要原因是离合齿面的磨损,而轴孔磨损对离合力矩的影响并不明显.根据此结论,提高该类型牙嵌离合器齿面的表面粗糙度和硬度,可以提高牙嵌式离合器的保性能使用寿命,提高其在航天机构中使用的可靠性.     

圆转方塞式喷管型面设计和试验研究

提出了圆转方塞式喷管的内喷管和塞锥型面的设计方法，内喷管用圆弧和抛物线近似，塞锥型面用抛物线和三次曲线近似，设计了一单元圆转方塞式喷管试验发动机。并采用气氧作氧化剂，气氢作燃料，进行了点火热试研究。介绍了试验发动机的结构与设计参数，以及试验系统组成和点火方式，给出了试验发动机照片、试验结果照片、测量参数曲线和性能数据处理。试验结果表明，试验发动机具有较高的热试效率：在三个不同工作高度下，喷管推力系数效率在93％-98％之间，说明圆转方塞式喷管的型面设计和试验方法是可行的。     

航天飞机动力装置中气体发生器的新型组合阀门

Moog 公司空间产品部研制出一种新型的用于航天飞机轨道飞行器辅助动力装置(APU)中的推进剂组合控制阀门,该系统需要一个工作介质为肼的组合阀门,这种组合阀门要求能够承受11MPa 的工作压力且不受压力波动的影响,工作寿命高达450000次以及要求阀门出口能够抵抗恶劣的化学环境的影响。组合阀门的设计难点在于:非焊接零件要求是可以拆御的并且允许返修后重新使用;薄壁零件因受到承压的限制而无法使用;承压焊接零件(线圈壳体)必须能够进行检查。更为团难的是阀门内部螺纹连接件的可靠锁紧问题,因为在组合阀门内部采用通常的打保险或开口销这样的锁紧技术是不合适的。阀座设计采用弹性支承结构,以减小阀门工作时作用在密封面上的冲击力,从而提高阀门在允许泄漏率下的工作寿命,此外,弹性支承阀座还可以产生约1°的补偿角度,使阀芯和阀座之间的密封面紧密贴合。组合阀门有三个阀座密封面采用“金属—金属”密封结构,这种密封结构允许存在一定的泄漏率,还有一个阀座密封面采用“金属—聚四氟乙烯”密封结构,它的液体泄漏率可以做到为零,但其工作寿命降到60000次。四个阀座密封面均有沿介质流动方向的密封泄漏率要求,其中三个阀座密封面还有沿介质流动反方向的密封泄漏率要求。试验结果表明:这种组合阀门的设计是成功的,获得了令人满意的动态特性(阀门的响应时间小于40ms),其中三个阀座的液体泄漏率不到其正常流量的0.04%,而另一个阀座的液体泄漏率为零。此外,组合阀门的工作寿命超出设计寿命的4倍(180万次)。     

全尺寸超燃冲压发动机推力测量台架研制

介绍了用于全尺寸超燃冲压发动机推力测量的三分量推力台架的研制。该推力台架用于在自由射流试验中测量发动机轴向推力、升力及俯仰力矩。推力架由定架、动架、弹性连杆、锁紧机构、推力校验系统组成。通过5个测量传感器组成的测量系统获得测量矩阵,通过三分量推力校验得出推力、升力、俯仰力矩与测量矩阵之间的关系。动架锁紧机构采用液压插拔销结构,实现动架的锁紧和解锁,在承受冲击过程中保护推力架。自由射流试验验证了推力台架的测力性能,推力架真实反映了发动机在自由射流流场中各阶段的受力状况,各分量测量精度满足要求,为超燃冲压发动型号研制提供了重要的试验测量参数。     

自锁式形状记忆合金馈源锁紧机构

提出了一种形状记忆合金（Shape memory alloy, SMA）丝驱动的自锁式馈源组件锁紧机构。该锁紧机构利用自锁原理实现锁紧,采用双路冗余的SMA丝实现解锁。为校验该锁紧机构的功能及性能,完成了原型机的生产,并开展了锁紧试验、电性能试验和高温环境试验。结果表明,该机构在1700N的载荷下仍能保证可靠自锁,在2.5~4.0A电流下均可正常工作,对应的解锁时间为15.8~4.2s,功耗为140 ~95J,此外,机构能在小于92℃的高温环境下正常工作。基于上述试验结果,该机构具有突出的锁紧性能、宽松的工作电流范围以及良好的高温性能,在空间旋转结构的锁紧方面具有非常大的工程应用潜力。     

