充气解锁装置的制作方法

1.本发明涉及航天器锁定与解锁技术领域，具体地指一种充气解锁装置。


背景技术：

2.航天器又称空间飞行器、天空飞行器，按照天体力学的规律在空中运行，执行探索、开发等特定任务的各类飞行器。在航天器发射飞行过程中许多部件都必须处于收拢、压紧状态，但当航天器到达预定轨道后这些部件再解锁、展开。解锁装置正是随着在轨展开以及分离技术的发展逐渐发展起来的，它既可以实现航天器部件的压紧、或航天器舱体之间以及两个航天器之间的连接，又可以按规定的要求实现解锁或分离。
3.在未解锁状态下，解锁装置的外部会承受一定的预紧力，此时解锁装置内部需要施加较小的力将解锁装置解锁。通常情况下，采用在解锁装置内部使用火工品来完成解锁，但是这种解锁装置存在如下缺点：第一，解锁装置解锁后无法恢复，仅能使用一次；第二，使用的火工品在抽验时具有一定安全隐患；第三，采用解锁装置进行地面试验时需要投入较大成本。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足之处，本发明提出一种充气解锁装置，采用纯机械结构，未解锁状态下解锁装置外部可以承受巨大的拉力，完成解锁后只需更换简单的零件，解锁装置便可重复使用。
5.为达到上述目的，本发明所设计的一种充气解锁装置，包括具有空腔结构的缸体，所述缸体头端连通有充气孔，尾端连通有与缸体同轴线布置的缸套，所述缸套远离缸体端面上开设有缸套孔；所述缸体与缸套构成的空腔内沿轴向方向设置有推杆，所述推杆靠近缸套端的外周套设有拉杆，其特别之处在于：
6.所述推杆从远离缸套端至靠近缸套端依次设置有推杆头部、第一环形凸台、第二环形凸台、第一环形凹槽、第三环形凸台和推杆尾部，所述第一环形凸台外周设置有与缸体内腔紧密贴合的密封圈，所述第二环形凸台直径小于第一环形凸台直径，所述推杆尾部部分位于缸体与缸套构成的空腔内，部分延伸出缸套孔；
7.所述拉杆从靠近缸体端至远离缸体端依次开凿有第一凹孔、第二凹孔和第三凹孔，所述第一凹孔与第二环形凸台相匹配，所述第二凹孔对应拉杆外壁上贯穿有沿径向分布的多个圆孔，所述圆孔内嵌置有钨球，所述钨球内侧与第三环形凸台相抵接，所述钨球外侧嵌置在缸体和缸套衔接处，所述第三凹孔与推杆尾部相匹配，且第三凹孔孔底与推杆尾部尾端面之间设置有腔体；所述第二凹孔对应拉杆外壁外径大于缸套孔内径，第三凹孔对应拉杆外壁与缸套孔相匹配；
8.所述推杆尾部位于缸套孔外侧的位置处沿径向贯穿有剪切销，所述剪切销延伸至拉杆外壁，且剪切销的抗剪强度为设定值；
9.所述推杆尾部沿径向贯穿有第一排气孔，所述第一排气孔位于剪切销内侧、且能
够随着剪切销的剪断而被推动至缸套孔外侧；所述第三凹孔对应拉杆外壁上沿径向贯穿有第二排气孔，且第二排气孔对应于第一排气孔位置处。
10.进一步地，所述缸套缸壁上沿径向贯穿有第三排气孔，且第三排气孔对应于第二排气孔位置处。
11.更进一步地，所述第一排气孔为圆形孔，所述第二排气孔为椭圆形孔，所述第三排气孔为椭圆形孔，且第三排气孔长半径不小于第二排气孔长半径，第二排气孔长半径不小于第一排气孔直径。
12.更进一步地，所述缸套从靠近缸体端至远离缸体端依次开凿有第一台阶槽和第二台阶槽，所述缸套通过第一台阶槽与缸体连接，所述第一台阶槽与第二台阶槽过渡位置处与钨球直接接触，且第一台阶槽与第二台阶槽过渡位置处设置为斜面，所述第二台阶槽延伸至缸套远离缸体端面上。
13.更进一步地，所述缸套远离缸体底端面的内侧设置有缓冲垫。
14.更进一步地，所述第一台阶槽与缸体外周通过螺纹连接。
