一种耐高负载低干扰的机械释放机构的制作方法

本发明属于航空航天高可靠连接与分离，特别涉及一种耐高负载低干扰的机械释放机构，用于在高速飞行环境下，实现外挂飞行器（子机）与母平台（母机）之间可靠连接、同步解锁与低冲击清洁分离。

背景技术：

1、在高速飞行包线内，飞行器表面承受着极高的气动载荷、宽频带随机振动与严重的气动热。在此极端工况下，实现外挂试验载荷（如小型飞行器）的安全释放，面临三大核心技术挑战：

2、1、连接可靠性挑战：传统的爆炸螺栓或单点中心锁机构，在持续的高过载与振动环境下，存在预紧力松弛、应力集中导致的疲劳断裂、或意外解锁的风险。单点承力模式也导致接口局部应力巨大，迫使结构增重，且对加工与装配精度要求较高。

3、2、分离洁净度与同步性挑战：分离瞬间，若多个解锁点存在时间差，将使外挂物承受较大的非对称力矩，在高度敏感的近场激波干扰流场中，此初始扰动容易被急剧放大，诱发与母机的碰撞或子机失控。此外，爆炸螺栓产生的高强度爆轰波和高速金属碎片，会对子机与母机的热防护系统、光学传感器等关键表面造成污染与损伤。

4、3、环境适应性挑战：强烈的等离子体鞘套电磁干扰可能影响火工品的点火可靠性。

5、现有的无人机零长发射架或低速挂架释放装置，其工作环境的气动载荷、热载荷及电磁环境不同于高速飞行，需开发一种用于在高速飞行环境下，实现外挂飞行器与母平台之间可靠连接、同步解锁与低冲击清洁分离的一体化机械释放机构。

技术实现思路

1、为改善高负载和振动环境下的连接与分离性能，本发明提供一种耐高负载低干扰的机械释放机构，通过多个锁点共同承载和机械同步解锁，降低分离时的非对称扰动，并结合气体助推减少火工分离方式产生的冲击和碎片，为子机提供较稳定的初始分离状态。

2、本发明提供的技术方案如下：

3、一种耐高负载低干扰的机械释放机构，包括子机锁轴、机构外壳、至少三个锁紧单元、中央盘形凸轮、连杆、摇臂、驱动源和上盖；

4、所述机械释放机构设置在母机挂架基座与子机挂架之间；

5、所述机构外壳与母机挂架基座固定连接；上盖盖合于机构外壳的上部，并与机构外壳共同形成用于容纳锁紧、传动和气体助推部件的安装空间；上盖设有与机械释放机构中心轴线对应的中心通孔；

6、所述子机锁轴固定设置于子机挂架朝向机构外壳的一侧，并能够沿上盖的中心通孔插入由机构外壳和上盖形成的安装空间内；

7、所述至少三个锁紧单元绕机械释放机构中心轴线周向均布，共同作用于子机锁轴，锁定或解除对子机锁轴的轴向约束；

8、所述中央盘形凸轮以能够绕机械释放机构中心轴线转动的方式支承在机构外壳内，驱动源与中央盘形凸轮传动连接；中央盘形凸轮上设置有与锁紧单元数量相同且周向等间隔分布的偏心铰接部，各偏心铰接部至机械释放机构中心轴线的距离相同；每一锁紧单元对应设置一根连杆和一根摇臂，连杆的内端与中央盘形凸轮的对应偏心铰接部铰接，连杆的外端与摇臂的驱动端铰接；摇臂通过支承轴转动支承于机构外壳上，摇臂的输出端与锁紧单元的驱动连接部配合；中央盘形凸轮转动时，各偏心铰接部同步牵引连杆，各连杆再驱动对应摇臂转动，使各锁紧单元同步、等行程地在锁紧位置与解锁位置之间移动，实施对子机锁轴轴向约束的锁紧与解锁，实现子机与母机的挂载与分离。

9、在一优选实施方式中，所述子机锁轴包括与子机挂架固定连接的轴杆部以及设置在轴杆部自由端的径向扩大的锁紧头；所述锁紧头沿插入方向依次具有导向锥面和环形锁紧肩，导向锥面位于锁紧头的自由端一侧，并沿远离轴杆部的方向逐渐收缩；环形锁紧肩位于锁紧头朝向轴杆部的一侧，并沿靠近轴杆部的方向逐渐收缩，环形锁紧肩的收缩型环面结构构成子机锁轴的锁紧部。

