一種可重復(fù)變構(gòu)型桁架式航天器結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】一種可重復(fù)變構(gòu)型桁架式航天器結(jié)構(gòu)，它涉及一種航天器?，F(xiàn)有航天器存在結(jié)構(gòu)固定封閉且冗余復(fù)雜，難以實現(xiàn)航天器故障的在軌維修與設(shè)備升級維護(hù)的問題。本發(fā)明中對接環(huán)設(shè)在底板的底部，系統(tǒng)驅(qū)動機構(gòu)和支撐框架均設(shè)置在底板的頂部，傳動機構(gòu)的底部設(shè)在系統(tǒng)驅(qū)動機構(gòu)上，傳動機構(gòu)的頂部設(shè)置在支撐框架上，兩個固定支撐板均豎直并列設(shè)在支撐框架上且二者相對設(shè)置，N?2個展開板的底部依次鉸接在底板的邊緣處，每個展開板對應(yīng)設(shè)置有一個鎖緊機構(gòu)，每兩個相鄰的展開板通過對應(yīng)的一套桁架變構(gòu)型機構(gòu)與傳動機構(gòu)相連接，N?2個展開板在N?4套桁架變構(gòu)型機構(gòu)以及傳動機構(gòu)的控制下同步作出展開和收攏動作。本發(fā)明用于航天航空領(lǐng)域。
【專利說明】
一種可重復(fù)變構(gòu)型桁架式航天器結(jié)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種變構(gòu)型桁架式航天器結(jié)構(gòu)，屬于航天航空領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著載人飛船、空間站、長壽命衛(wèi)星等航天器長期在軌運行工作，未來在軌服務(wù)技術(shù)具有巨大的應(yīng)用前景。隨著衛(wèi)星平臺結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜、規(guī)模更為龐大，傳統(tǒng)衛(wèi)星平臺顯現(xiàn)出很大的局限性，例如傳統(tǒng)衛(wèi)星多是結(jié)構(gòu)不變、封閉完好的多面體，通常情況下是將各子系統(tǒng)例如熱控、通信、姿軌控制、推進(jìn)等有效載荷集成在一起，再加上為提高可靠性增加的冗余設(shè)計，使得整個衛(wèi)星結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以實現(xiàn)在軌維修?？傊F(xiàn)有航天器存在結(jié)構(gòu)固定封閉且冗余復(fù)雜，難以實現(xiàn)航天器故障的在軌維修與設(shè)備升級維護(hù)的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種可重復(fù)變構(gòu)型桁架式航天器結(jié)構(gòu)，以解決現(xiàn)有航天器存在結(jié)構(gòu)固定封閉且冗余復(fù)雜，難以實現(xiàn)航天器故障的在軌維修與設(shè)備升級維護(hù)的問題。
[0004]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采取的技術(shù)方案是:
[0005]—種可重復(fù)變構(gòu)型桁架式航天器結(jié)構(gòu)，它包括對接環(huán)、底板、支撐框架、傳動機構(gòu)、系統(tǒng)驅(qū)動機構(gòu)、N-4套桁架變構(gòu)型機構(gòu)、兩個固定支撐板、N-2個展開板和N-2個鎖緊機構(gòu)；
[0006]所述對接環(huán)設(shè)置在底板的底部，所述系統(tǒng)驅(qū)動機構(gòu)和支撐框架均設(shè)置在底板的頂部，所述傳動機構(gòu)的底部設(shè)置在系統(tǒng)驅(qū)動機構(gòu)上，所述傳動機構(gòu)的頂部設(shè)置在支撐框架上，所述兩個固定支撐板均豎直并列設(shè)在支撐框架上且二者相對設(shè)置，所述N-2個展開板的底部依次鉸接在底板的邊緣處，每個展開板對應(yīng)設(shè)置有一個鎖緊機構(gòu)，每兩個相鄰的展開板之間對應(yīng)設(shè)置有一套桁架變構(gòu)型機構(gòu)，每兩個相鄰的展開板通過對應(yīng)的一套桁架變構(gòu)型機構(gòu)與傳動機構(gòu)相連接，N-2個展開板在N-4套桁架變構(gòu)型機構(gòu)以及傳動機構(gòu)的控制下同步作出展開和收攏動作。
