[發明專利]空間高折展比拖拽展開式高剛度伸展臂

在審

• 申請號: 202111353852.5
• 申請日: 2021-11-16
• 公開（公告）號: CN114056603A
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發明（設計）人: 史創;陳華偉;及紅娟;殷德政;郭宏偉;韓志遠;鄧宗全;劉榮強
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學;北京航天長征飛行器研究所
• 主分類號: B64G1/22
• 分類號: B64G1/22
• 代理公司: 哈爾濱華夏松花江知識產權代理有限公司 23213
• 代理人: 高志光

空間高折展比拖拽展開式高剛度伸展臂，包含可折展單元組、軸向承力索、展開噴射發動機和端面承力板；兩個展開噴射發動機分別固定在兩個端面承力板上，兩個端面承力板之間布置有可折展單元組，所述可折展單元組包含串聯鉸接的N個可折展單元，最外側的兩個可折展單元分別與兩個端面承力板固接；每個可折展單元展開后為三棱柱，三棱柱每個側面的對角鉸接有一根可伸縮桿，可伸縮桿隨可折展單元的展開而伸長，折疊而收縮，三條軸向承力索分別橫跨N個可折展單元對應的側面，并被徑向限位，三條軸向承力索兩端分別固定在兩個端面承力板上。本發明伸展臂提高了剛度與抗拉能力，拖拽展開驅動方式具有效率高且能適應大尺度伸展臂展開。

技術領域

本發明涉及航空航天可展開機構領域，特別涉及一種空間高折展比拖拽展開式高剛度伸展臂。

背景技術

空間伸展臂是應用于空間領域的主要承力結構，隨著航天事業的高速發展，對直線伸展臂的需求達到幾十米甚至上百米。受到航天運載工具運載空間的限制，伸展臂在發射階段呈收攏狀態，待進入預定軌道之后再展開工作。

目前鉸接式伸展臂主要用作靜態支撐結構，剛度普遍較差。隨著航天任務的復雜化，伸展臂將會面臨大彎矩，大拉力的復雜工況。因此亟需一種高剛度，抗拉能力強的伸展臂。

同時目前伸展臂的展開方式多為電機驅動或者依靠彈性元件釋放彈性勢能驅動，傳力路徑較差，驅動效率低，且隨著伸展臂長度的增加，驅動機構的復雜度與體積質量也會大大增加，無法適應大尺度伸展臂的展開，因此亟需一種高效率，傳力路徑短，質量體積小的新型驅動方式。

發明內容

本發明是為克服現有技術不足，提供一種空間高折展比拖拽展開式高剛度伸展臂，該伸展臂提高了剛度與抗拉能力，采用展開噴射發動機兩端拖拽展開驅動方式，效率高且能適應大尺度伸展臂展開。

空間高折展比拖拽展開式高剛度伸展臂，包含可折展單元組、軸向承力索、展開噴射發動機和端面承力板；兩個展開噴射發動機分別固定在兩個端面承力板上，兩個端面承力板之間布置有可折展單元組，所述可折展單元組包含串聯鉸接的N個可折展單元，N≥1的正整數，最外側的兩個可折展單元分別與兩個端面承力板固接；每個可折展單元展開后為三棱柱，三棱柱每個側面的對角鉸接有一根可伸縮桿，可伸縮桿隨可折展單元的展開而伸長，折疊而收縮，三條軸向承力索分別橫跨N個可折展單元對應的側面，并被徑向限位，三條軸向承力索兩端分別固定在兩個端面承力板上。

本發明相比現有技術的有益效果是：

本發明具有很高的展收比，適合制作大尺度伸展臂，收攏尺寸小，便于運輸和發射。

可展開單元側面具有可伸縮斜桿，展開后使側面由四邊形結構變成三角形結構，穩定性增強，剛度得到明顯提高。相較于傳統的在側面布置斜拉索的設計，剛度更好，結構更簡單，且避免了斜拉索易纏繞的問題。布置三條軸向承力索，承力索兩端與端面承力板連接，端面承力板與伸展臂兩端留有一個滑動自由度，當兩端受拉時，端面承力板沿軸向可產生一定程度的軸向滑動，避免拉力直接傳遞至桁架結構，而是將拉力傳遞至三條軸向承力索，由軸向承力索承受拉力，提高伸展臂的抗拉能力。

采用展開噴射發動機在兩端同時拉動展開，提高伸展臂的展開效率，避免了復雜的展開驅動機構，運行成本低。具體的優點表現為：1、驅動效率高，力作用方向與展開方向一致，傳力路徑短，很小的力就可以拖動伸展臂展開。2、驅動機構體積小，隨著伸展臂長度的增加只需要更改發動機燃料攜帶量或者功率，即可適應不同長度的伸展臂，能夠適應百米級甚至更大尺度的伸展臂，而傳統的套筒或者絲桿驅動則無法輕易實現。3、可以通過優化展開噴射發動機的驅動策略提高能源利用率，減小燃料的攜帶量，實現輕量化設計。4、展開噴射發動機不僅限于某種特定的發動機，可依據實際任務需求選取，且能適應多種不同形式的伸展臂。5、拖拽展開驅動方式下，展開速度較快，可極大提升展開效率，適應大尺度伸展臂的展開，縮短展開時間。

下面結合附圖和實施例對本發明的技術方案作進一步地說明：

附圖說明