15.进一步地，所述第二环形凸台沿径向截面为非圆形结构，用于防止推杆与拉杆相对转动。
16.更进一步地，所述缸套孔沿径向截面为非圆形结构，用于防止拉杆与缸套相对转动。
17.更进一步地，所述第三环形凸台与第一环形凹槽之间设置有滚动斜面，便于钨球滚动。
18.更进一步地，所述推杆头部(3-1)与缸体(1)内腔轴向顶端接触，保证进气顺畅。
19.本发明的优点在于：
20.1、本发明为纯机械结构设计，通过推杆结构与拉杆结构的相互配合，在未解锁时，利用推杆上的第三环形凸台限制钨球径向移动，拉杆即使受到外侧拉力，也不会被拉动；解锁时，由于拉杆被钨球锁定，推杆便将推力传递至剪切销，当气压达到剪切销的抗剪强度设定值时，剪切销被剪断，气体压力推动推杆朝向腔体运动，钨球受到拉杆与缸套的合力，沿径向移动到内侧，置于第一环形凹槽内，便完成解锁；
21.2、本发明中的解锁气压可通过调整剪切销的抗剪强度来调整；
22.3、本发明复位简单，在完全解锁泄压后，首先将拉杆回推到位，再利用第二排气孔和第一排气孔，将推杆复位，同时钨球也将复位，最后更换新的剪切销即可重复使用；
23.4、本发明无需拆卸即可完成复位，提高使用效率；
24.本发明充气解锁装置为纯机械结构设计，无需拆卸，通过推杆结构与拉杆结构的相互配合，利用解锁气压调整剪切销的抗剪强度，实现解锁功能和重复使用功能，提高使用效率。
附图说明
25.图1为本发明充气解锁装置的三维爆炸右视图；
26.图2为本发明充气解锁装置的三维爆炸左视图；
27.图3为本发明充气解锁装置在锁定状态下沿轴向的剖视图；
28.图4为图3的a-a方向剖视图；
29.图5为本发明充气解锁装置在解锁状态下沿轴向的剖视图；
30.图中：缸体1、缸套2、推杆3、拉杆4、钨球5、密封圈6、剪切销7、缓冲垫8、腔体9；
31.缸体1包括：充气孔1-1；
32.缸套2包括：第一台阶槽2-1、第二台阶槽2-2、缸套孔2-3、第三排气孔2-4；
33.推杆3包括：推杆头部3-1、第一环形凸台3-2、第二环形凸台3-3、第一环形凹槽3-4、第三环形凸台3-5、推杆尾部3-6、第一排气孔3-7、滚动斜面3-8；
34.拉杆4包括：第一凹孔4-1、第二凹孔4-2、第三凹孔4-3、圆孔4-4、第二排气孔4-5。
具体实施方式
35.以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
36.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对发明的限制。
37.实施例1
38.如图1～5所示，本充气解锁装置包括具有空腔结构的缸体1，所述缸体1头端连通有充气孔1-1，尾端连通有与缸体1同轴线布置的缸套2，所述缸套2远离缸体1端面上开设有缸套孔2-3；所述缸体1与缸套2构成的空腔内沿轴向方向设置有推杆3，所述推杆3靠近缸套2端的外周套设有拉杆4。
39.具体地，所述缸体1设计充气孔1-1，一端用于外部固定连接，另一端与缸套2通过螺纹连接。
40.所述推杆3从远离缸套2端至靠近缸套2端依次设置有推杆头部3-1、第一环形凸台3-2、第二环形凸台3-3、第一环形凹槽3-4、第三环形凸台3-5和推杆尾部3-6，所述第一环形凸台3-2外周设置有与缸体1内腔紧密贴合的密封圈6，所述第二环形凸台3-3直径小于第一环形凸台3-2直径，所述推杆尾部3-6部分位于缸体1与缸套2构成的空腔内，部分延伸出缸套孔2-3。