模块化构架式空间可展开天线支撑机构设计

针对空间可展开天线大口径发展趋势的需求,提出一种模块化构架式可展开天线支撑机构。首先,基于机构学基本理论,对机构的结构组成、展开原理及锁紧方案等开展了总体结构方案设计;其次,从肋单元尺寸确定、运动学仿真分析、结构实体设计、缓释装置设计等4个方面开展了支撑机构结构设计与分析;最后,研制了一套模块化构架式可展开天线支撑机构原理样机,并在微重力装置上开展了展开功能试验。试验结果表明:依据设计方案研制的支撑机构,其展开过程平缓、顺畅,展开到位后能够顺利实现锁紧,验证了设计的正确性与可行性。所提出的可展开天线支撑机构及其设计与分析方法可为其它类型可展开天线的设计及研究提供参考。     

航天型号产品“三陆”设计规范简介

系统介绍航天型号产品"三防"(防湿热、防盐雾、防霉菌)设计工作的原则和管理要求,对航天型号产品中电气产品、结构产品、工艺及过程控制中的"三防"设计具体要求进行阐述。     

采矿机械紧固件振动松脱及有效防松

论文以采煤机为例,分析了各部件联接紧固件振动松脱的原因,通过对比国外产品的一些有效防松措施,提出几种承受较大交变载荷和振动的紧固件有效防松方法,并详细介绍了一种预紧力大、紧固方便、省力、防松效果显著的液压螺母锁紧的方法。     

空间机械臂关节快换接口结构设计与分析

针对宇航员在轨出舱维护需求,提出一种机械锁紧与电气连接独立操作的快换接口,该快换接口具有在空间环境下拆装快速、拆装操作力小的特点,同时满足机械臂的刚度与承载能力。该接口由容差对接接口本体、机械连接锁紧装置、电连接器组件、电连接器插拔装置四个功能模块组成。采用双圆锥面配合设计容差对接凸凹本体结构。根据宇航员舱外操作的需求选择了具有平面浮动能力的快换接口电连接器,设计浮动装置使得该电连接器具有超行程量。采用曲柄滑块结构将操作工具的旋转运动转化为电连接器的直线运动,并基于驱动力矩最小确定曲柄滑块的参数。采用膨胀锁紧原理设计快换接口结构连接锁定装置,分析预紧力衰减对连接刚度的影响。     

MESSENGER飞船推进剂贮箱的设计与制造

基于MESSENGER飞船的需要,开展了一种新型超轻贮箱的设计、制造和试验工作,整个过程分方案论证、分析与设计以及制造与试验三个阶段.第一阶段考虑了50多种贮箱结构,反复分析后确定了一种最有效的方案;第二阶段致力于防漩器、防晃板和贮箱壳体的设计与分析,包括用缩尺模拟试验确定防晃板的数目、尺寸与安装位置、防漩器和防晃板的载荷分析与结构分析以及壳体应力与断裂力学分析;第三阶段制造了一个鉴定试验用贮箱(以下简称试验贮箱)和四个飞行贮箱(三个飞行、一个备用).贮箱壳体、防漩器和防晃板分别采用固溶处理和时效(STA)的6AL-4V钛合金材料、6AL-4V钛合金板和退火6AL-4V钛合金环.壳体由四条周向焊缝连接,其中两条焊缝具有STA特性,另外两条经过退火处理.五个贮箱采用相同的工序和工艺.试验贮箱必须经过正弦和随机振动试验的品质检验,该检验项目还包括具有破坏性的爆破压力试验.所有飞行贮箱在清理和交货之前要经过模拟飞行试验.飞行贮箱包括附属组件在内不得超过9kg.超轻贮箱对于MESSENGER飞船计划的成功将起到至关重要的作用.     