[0007]N的取值范圍為6至12。
[0008]所述系統(tǒng)驅(qū)動機構(gòu)包括總電機、總減速器、軸承用支架、聯(lián)軸器和軸承，所述總電機設(shè)置在底板上，所述總電機的輸出軸上依次設(shè)置有總減速器、軸承用支架、聯(lián)軸器和軸承。
[0009]所述傳動機構(gòu)包括絲杠、螺母和螺母座，所述絲杠豎直設(shè)置且其下端依次穿過軸承和聯(lián)軸器與總電機的輸出軸相連接，所述螺母座設(shè)置在螺母上，所述螺母座在螺母的帶動下沿絲杠的長度方向與絲杠滑動配合。
[0010]所述支撐框架的外形為N棱柱形框架，所述支撐框架包括頂蓋、N個外斜桿和四個內(nèi)斜桿，所述絲杠的上端通過中節(jié)點固定連接在頂蓋的中心處，所述N個外斜桿均勻布置，每個外斜桿的上端通過一個桿接頭與頂蓋相連接，每個外斜桿的下端設(shè)置在底板上，每個內(nèi)斜桿的上端固定連接在中節(jié)點上，每個內(nèi)斜桿的下端對應(yīng)有一個外斜桿且其與對應(yīng)的外斜桿的下端相連接。
[0011]每套桁架變構(gòu)型機構(gòu)包括驅(qū)動桿、展開桿、連接桿、橫桿接頭、左橫桿和右橫桿，展開桿的上端鉸接在中節(jié)點上，所述驅(qū)動桿的一端鉸接在螺母座上，所述驅(qū)動桿的另一端鉸接在展開桿上，所述展開桿的下端與連接桿的一端相鉸接，連接桿的另一端通過橫桿接頭分別與兩個并列設(shè)置的左橫桿和右橫桿相連接，所述左橫桿對應(yīng)連接有兩個相鄰展開板中的一個展開板，所述左橫桿對應(yīng)連接有兩個相鄰展開板中的另一個展開板。
[0012]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0013]1、本發(fā)明中傳動機構(gòu)采用絲杠和螺母相配合實現(xiàn)傳動工作，絲杠和螺母將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動，因絲杠為自鎖螺旋，因而使傳動機構(gòu)具有自鎖功能，可省去系統(tǒng)展開狀態(tài)下的鎖定機構(gòu)，對機構(gòu)簡化與減重具有重要意義。
[0014]2、本發(fā)明的支撐框架和N-4套桁架變構(gòu)型機構(gòu)之間相互配合設(shè)置能夠增加了航天器承載能力，減輕了主承力結(jié)構(gòu)質(zhì)量，提高了有效載荷載承比，并且本發(fā)明在傳統(tǒng)桁架航天器構(gòu)型上改進(jìn)，具有很好的繼承性。
[0015]3、本發(fā)明中每套桁架變構(gòu)型機構(gòu)收攏于同一平面，即展開桿和外斜桿形成的平面上，對有效載荷的布局影響小。桁架變構(gòu)型機構(gòu)能夠使支撐框架內(nèi)部的有效載荷暴露于航天器外部以便于維修和升級，變構(gòu)型具有慣量變化大和展收包絡(luò)空間比大的特點。
[0016]4、本發(fā)明中每個鎖緊機構(gòu)對應(yīng)一個展開板和一個邊框桿，該鎖緊機構(gòu)能夠?qū)⒄归_板和邊框桿鎖定，鎖緊牢靠安全，有效提高了本發(fā)明的結(jié)構(gòu)剛度。
[0017]5、本發(fā)明中所有結(jié)構(gòu)都是由航空航天常用材料加工制造，材料資源豐富，加工工藝成熟，所用材料密度小，剛度強度大，可有效減輕機構(gòu)重量，輕質(zhì)便于本發(fā)明的應(yīng)用推廣。
[0018]6、本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)衛(wèi)星平臺在軌展開為通信衛(wèi)星提供了更大的散熱面積和對地對日面積。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明的主視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2為圖1的俯視結(jié)構(gòu)不意圖；
[0021]圖3為圖1的左視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖4為圖1中A處局部剖視圖；
[0023]圖5為圖1中B處局部剖視圖；
[0024]圖6為圖1中C處局部剖視圖；
[0025]圖7為本發(fā)明處于收攏狀態(tài)時的使用狀態(tài)圖，圖中N的取值為6;