41.所述推杆头部3-1与缸体1内腔轴向顶端接触，且推杆头部3-1轴线与缸体1、缸套2轴线重叠，保证进气顺畅。气体通过充气孔1-1进入缸体1内，气压作用于推杆3，通过推杆3上的密封圈6消除与缸体1之间的间隙，防止气体泄露。
42.优选地，所述第二环形凸台3-3沿径向截面为非圆形结构，用于防止推杆3与拉杆4相对转动。
43.所述拉杆4从靠近缸体1端至远离缸体1端依次开凿有第一凹孔4-1、第二凹孔4-2和第三凹孔4-3，所述第一凹孔4-1与第二环形凸台3-3相匹配，所述第二凹孔4-2对应拉杆4外壁上贯穿有沿径向分布的多个圆孔4-4，所述圆孔4-4内嵌置有钨球5，所述钨球5内侧与第三环形凸台3-5相抵接，所述钨球5外侧嵌置在缸体1和缸套2衔接处，所述第三凹孔4-3与推杆尾部3-6相匹配，且第三凹孔4-3孔底与推杆尾部3-6尾端面之间设置有腔体9；所述第二凹孔4-2对应拉杆4外壁外径大于缸套孔2-3内径，第三凹孔4-3对应拉杆4外壁与缸套孔2-3相匹配。
44.拉杆4内部开设的第一凹孔4-1、第二凹孔4-2和第三凹孔4-3呈台阶状，分别与推
杆3上的第二环形凸台3-3、第三环形凸台3-5、推杆尾部3-6一一对应。推杆3伸入拉杆4部分通过设计的第三环形凸台3-5限制钨球5径向移动。钨球5沿圆周均布多个，具有较高强度，可承受较大压力。
45.所述推杆尾部3-6位于缸套孔2-3外侧的位置处沿径向贯穿有剪切销7，所述剪切销7延伸至拉杆4外壁，且剪切销7的抗剪强度为设定值，剪切销7的抗剪强度决定了解锁所需气压大小。
46.所述缸套2从靠近缸体1端至远离缸体1端依次开凿有第一台阶槽2-1和第二台阶槽2-2，所述缸套2通过第一台阶槽2-1与缸体1连接，所述第一台阶槽2-1与第二台阶槽2-2过渡位置处与钨球5直接接触，且第一台阶槽2-1与第二台阶槽2-2过渡位置处设置为斜面，所述第二台阶槽2-2延伸至缸套2远离缸体1端面上。
47.将钨球5与缸套2接触部位设计为斜面，一方面用于对钨球5进行限位，另一方面在钨球5受力时可产生反向推力，推动钨球5沿径向向内移动。
48.具体地，所述第一台阶槽2-1与缸体1外周通过螺纹连接。
49.优选地，所述缸套2远离缸体1底端面的内侧设置有缓冲垫8，用于减少解锁后拉杆4对缸套2的冲击。
50.优选地，所述缸套孔2-3沿径向截面为非圆形结构，用于防止拉杆4与缸套2相对转动。
51.未解锁时，工作状态下缸体1固定，拉杆4受到外侧拉力，带动钨球5产生外侧运动的趋势，此时钨球5被第一台阶槽2-1、第二台阶槽2-2过渡位置处的斜面和第三环形凸台3-5限位，无法移动，即拉杆4不会被拉动，如图3所示。
52.当缸体1的充气孔1-1充入气体，密封圈6保证气体不会泄露出去，推杆3受到气体推力，由于拉杆4被钨球5锁定，因此推杆3将推力传递至剪切销7，当气压达到剪切销7的抗剪强度设定值时，剪切销7被剪断，气体压力推动推杆3朝向腔体9运动，直至顶住第三凹孔4-3底端；同时钨球5受到拉杆4与缸套2的合力，钨球5沿径向移动到内侧，置于第一环形凹槽3-4内，第三环形凸台3-5对钨球5的限位解除，此时即完成解锁，推杆3轴向与拉杆4接触后，带动拉杆4一起向外侧移动，直至第二凹孔4-2对应拉杆4外壁与缓冲垫8接触，第三凹孔4-3被完全推出，如图5所示。
53.另外，本发明完成解锁后，只需更换简单的零件即可重复使用。
54.优选地，所述推杆尾部3-6沿径向贯穿有第一排气孔3-7，所述第一排气孔3-7位于剪切销7内侧、且能够随着剪切销7的剪断而被推动至缸套孔2-3外侧；所述第三凹孔4-3对应拉杆4外壁上沿径向贯穿有第二排气孔4-5，且第二排气孔4-5对应于第一排气孔3-7位置处。
