空间大载荷石蜡驱动器研制

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1、2017年5月第43卷第5期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsMav2017V01．43NO．5http：／／bhxb．buaa．edu．cnjbuaa@buaa．edu．cnDOI：10．13700／j．bh．1001—5965．2016．0399空间大载荷石蜡驱动器研制张顺杰1，王露斯2，聂超1，何咏1，张小勇1’3’4’5一，闫晓军1’3’4’5(1．北京航空航天大学能源与动力工程学院，北京10008

2、3；2．北京卫星制造厂，北京100080；3．先进航空发动机协同创新中心，北京100083；4．航空发动机气动热力国家级重点实验室，北京1000835．航空发动机结构强度北京市重点实验室，北京100083)摘要：石蜡驱动器是当前空间非火工驱动器技术领域的研究热点，现有的空间石蜡驱动器主要采用弹性鞘挤压原理，具有摩擦力大、驱动力小等问题。本文针对这些问题，发展了活塞式空间大载荷石蜡驱动器，该驱动器通过活塞结构有效增大了石蜡液压对驱动杆的作用面积，大幅提高了驱动力；通过双层密封设计和复位弹簧设计，确保了

3、驱动器的密封及复位性能。为了验证该方案，完成了原理样机的制造，开展了摩擦力测试、功能测试、寿命测试等试验。结果表明，采用载荷范围为85～165N的复位弹簧能推动活塞克服系统摩擦力进行复位，保证了驱动器的自动复位功能；在额定功率40w(额定电压12V)下，驱动器的输出位移为6．9mm，响应时间为20min，驱动力超过300N。寿命试验表明，该驱动器寿命超过100次，多次输出位移稳定性好(7mm左右波动)；驱动器密封性能优秀，经历100次作动后，未发现石蜡泄漏。关键词：石蜡驱动器；机构设计；拔销器；非火

4、工；高温驱动器中图分类号：V474；TB332文献标识码：A文章编号：1001．5965(2017)05—1038—07非火工连接与分离技术是近几十年发展起来的新兴航天机构技术，其相对于传统的火工分离技术，具有冲击小、可重复使用、无排放污染等技术特点¨“。现有的非火工分离技术主要依赖几种非火工驱动材料或方法，如采用石蜡∞。8。、形状记忆合金一。10‘等驱动材料，或者依赖燃绳。1“、热刀¨’12o等驱动方法。其中，燃绳、热刀等驱动技术尽管可重复使用，但是操作非常复杂，需要替换部分零件。例如，热刀技术通

5、过高温的热刀切断连接绳索实现分离，每次分离后需要更换新的连接绳索才能再次使用13’”1。相比之下，基于石蜡和形状记忆合金等驱动材料的技术，驱动过程中无需破坏结构件，可以轻松实现复位及重复使用。基于此，本文主要针对基于石蜡的非火工驱动技术展开研究。目前，航天应用的石蜡驱动器主要为挤压式石蜡驱动器，这种石蜡驱动器的基本原理是：通过加热装置给石蜡加热，石蜡熔化膨胀后，产生巨大的静液压力，挤压弹性鞘，从而推动驱动杆运动¨’”-。其优点是体积小、重量轻、结构简单、易于密封。但是，由于弹性鞘和驱动杆之间存在巨大

6、的正压力，导致挤压产生的摩擦非常大，影响了其输出的驱动力。此外，石蜡产生的挤压力，仅能通过驱动杆下端的锥面转化为驱动力，转化效率较低，进一步限制了驱动力的提高。针对当前石蜡驱动器存在的上述问题，本文提出了一种活塞式空间大载荷石蜡驱动器，该驱动器未采用前述弹性鞘结构，可消除驱动过程中收稿日期：2016-05—11；录用日期：2016_06-12；网络出版时间：2016-08-2918：30网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．2625．V．20160829．1830．0

7、04．html基金项目：国家自然科学基金(51505018，11272025)；CAST创新基金(2014ZY610001)}通讯作者：E-mail：zhangxy@buaa．edu．en戮甩格式：张顺杰．王露斯．聂超．等．空阃大载荷石蜡驱动器研制e13．北京航空航天大学学报，2017．43(5)：1038．1044．ZHANGSJ，WANGLS，NIEC，eta1．Developmentofalargeloadspace—usedparaffinactuator[J]．JournalofBeiji

8、ngUniversityofAeronauticsandAstronautics，2017，43(5)：1038—1044(inChinese)．第5期张顺杰，等：空间大载荷石蜡驱动器研制产生的巨大摩擦力，同时在驱动杆末端设计了活塞结构，能有效增大石蜡液压对驱动杆的作用面积，大幅提高驱动力。为了验证该方案，本文完成了原理样机的设计及制造，开展了摩擦力测试、功能测试、寿命测试等试验。1方案原理空间大载荷石蜡驱动器如图1所示，其主要由驱动杆(末端为活塞)、石蜡、外壳、加热