[0026]圖8為本發(fā)明處于全部展開后的使用狀態(tài)圖，圖中N的取值為6;
[0027]圖9為圖8中D處的放大圖。
【具體實施方式】
[0028]【具體實施方式】一:結(jié)合圖1至圖9說明本實施方式，本實施方式包括包括對接環(huán)15、底板16、支撐框架19、傳動機構(gòu)、系統(tǒng)驅(qū)動機構(gòu)、N-4套桁架變構(gòu)型機構(gòu)、兩個固定支撐板17、N-2個展開板18和N-2個鎖緊機構(gòu)；
[0029]所述對接環(huán)15設(shè)置在底板16的底部，所述系統(tǒng)驅(qū)動機構(gòu)和支撐框架19均設(shè)置在底板16的頂部，所述傳動機構(gòu)的底部設(shè)置在系統(tǒng)驅(qū)動機構(gòu)上，所述傳動機構(gòu)的頂部設(shè)置在支撐框架19上，所述兩個固定支撐板17均豎直并列設(shè)在支撐框架19上且二者相對設(shè)置，所述N-2個展開板18依次鉸接在底板16的邊緣處，每個展開板18對應(yīng)設(shè)置有一個鎖緊機構(gòu)，每兩個相鄰的展開板18之間對應(yīng)設(shè)置有一套桁架變構(gòu)型機構(gòu)，每兩個相鄰的展開板18通過對應(yīng)的一套桁架變構(gòu)型機構(gòu)與傳動機構(gòu)相連接，N-2個展開板18在N-4套桁架變構(gòu)型機構(gòu)以及傳動機構(gòu)的控制下同步作出展開和收攏動作。
[0030]本發(fā)明中每個鎖緊機構(gòu)包括SJJG支架32、套筒33、母座34、鎖芯35、鎖鉤36、滑腔37、連接銷38、SJ JG軸承支架39、SJ JG軸承40、SJ JG絲杠41、SJJG螺母42、底蓋43、SJJG電機44、SJ JG減速器45、公座46、鎖桿47和調(diào)節(jié)螺母48。其為一種已有的成品件，其他能夠?qū)崿F(xiàn)將展開板18和邊框桿23鎖定的鎖緊機構(gòu)均可。
[0031]本發(fā)明中每個展開板18通過公鉸28、第一母鉸29、第二母鉸30和鉸鏈軸31實現(xiàn)與底板16的鉸接。
[0032]【具體實施方式】二:結(jié)合圖1至圖9說明本實施方式，本實施方式中N的取值范圍為6至12。當(dāng)N的取值為6時，即有2套桁架變構(gòu)型機構(gòu)、4個展開板18和4個鎖緊機構(gòu)，本發(fā)明在收攏狀態(tài)下的外形為六棱柱形；當(dāng)N的取值為8時，即有4套桁架變構(gòu)型機構(gòu)、6個展開板18和6個鎖緊機構(gòu)，本發(fā)明在收攏狀態(tài)下的外形為八棱柱形，同理本發(fā)明在收攏狀態(tài)下的外形為七棱柱形、九棱柱形及其他的棱柱形。
[0033]本發(fā)明中底板16的形狀與N的具體取值相關(guān)，當(dāng)N的取值為6時，底板16為六邊形板。其他未提及的結(jié)構(gòu)與連接關(guān)系與【具體實施方式】一相同。
[0034]【具體實施方式】三:結(jié)合圖1和圖4說明本實施方式，本實施方式中所述系統(tǒng)驅(qū)動機構(gòu)包括總電機1、總減速器2、軸承用支架3、聯(lián)軸器4和軸承5，所述總電機I設(shè)置在底板16上，所述總電機I的輸出軸上依次設(shè)置有總減速器2、軸承用支架3、聯(lián)軸器4和軸承5。其他未提及的結(jié)構(gòu)與連接關(guān)系與【具體實施方式】一或二相同。
[0035]【具體實施方式】四:結(jié)合圖1、圖8和圖9說明本實施方式，本實施方式中所述傳動機構(gòu)包括絲杠6、螺母7和螺母座8，所述絲杠6豎直設(shè)置且其下端依次穿過軸承5和聯(lián)軸器4與總電機I的輸出軸相連接，所述螺母座8設(shè)置在螺母7上，所述螺母座8在螺母7的帶動下沿絲杠6的長度方向與絲杠6滑動配合。其他未提及的結(jié)構(gòu)與連接關(guān)系與【具體實施方式】三相同。
[0036]【具體實施方式】五:結(jié)合圖1和圖8說明本實施方式，本實施方式中所述支撐框架19的外形為N棱柱形框架，所述支撐框架19包括頂蓋、N個外斜桿24和四個內(nèi)斜桿25，所述絲杠6的上端通過中節(jié)點20固定連接在頂蓋的中心處，所述N個外斜桿24均勻布置，每個外斜桿24的上端通過一個桿接頭27與頂蓋相連接，每個外斜桿24的下端設(shè)置在底板16上，每個內(nèi)斜桿25的上端固定連接在中節(jié)點20上，每個內(nèi)斜桿25的下端對應(yīng)有一個外斜桿24且其與對應(yīng)的外斜桿24的下端相連接。
