[發(fā)明專利]航天器預應力薄壁錐形多桿平行并聯(lián)式空間展開機構(gòu)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710052591.0
• 申請日: 2017-01-24
• 公開（公告）號: CN106864772B
• 公開（公告）日: 2021-06-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張曉敏;王海明;謝更新;韓建斌;謝志江;熊輝;宋代平;鐘勝;吳經(jīng)緯;陳曼;姜安林;朱松
• 申請（專利權(quán)）人: 航天東方紅衛(wèi)星有限公司;重慶大學
• 主分類號: B64G1/22
• 分類號: B64G1/22
• 代理公司: 重慶大學專利中心 50201
• 代理人: 王翔

本發(fā)明提供一種航天器預應力薄壁錐形多桿平行并聯(lián)式空間展開機構(gòu)，其特征在于，應用于航天器領(lǐng)域，包括航天器、薄壁桿、載荷、載荷支架、限速卡槽、轉(zhuǎn)軸和法蘭。所述薄壁桿整體呈錐形，所述薄壁桿直徑較大的一端為大端，直徑較小的一端為小端。所述載荷支架圍成的半包圍空間內(nèi)安裝有轉(zhuǎn)軸，所述載荷支架上還具有限速卡槽，所述限速卡槽為開在載荷支架上的一條等寬的條形空隙。所述薄壁桿的大端通過法蘭固定在航天器上，所述薄壁桿的小端穿過限速卡槽固定于載荷上。扁平化的薄壁桿實現(xiàn)了薄壁桿的高卷曲比，使得航天器在有效收攏尺寸空間限制下，獲得大尺寸展開結(jié)構(gòu)。且無需電力、化學能、氣動等動力及驅(qū)動裝置便能完成自行伸展。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種航天器大型空間展開機構(gòu)，廣泛應用于大型展開天線、太陽能帆板、太空機械手、空間平臺等，具體涉及一種航天器預應力薄壁錐形多桿平行并聯(lián)式空間展開機構(gòu)，尤其適用于大型天線展開機構(gòu)，屬于航天器領(lǐng)域。

背景技術(shù)

近幾十年來，隨著航天器領(lǐng)域的迅猛發(fā)展，對大型空間天線的應用需求變得愈加迫切，希望天線的尺寸越來越大。由于受到航天運載工具的運載空間的限制，要求天線在發(fā)射階段必須折疊起來收藏于整流罩內(nèi)，待航天器進入軌道后，再靠自帶的動力源將天線展開至工作狀態(tài)。因此，結(jié)構(gòu)的可展開、可靠性成為現(xiàn)代空間天線的一個顯著的特征，由于可展開天線具有廣泛的應用前景，各發(fā)達國家競相發(fā)展這項技術(shù)。

空間大型可展開天線在結(jié)構(gòu)上都具有尺寸大、重量輕、柔性大的特點。無疑大型結(jié)構(gòu)可以增加空間結(jié)構(gòu)的功能，輕型結(jié)構(gòu)可以增加有效載荷與結(jié)構(gòu)重量之比，提高運載工具的效率。但是，隨著部件尺寸的增大、結(jié)構(gòu)重量的減輕，從而剛度的減弱以及運行速度的提高，使得部件的彈性變形已成為不可忽視的因素，而且往往成為空間天線是否能夠正常工作的關(guān)鍵因素。目前使用和正在研制的各類可展開天線，就其結(jié)構(gòu)而言多種多樣，有平面陣可展開天線、整體可展開天線、徑向肋可展開天線和環(huán)肋可展開天線等展開機構(gòu)，如果沒有高度的工作可靠性，天線就難以精確地展開，其后果將導致衛(wèi)星發(fā)射后不可應用而失敗。空間結(jié)構(gòu)日趨大型化、復雜化，但是航天器運載質(zhì)量和有效載荷的儲存空間是有限的，剛性航天器薄壁桿的質(zhì)量、尺寸將受到很大的限制。在設(shè)計航天器薄壁桿時要求其展開的高可靠性、高卷曲比、輕質(zhì)、低功率消耗等。傳統(tǒng)的剛性航天器薄壁桿在現(xiàn)今的航天技術(shù)和航天環(huán)境下暴露了諸多缺點。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種新型航天器空間展開機構(gòu)，能夠通過預應力在太空中自動展開，無需外接動力，在折疊和展開時不會出現(xiàn)失效。而且具有剛度高和節(jié)省材料的優(yōu)點。

為實現(xiàn)本發(fā)明目的而采用的技術(shù)方案是這樣的，航天器預應力薄壁錐形多桿平行并聯(lián)式空間展開機構(gòu)，其特征在于，應用于航天器領(lǐng)域，包括航天器、薄壁桿、載荷、載荷支架、限速卡槽、轉(zhuǎn)軸和法蘭。

所述薄壁桿整體呈錐形，所述薄壁桿直徑較大的一端為大端，直徑較小的一端為小端，所述薄壁桿小端到大端之間的直徑為平滑過渡的。所述薄壁桿能夠沿長度方向卷曲后恢復原狀。

所述載荷支架為一個半包圍的矩形框，所述載荷支架圍成的半包圍空間內(nèi)安裝有轉(zhuǎn)軸，所述載荷支架上還具有限速卡槽，所述限速卡槽為開在載荷支架上的一條等寬的條形空隙。

所述載荷通過轉(zhuǎn)軸安裝于載荷支架的半包圍空間內(nèi)，所述載荷可以繞轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。

所述薄壁桿的大端通過法蘭固定在航天器上，所述薄壁桿的小端穿過限速卡槽固定于載荷上。

所述航天器進入預定軌道之前，薄壁桿為收縮狀態(tài)，所述薄壁桿由小端隨著載荷繞轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)而將載荷包覆，此時薄壁桿被碾壓成扁平狀，直至載荷支架緊挨航天器，使得薄壁桿無法進一步收縮，然后將載荷通過鎖定機構(gòu)固定，使得載荷無法旋轉(zhuǎn)，薄壁桿也無法伸展。當航天器進入預定軌道之后，將載荷支架上的鎖定機構(gòu)打開，使得載荷能夠旋轉(zhuǎn)，此時薄壁桿由卷曲收縮狀態(tài)變?yōu)樯煺範顟B(tài)。薄壁桿通過預應力自動慢慢展開，又由于載荷支架上限速卡槽的作用，使得薄壁桿展開過程的速率保持適中。完全展開后，航天器與載荷支架及安裝于載荷支架上的載荷之間的距離達到最大，最后航天器達到正常工作階段。