55.优选地，所述第三环形凸台3-5与第一环形凹槽3-4之间设置有滚动斜面3-8，便于钨球5滚动。
56.完全解锁泄压后，可将缸套2从缸体1拧下，将拉杆4向充气孔1-1方向推动，并回推至初始位置，再使用细杆从拉杆4上的第二排气孔4-5中伸入，推动第一排气孔3-7，将推杆3回推至初始位置，钨球5沿着滚动斜面3-8滚动至初始位置，最后更换新的剪切销7即可重复使用。
57.本发明为纯机械结构设计，通过推杆结构与拉杆结构的相互配合，在未解锁时，利
用推杆上的第三环形凸台限制钨球径向移动，拉杆即使受到外侧拉力，也不会被拉动；解锁时，于拉杆被钨球锁定，推杆便将推力传递至剪切销，当气压达到剪切销的抗剪强度设定值时，剪切销被剪断，气体压力推动推杆朝向腔体运动，钨球受到拉杆与缸套的合力，沿径向移动到内侧，置于第一环形凹槽内，便完成解锁。
58.实施例2
59.实施例2与实施例1的不同之处在于：所述第一台阶槽2-1与缸体1外周固定连接，此时，缸套2无法从缸体1上拧下。
60.所述缸套2缸壁上沿径向贯穿有第三排气孔2-4，且第三排气孔2-4对应于第二排气孔4-5位置处。
61.具体地，所述第一排气孔3-7为圆形孔，所述第二排气孔4-5为椭圆形孔，所述第三排气孔2-4为椭圆形孔，且第三排气孔2-4长半径不小于第二排气孔4-5长半径，第二排气孔4-5长半径不小于第一排气孔3-7直径。
62.完全解锁泄压后，将拉杆4向充气孔1-1方向推动，并回推至初始位置，再使用细杆依次伸入第三排气孔2-4、第二排气孔4-5，推动第一排气孔3-7，将推杆3回推至初始位置，钨球5沿着滚动斜面3-8滚动至初始位置，最后更换新的剪切销7即可重复使用，如图4所示。
63.本发明充气解锁装置为纯机械结构设计，无需拆卸，通过推杆结构与拉杆结构的相互配合，利用解锁气压调整剪切销的抗剪强度，实现解锁功能和重复使用功能，提高使用效率。
64.上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种充气解锁装置，包括具有空腔结构的缸体(1)，所述缸体(1)头端连通有充气孔(1-1)，尾端连通有与缸体(1)同轴线布置的缸套(2)，所述缸套(2)远离缸体(1)端面上开设有缸套孔(2-3)；所述缸体(1)与缸套(2)构成的空腔内沿轴向方向设置有推杆(3)，所述推杆(3)靠近缸套(2)端的外周套设有拉杆(4)，其特征在于：所述推杆(3)从远离缸套(2)端至靠近缸套(2)端依次设置有推杆头部(3-1)、第一环形凸台(3-2)、第二环形凸台(3-3)、第一环形凹槽(3-4)、第三环形凸台(3-5)和推杆尾部(3-6)，所述第一环形凸台(3-2)外周设置有与缸体(1)内腔紧密贴合的密封圈(6)，所述第二环形凸台(3-3)直径小于第一环形凸台(3-2)直径，所述推杆尾部(3-6)部分位于缸体(1)与缸套(2)构成的空腔内，部分延伸出缸套孔(2-3)；所述拉杆(4)从靠近缸体(1)端至远离缸体(1)端依次开凿有第一凹孔(4-1)、第二凹孔(4-2)和第三凹孔(4-3)，所述第一凹孔(4-1)与第二环形凸台(3-3)相匹配，所述第二凹孔(4-2)对应拉杆(4)外壁上贯穿有沿径向分布的多个圆孔(4-4)，所述圆孔(4-4)内嵌置有钨球(5)，所述钨球(5)内侧与第三环形凸台(3-5)相抵接，所述钨球(5)外侧嵌置在缸体(1)和缸套(2)衔接处，所述第三凹孔(4-3)与推杆尾部(3-6)相匹配，且第三凹孔(4-3)孔底与推杆尾部(3-6