[0037]本實施方式中當(dāng)N的取值為6時，所述支撐框架19中的頂蓋包括六根邊框桿23和六根連邊桿22，所述六根連邊桿22交匯于中節(jié)點20處，每兩個相鄰連邊桿22之間設(shè)置有一根邊框桿23，相鄰的邊框桿23之間通過一個邊節(jié)點21相連接。
[0038]本實施方式中每個鎖緊機構(gòu)分為鎖緊部26和被鎖部56，鎖緊部26設(shè)置在其對應(yīng)展開板18朝向的邊框桿23上，被鎖部56設(shè)置在其對應(yīng)的展開板18上。其他未提及的結(jié)構(gòu)與連接關(guān)系與【具體實施方式】四相同。
[0039]【具體實施方式】六:結(jié)合圖1和圖8說明本實施方式，本實施方式中每套桁架變構(gòu)型機構(gòu)包括驅(qū)動桿9、展開桿1、連接桿11、橫桿接頭12、左橫桿13和右橫桿14，展開桿1的上端鉸接在中節(jié)點20上，所述驅(qū)動桿9的一端鉸接在螺母座8上，所述驅(qū)動桿9的另一端鉸接在展開桿10上，所述展開桿10的下端與連接桿11的一端相鉸接，連接桿11的另一端通過橫桿接頭12分別與兩個并列設(shè)置的左橫桿13和右橫桿14相連接，所述左橫桿13對應(yīng)連接有兩個相鄰展開板18中的一個展開板18，所述左橫桿13對應(yīng)連接有兩個相鄰展開板18中的另一個展開板18。
[0040]本實施方式中展開桿10對應(yīng)有一個外斜桿24，展開桿10上沿其長度方向開設(shè)有一個槽，該展開桿10對應(yīng)的外斜桿24穿過該槽，外斜桿24為展開桿10正常實現(xiàn)收縮和伸出的動作起到導(dǎo)向作用。如此設(shè)置既能夠使展開桿10沿外斜桿24側(cè)面滑動從而能夠控制其對應(yīng)的兩個展開板18同步實現(xiàn)收攏和展開的動作。同時還能夠保證外斜桿24位置不變，保證支撐框架19的穩(wěn)定性。其他未提及的結(jié)構(gòu)與連接關(guān)系與【具體實施方式】四或五相同。
[0041]工作過程:
[0042]當(dāng)N的取值為6時，本發(fā)明在初始時處于收攏狀態(tài)，呈六棱柱構(gòu)型，即本發(fā)明采用4個鎖緊機構(gòu)分別將四個展開板18和四個邊框桿23鎖定。變構(gòu)型時，四個鎖緊機構(gòu)同步解鎖，總電機I通過總減速器2、聯(lián)軸器3驅(qū)動傳動機構(gòu)中的絲杠6轉(zhuǎn)動，從而驅(qū)動螺母7和螺母座8產(chǎn)生直線運動，螺母座8依次通過每套桁架變構(gòu)型機構(gòu)中的驅(qū)動桿9、展開桿10和連接桿11帶動左橫桿13和右橫桿14沿著橫桿接頭12同步轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)與左橫桿13和右橫桿14相連接的兩個展開板18的展開動作，由于絲杠6為自鎖螺旋，當(dāng)本發(fā)明完全展開后，即四個展開板全部展開與底板16處于同一平面上，總電機I停止工作，在自鎖螺旋的作用下本發(fā)明能夠保持展開狀態(tài)不變，省去了復(fù)雜的鎖定機構(gòu)，有效的簡化了航天器的結(jié)構(gòu)并降低了質(zhì)量。
[0043]當(dāng)本發(fā)明需要作出收攏動作時，其收攏過程是展開的逆行，首先本發(fā)明處于展開狀態(tài)，收攏時總電機I帶動絲杠反轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)N-2個展開板18的同步收攏過程，收攏到位后N-2個鎖緊機構(gòu)進(jìn)行鎖定即可。
【主權(quán)項】
1.一種可重復(fù)變構(gòu)型桁架式航天器結(jié)構(gòu)，其特征在于:它包括對接環(huán)(15)、底板(16)、支撐框架(19)、傳動機構(gòu)、系統(tǒng)驅(qū)動機構(gòu)、N-4套桁架變構(gòu)型機構(gòu)、兩個固定支撐板(17)、N-2個展開板(18)和N-2個鎖緊機構(gòu)； 所述對接環(huán)(15)設(shè)置在底板(16)的底部，所述系統(tǒng)驅(qū)動機構(gòu)和支撐框架(19)均設(shè)置在底板(16)的頂部，所述傳動機構(gòu)的底部設(shè)置在系統(tǒng)驅(qū)動機構(gòu)上，所述傳動機構(gòu)的頂部設(shè)置在支撐框架(19)上，所述兩個固定支撐板(17)均豎直并列設(shè)在支撐框架(19)上且二者相對設(shè)置，所述N-2個展開板(18)的底部依次鉸接在底板(16)的邊緣處，每個展開板(18)對應(yīng)設(shè)置有一個鎖緊機構(gòu)，每兩個相鄰的展開板(18)之間對應(yīng)設(shè)置有一套桁架變構(gòu)型機構(gòu)，每兩個相鄰的展開板(18)通過對應(yīng)的一套桁架變構(gòu)型機構(gòu)與傳動機構(gòu)相連接，N-2個展開板(18)在N-4套桁架變構(gòu)型機構(gòu)以及傳動機構(gòu)的控制下同步作出展開和收攏動作。