重载飞轮螺母低冲击解锁触发装置研究

发布时间：2017-07-30 11:13

  本文关键词：重载飞轮螺母低冲击解锁触发装置研究

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【摘要】：随着航天技术的快速发展,新型有效载荷越来越多的在地外空间中得到广泛应用,尤其是日趋精密化、多样化和柔性化的敏感器件和光学设备等。此类有效载荷对在轨释放产生的冲击和振动环境较为敏感,而传统火工装置作动将不可避免的产生极大的解锁冲击并产生化学污染,因此,发展新型非火工分离释放技术意义重大。目前,非火工技术的发展主要集中于新型智能材料领域,其中形状记忆合金作为该领域内研究比较成熟的材料已经取得了丰富的研究成果。本文以空间重型载荷的低冲击在轨释放为背景,结合形状记忆合金材料研制了一种用于低冲击、大承载飞轮螺母分离装置的解锁触发装置。本文针对空间重型载荷低冲击快速释放的需求,开展了分离装置的方案设计。分析了典型空间用大承载分离机构的连接形式,提出了一种“以非自锁螺纹副预紧承载,以SMA丝触发解锁”为核心思想的分离装置原理方案,开展了核心结构形状记忆合金解锁触发装置的原理设计和方案优选,并完善了分离装置的详细结构设计。基于形状记忆合金的材料特性,开展了解锁触发装置的理论建模和测试。结合形状记忆合金的本构关系和典型边界条件,推导了一维状态下形状记忆合金丝的“应力-应变-温度”关系;依据实际应用需求搭建专用试验台开展了解锁触发装置的综合性能测试,获知了形状记忆合金丝触发驱动的响应特性规律并确定了分离装置设计中的各项关键参数。结合设计需求对解锁触发装置开展了动力学仿真和样机试验。通过静力学分析检验了触发装置的静力承载强度;通过运动仿真对机构的基本解锁功能进行了模拟,在此基础上开展样机试验对装置的分离功能进行了实际测试;对解锁触发装置的关键运动副开展了热分析并利用热环境试验检验了整机的热环境稳定性和解锁响应特性。
【关键词】：解锁触发装置 形状记忆合金 飞轮螺母分离装置 驱动特性 特性验证
【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;TG139.6
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-25
• 1.1 课题来源及研究的目的和意义9-10
• 1.1.1 课题来源9
• 1.1.2 研究目的和意义9-10
• 1.2 国内外研究现状与分析10-23
• 1.2.1 基于形状记忆合金的锁紧释放装置10-18
• 1.2.2 熔断/热切割释放装置与机电线轴装置18-20
• 1.2.3 石蜡驱动装置与聚合物驱动装置20-21
• 1.2.4 国内外研究现状分析21-23
• 1.3 课题主要研究内容23-25
• 第2章 解锁触发装置构型及方案设计25-41
• 2.1 引言25
• 2.2 设计指标25
• 2.3 总体方案设计25-28
• 2.3.1 设计思路25-27
• 2.3.2 工作原理27-28
• 2.4 形状记忆合金解锁触发装置设计28-32
• 2.4.1 基于SMA丝的偏置式回转触发装置28-29
• 2.4.2 基于SMA弹簧的偏置式回转触发装置29-31
• 2.4.3 基于SMA丝的螺旋式回转触发装置31-32
• 2.5 分离装置结构设计32-40
• 2.5.1 分离装置的基本组成与工作过程32-34
• 2.5.2 连接与分离组件设计34-37
• 2.5.3 解锁与传动组件设计37-40
• 2.6 本章小结40-41
• 第3章 形状记忆合金丝本构关系建模与性能测试41-57
• 3.1 引言41
• 3.2 形状记忆合金的本构关系建模41-48
• 3.2.1 形状记忆合金的本构模型41-43
• 3.2.2 典型边界条件下SMA丝的回复特性43-48
• 3.3 形状记忆合金丝性能测试48-56
• 3.3.1 形状记忆合金性能测试平台设计48-50
• 3.3.2 通电响应性能测试50-51
• 3.3.3 带载输出性能测试51-54
• 3.3.4 重复性能测试与高低温响应测试54-56
• 3.4 本章小结56-57
• 第4章 解锁触发装置动力学仿真与性能试验57-69
• 4.1 引言57
• 4.2 结构静强度分析57-59
• 4.3 分离功能仿真与验证59-63
• 4.3.1 分离过程动力学仿真59-61
• 4.3.2 解锁功能试验61-62
• 4.3.3 重复使用性能测试62-63
• 4.4 解锁冲击测试与分析63-64
• 4.5 热特性仿真与验证64-68
• 4.5.1 解锁触发装置热变形分析65-66
• 4.5.2 高温生存试验66-67
• 4.5.3 高低温解锁性能试验67-68
• 4.6 本章小结68-69
• 结论69-70
• 参考文献70-75
• 致谢75

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本文编号：593934