)尾端面之间设置有腔体(9)；所述第二凹孔(4-2)对应拉杆(4)外壁外径大于缸套孔(2-3)内径，第三凹孔(4-3)对应拉杆(4)外壁与缸套孔(2-3)相匹配；所述推杆尾部(3-6)位于缸套孔(2-3)外侧的位置处沿径向贯穿有剪切销(7)，所述剪切销(7)延伸至拉杆(4)外壁，且剪切销(7)的抗剪强度为设定值；所述推杆尾部(3-6)沿径向贯穿有第一排气孔(3-7)，所述第一排气孔(3-7)位于剪切销(7)内侧、且能够随着剪切销(7)的剪断而被推动至缸套孔(2-3)外侧；所述第三凹孔(4-3)对应拉杆(4)外壁上沿径向贯穿有第二排气孔(4-5)，且第二排气孔(4-5)对应于第一排气孔(3-7)位置处。2.根据权利要求1所述的充气解锁装置，其特征在于：所述缸套(2)缸壁上沿径向贯穿有第三排气孔(2-4)，且第三排气孔(2-4)对应于第二排气孔(4-5)位置处。3.根据权利要求2所述的充气解锁装置，其特征在于：所述第一排气孔(3-7)为圆形孔，所述第二排气孔(4-5)为椭圆形孔，所述第三排气孔(2-4)为椭圆形孔，且第三排气孔(2-4)长半径不小于第二排气孔(4-5)长半径，第二排气孔(4-5)长半径不小于第一排气孔(3-7)直径。4.根据权利要求3所述的充气解锁装置，其特征在于：所述缸套(2)从靠近缸体(1)端至远离缸体(1)端依次开凿有第一台阶槽(2-1)和第二台阶槽(2-2)，所述缸套(2)通过第一台阶槽(2-1)与缸体(1)连接，所述第一台阶槽(2-1)与第二台阶槽(2-2)过渡位置处与钨球(5)直接接触，且第一台阶槽(2-1)与第二台阶槽(2-2)过渡位置处设置为斜面，所述第二台阶槽(2-2)延伸至缸套(2)底端面上。5.根据权利要求4所述的充气解锁装置，其特征在于：所述缸套(2)远离缸体(1)底端面的内侧设置有缓冲垫(8)。6.根据权利要求5所述的充气解锁装置，其特征在于：所述第一台阶槽(2-1)与缸体(1)外周通过螺纹连接。7.根据权利要求1所述的充气解锁装置，其特征在于：所述第二环形凸台(3-3)沿径向截面为非圆形结构，用于防止推杆(3)与拉杆(4)相对转动。
8.根据权利要求7所述的充气解锁装置，其特征在于：所述缸套孔(2-3)沿径向截面为非圆形结构，用于防止拉杆(4)与缸套(2)相对转动。9.根据权利要求8所述的充气解锁装置，其特征在于：所述第三环形凸台(3-5)与第一环形凹槽(3-4)之间设置有滚动斜面(3-8)，便于钨球(5)滚动。10.根据权利要求9所述的充气解锁装置，其特征在于：所述推杆头部(3-1)与缸体(1)内腔轴向顶端接触，保证进气顺畅。

技术总结
本发明充气解锁装置，包括缸体、缸套，所述缸体与缸套构成的空腔内沿轴向方向设置有推杆，所述推杆靠近缸套端的外周套设有拉杆，所述推杆从远离缸套端至靠近缸套端依次设置有推杆头部、第一环形凸台、第二环形凸台、第一环形凹槽、第三环形凸台和推杆尾部，所述拉杆开凿有第一凹孔、第二凹孔和第三凹孔，所述第一凹孔与第二环形凸台相匹配，所述第二凹孔对应拉杆外壁上贯穿有沿径向分布的多个圆孔，所述圆孔内嵌置有钨球，所述推杆尾部位于缸套孔外侧的位置处沿径向贯穿有剪切销。本发明为纯机械结构设计，无需拆卸，通过推杆结构与拉杆结构的相互配合，利用解锁气压调整剪切销的抗剪强度，实现解锁功能和重复使用功能，提高使用效率。效率。效率。


技术研发人员：戚康乾 孙葵 陈晓奇 张正义 黄康 盛世龙
受保护的技术使用者：湖北三江航天红林探控有限公司
技术研发日：2022.11.17
技术公布日：2023/4/5