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可重復(fù)變構(gòu)型桁架式航天器結(jié)構(gòu)，其特征在于:N的取值范圍為6至12。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種可重復(fù)變構(gòu)型桁架式航天器結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述系統(tǒng)驅(qū)動機構(gòu)包括總電機(I)、總減速器(2)、軸承用支架(3)、聯(lián)軸器(4)和軸承(5)，所述總電機(I)設(shè)置在底板(16)上，所述總電機(I)的輸出軸上依次設(shè)置有總減速器(2)、軸承用支架(3)、聯(lián)軸器(4)和軸承(5)。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種可重復(fù)變構(gòu)型桁架式航天器結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述傳動機構(gòu)包括絲杠(6)、螺母(7)和螺母座(8)，所述絲杠(6)豎直設(shè)置且其下端依次穿過軸承(5)和聯(lián)軸器(4)與總電機(I)的輸出軸相連接，所述螺母座(8)設(shè)置在螺母(7)上，所述螺母座(8)在螺母(7)的帶動下沿絲杠(6)的長度方向與絲杠(6)滑動配合。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種可重復(fù)變構(gòu)型桁架式航天器結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述支撐框架(19)的外形為N棱柱形框架，所述支撐框架(19)包括頂蓋、N個外斜桿(24)和四個內(nèi)斜桿(25)，所述絲杠(6)的上端通過中節(jié)點(20)固定連接在頂蓋的中心處，所述N個外斜桿(24)均勻布置，每個外斜桿(24)的上端通過一個桿接頭(27)與頂蓋相連接，每個外斜桿(24)的下端設(shè)置在底板(16)上，每個內(nèi)斜桿(25)的上端固定連接在中節(jié)點(20)上，每個內(nèi)斜桿(25)的下端對應(yīng)有一個外斜桿(24)且其與對應(yīng)的外斜桿(24)的下端相連接。6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的一種可重復(fù)變構(gòu)型桁架式航天器結(jié)構(gòu)，其特征在于:每套桁架變構(gòu)型機構(gòu)包括驅(qū)動桿(9)、展開桿(10)、連接桿(11)、橫桿接頭(12)、左橫桿(13)和右橫桿(14)，展開桿(10)的上端鉸接在中節(jié)點(20)上，所述驅(qū)動桿(9)的一端鉸接在螺母座(8)上，所述驅(qū)動桿(9)的另一端鉸接在展開桿(10)上，所述展開桿(10)的下端與連接桿(11)的一端相鉸接，連接桿(11)的另一端通過橫桿接頭(12)分別與兩個并列設(shè)置的左橫桿(13)和右橫桿(14)相連接，所述左橫桿(13)對應(yīng)連接有兩個相鄰展開板(18)中的一個展開板(18)，所述左橫桿(13)對應(yīng)連接有兩個相鄰展開板(18)中的另一個展開板(18)。
【文檔編號】B64G1/22GK105966640SQ201610423343
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年6月15日
【發(fā)明人】郭宏偉, 劉榮強, 鄧宗全, 趙沖, 岳洪浩
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學(xué)