10、在一优选实施方式中，所述锁紧单元包括斜面楔块和滚柱，斜面楔块包括朝向子机锁轴的锁紧工作面、朝向滚柱的滚动承载面以及与摇臂配合的驱动连接部；滚柱设置在斜面楔块的滚动承载面与机构外壳的承力壁之间；斜面楔块在连杆和摇臂的约束下能够在径向靠近子机锁轴的锁紧位置与径向远离子机锁轴的解锁位置之间移动；处于锁紧位置时，各斜面楔块的锁紧工作面共同抵靠环形锁紧肩，使子机挂架相对于机构外壳保持轴向约束；滚柱在斜面楔块运动和承载过程中沿机构外壳的承力壁滚动，减小动作摩擦并将载荷传递至机构外壳。

11、在一优选实施方式中，所述锁紧单元为四个，在机构外壳绕机械释放机构中心轴线周向均布。

12、在一优选实施方式中，所述机械释放机构还包括助推单元，所述助推单元包括高压气瓶、电磁阀、气路及气体释放组件；气体释放组件包括释放腔和与释放腔的出气端连通的喷口；释放腔为设置于气路出口与喷口之间的局部气体流通腔；高压气瓶和电磁阀固定设置于机构外壳内并位于机械释放机构中心轴线的一侧；高压气瓶的出气口依次经电磁阀和气路与释放腔的进气端连通；喷口的喷出方向朝向子机承力面，子机承力面为子机挂架朝向上盖、用于承受喷出气体的表面；电磁阀处于关闭状态时，高压气体保持在高压气瓶及电磁阀上游的气路内；电磁阀开启后，高压气体经气路进入释放腔，再经喷口喷出并作用于子机承力面，形成与子机预定分离方向一致的助推力。

13、在一优选实施方式中，所述机械释放机构还包括高分子阻尼隔振垫、连接螺栓和紧固螺母；高分子阻尼隔振垫夹设于母机挂架基座与机构外壳之间；连接螺栓穿过机构外壳、高分子阻尼隔振垫和母机挂架基座上对应的安装孔，并与紧固螺母螺纹配合，以将机构外壳与母机挂架基座紧固连接；高分子阻尼隔振垫在夹紧状态下用于衰减二者之间传递的振动。

14、在一优选实施方式中，所述机械释放机构使用前，实施装配与使用前检查，过程包括：将高分子阻尼隔振垫夹设在母机挂架基座与机构外壳之间，通过连接螺栓与紧固螺母完成夹紧连接，安装上盖；检查各锁紧单元、中央盘形凸轮、连杆和摇臂的活动行程，确保各斜面楔块能够同步到达锁紧位置和解锁位置；随后确认高压气瓶已按设定压力充装，电磁阀处于关闭状态，气路以及气体释放组件无堵塞、无泄漏，并使各斜面楔块处于允许子机锁轴插入的初始位置。

15、在一优选实施方式中，所述机械释放机构在完成装配与使用前检查后，实施子机在母机上的挂载与锁定，过程包括：由驱动源通过中央盘形凸轮、连杆和摇臂使各斜面楔块保持在允许锁紧头通过的解锁位置；子机挂架上的子机锁轴沿机械释放机构中心轴线插入上盖的中心通孔内，导向锥面用于插入导向；待锁紧头通过各斜面楔块且环形锁紧肩到达与锁紧工作面对应的位置后，由驱动源驱动中央盘形凸轮向锁紧方向转动，使各斜面楔块同步进入锁紧位置，其锁紧工作面抵靠环形锁紧肩；子机受到的轴向载荷经斜面楔块、滚柱及相应承力部位传递至机构外壳，多个锁点通过装配间隙控制和部件的允许弹性变形实现载荷分担。

16、在一优选实施方式中，所述机械释放机构实施子机在母机上的分离释放时，过程包括：驱动源启动并驱动中央盘形凸轮转过预定角度；中央盘形凸轮上的多个偏心铰接部同步牵引多根连杆，多根连杆分别驱动对应摇臂绕支承轴转动，摇臂的输出端带动斜面楔块由锁紧位置向径向外侧的解锁位置移动，使斜面楔块与子机锁轴的环形锁紧肩之间形成释放间隙，解除对子机锁轴的轴向约束；

17、当中央盘形凸轮到达预定解锁角度，使斜面楔块与子机锁轴之间形成释放间隙后，电磁阀开启，洁净高压气体经气路进入释放腔并由喷口作用于子机承力面，形成沿预定分离方向的平稳助推力，将子机推离母机。