轮式自行导弹发射装置中后桥锁紧机构

简要介绍三桥汽车底盘的中后桥锁紧机构在轮式自行导弹发射装置上的作用，叙述了中后桥锁紧机构对导弹发射装置的必要性和中后桥锁紧机构的设计原则，并介绍气动机械式中后桥锁紧机构的结构形式和对在此机构中的吊钩间隙进行分析。     

可延伸出口锥的研制与试验

1979年法国欧洲动力装置公司(SEP)开始研制可延伸出口锥(EEC)。共进行了六发点火试验,均取得成功。下一发点火试验计划在1987年6月进行,届时,将对四种不同方案进行评估,其中包括折叠花瓣式及套筒锥式两种方案。EEC是固体火箭发动机喷管的一个复杂部件。为了提高它的可靠性及降低研制成本,设计必须尽可能简单。碳/碳部件采用三向增强细编织结构,可以做到设计简单,适用于目前既复杂又能装配的结构。如花瓣式和套筒锥式就可以采用这种称为SEPCARB NOVOLTEX材料。     

宇宙飞船推进系统用双锁隔离阀

Marrota 科技管理实业有限公司已设计出一种独特的高性能的锁紧隔离阀,称做双锁隔离阀,该阀能可靠地隔离可贮存推进剂和具有一定压力的气体,而且可以做为推进器阀门在长时间持续燃烧的电弧喷气发动机上使用,如电加热推进装置和固体推进装置。或者在串联复式开关推进装置中做上游阀门.Marrota 双锁致动器采用稀土永磁材料,阀门在锁紧位置(关闭和打开)不需要继续通电。该双锁阀门的特点是无滑动配合,电位置指示器和累积的背压卸荷,阀门结构简单、价格低廉,本文阐述了该阀新颖的设计方法.     

一种应用于着陆支撑系统中的锁紧机构设计与仿真

垂直起降运载器着陆过程是一种对支撑机构的结构强度、锁紧机构可靠性、缓冲器吸能特性要求极高的复杂瞬态碰撞吸能过程。针对现有着陆支撑机构构型单一等问题,提出一种全新的着陆支撑机构构型,并对该锁紧机构进行结构设计。由于支撑机构在展开过程中受到重力、空气阻力等多种环境力的作用,导致锁紧连杆相对速度在有限范围内变化。通过建立锁紧机构中移动构件力学方程并计算得到合理驱动弹簧参数,而后将锁紧相对速度作为输入变量,通过ADAMS建立虚拟样机模型完成工况模拟,并分析不同驱动弹簧参数对锁定可行性的影响,为锁紧机构可靠锁定提供技术支持。     

基于双四杆机构的可重复自动锁紧解锁装置

针对梦天实验舱对接、转位等工况，对日定向转动关节在轨多次锁紧解锁的需求，采用双四杆机构、自适应末端效应器等，设计一款可重复自动锁紧解锁装置。为了验证该锁紧解锁装置，利用研制产品，展开真空高温、真空低温、大气环境等多种状态下的锁紧解锁试验。结果表明:该机构可实现多种状态下的可重复自动锁紧解锁功能;在28 V直流工作电压下，锁紧动作执行时间为17.09~17.15 s，解锁动作执行时间为16.51~16.89 s。该机构具有高可靠、全角度、在轨可重复锁紧解锁等优点，在航天器锁紧解锁方面具有较大的工程应用潜力。     

航天飞机轨道飞行器RCS主推力室直动阀的设计改进

航天飞机轨道飞行器 RCS 主推力室采用先导式阀(POVs)来控制推进剂的流量。由于先导式阀有些固有的缺陷,因此新研制了直动式阀(DAVs)(参考文献1和2)。根据在所规定的使用条件下无泄漏的密封性、防金属硝酸盐的污染、不受供应管路压力波动的影响、具有足够的结构强度和循环寿命、以及与先导式阀互换性的初步要求提出了各项设计改进。考虑上述各项改进、设计、制造和试验了验证组件。验证组件的试验内容包括振动、响应特性和循环寿命,同时对阀门中装配的关键组件波纹管也进行了寿命试验。本文介绍了设计改进的细节,同时提供了相应的试验数据。     

弹簧垫圈涨圈问题的分析

发动机活门装配过程中发现选用的不锈钢弹簧垫圈出现开口值(m)的增大超差,也就是“涨圈”现象,不能满足产品技术要求。经分析,分别对倒角螺母、不倒角的平面螺母、自带平垫螺母三种结构形式的螺母和不锈钢弹簧垫圈、65Mn机械镀弹簧垫圈做压荷试验。最后选用自带平垫螺母和65Mn机械镀弹簧垫圈装配。没有再出现“涨圈”现象,弹簧垫圈起到锁紧作用,完全满足技术要求。