18、在一优选实施方式中，所述机械释放机构完成子机在母机上的分离释放后，实施复位与维护，过程包括：分离完成并确认机械释放机构处于安全状态后，关闭并卸除高压气瓶的残余压力，驱动中央盘形凸轮反向转动，使连杆、摇臂和斜面楔块恢复至下一次挂载所需的初始位置；检查斜面楔块、滚柱、各铰接点、气路密封部位及高分子阻尼隔振垫的磨损或损伤情况；对超出允许状态的部件进行更换，并在完成同步动作和气密性检查后再次投入使用。

19、根据本发明提供的一种耐高负载低干扰的机械释放机构，具有以下有益效果：

20、（1）多锁点并联均载与自适应锁紧机构，具有连接可靠效果

21、本发明不同于传统的单点中心锁紧方案，采用一个环绕子机锁轴的多个锁点并联均载的布局。机构外壳内绕机械释放机构中心轴线周向均布至少三个锁紧单元，每个锁紧单元包括斜面楔块和滚柱，多个锁紧单元共同作用于子机锁轴。

22、挂载时，驱动源先将各斜面楔块置于允许锁紧头通过的解锁位置，子机锁轴经上盖的中心通孔插入，导向锥面用于插入导向。当环形锁紧肩到达与锁紧工作面对应的位置后，驱动源通过中央盘形凸轮、连杆和摇臂使各斜面楔块进入锁紧位置，抵靠环形锁紧肩，限制子机锁轴沿分离方向移动。轴向载荷经斜面楔块、滚柱及相应承力部位传递至机构外壳；斜面楔块的锁紧工作面倾角设置为满足摩擦自锁条件，以抑制振动载荷引起的意外退锁。

23、各锁紧单元沿周向共同承载。通过控制装配间隙并利用部件允许范围内的弹性变形，可改善因加工误差或热膨胀差异引起的接触不一致，使多个锁点参与载荷分担；实际载荷分配取决于各锁点的接触状态与刚度。

24、（2）基于单一驱动源的机械同步解锁系统，具有分离同步效果

25、为了实现所有锁紧单元能够同步地解锁，设计了一套纯机械的同步传动系统。该系统包括驱动源、中央盘形凸轮以及与各锁紧单元一一对应的连杆和摇臂。中央盘形凸轮作为同步传动输入件由驱动源驱动，多个连杆通过中央盘形凸轮上周向均布的偏心铰接部同步获得位移。

26、当接收到分离指令时，驱动源驱动中央盘形凸轮转过预定角度。中央盘形凸轮上的多个偏心铰接部分别牵引对应连杆，连杆带动摇臂绕其在机构外壳上的支承轴转动，摇臂的输出端再驱动对应斜面楔块由锁紧位置向解锁位置移动。各偏心铰接部具有相同的作用半径，各连杆和摇臂具有相同的传动尺寸，从而使各斜面楔块同步、等行程动作。

27、该纯机械联动结构使所有锁点由同一驱动输入同步打开，锁点间的动作一致性主要由中央盘形凸轮、连杆和摇臂的加工及装配精度确定。单一驱动源配合对称布置的中央盘形凸轮、连杆和摇臂，使多个斜面楔块同步进入解锁位置，有利于降低不同锁点动作时间差引起的初始姿态扰动。

28、（3）集成式气体助推与冲击隔离装置，分离过程洁净低干扰

29、为替代爆炸螺栓并提供洁净的初始分离力，本发明将分离助推结构与锁紧机构组合设计。高压气瓶和电磁阀设置于机构外壳内，并通过气路连接气体释放组件。该组件的释放腔是气路出口与喷口之间的局部气体流通腔，机械解锁动作完成后，电磁阀开启，高压气体例如洁净氮气依次经气路、释放腔和喷口作用于子机承力面，产生沿预定分离方向的助推力，并避免使用爆炸螺栓所产生的爆轰冲击波和金属碎片。

30、高分子阻尼隔振垫夹设于机构外壳与母机挂架基座之间，并由连接螺栓和紧固螺母夹紧。高分子阻尼隔振垫通过变形耗能衰减安装面之间传递的振动，并对分离助推时的瞬态载荷起缓冲作用；实际效果与材料性能、夹紧状态和连接刚度有关。

31、气体助推不采用爆炸螺栓作为分离驱动，可减少由火工动作引起的爆轰冲击及金属碎片，有利于降低分离干扰。