本发明属于模块化航天器对接接口领域，涉及一种面向模块化航天器多面对接的机电热一体化同构接口。
背景技术：
航天器的模块化有助于降低成本、提高可靠性、扩展设备柔性、加快研发周期，成为未来航天器发展的趋势。模块化航天器的对接接口担负着各模块的连接和分离、通电、数据传输、热量交换等任务，是实现航天器模块化的核心部件之一。中小型航天器对模块尺寸、质量及最终构型等均有限制，对接口也提出了更高的要求。
同构接口由于不分公母，集成化程度更高，应用范围更广。现有技术中，同构接口为了保证航天器各模块的在轨组装、更换，采用了长导杆增加对接容错能力，如文献“auniversalinterfaceformodularspacecraft:19thannualaiaa/usuconferenceonsmallsatellites,2005”中所示，该类方案无法实现如图1所示的模块多面对接，也不能实现接口多个对接角度的对接。
技术实现要素：
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种面向模块化航天器多面对接的机电热一体化同构接口，可实现中小型航天器模块间的机械连接锁紧与分离、通电、数据传输、热量交换等功能，同时实现模块间的多面对接和多角度对接。
技术方案
一种面向模块化航天器多面对接的机电热一体化同构接口，其特征在于包括内螺纹套筒15、空心螺杆3、电机11、减速器10、滑块8、轴端面挡板7和安装面法兰13；内螺纹套筒15为圆柱状空心结构，一侧端面为一圆盘；空心螺杆3的一端设有与数据接口4，其外侧设有外螺纹与内螺纹套筒15的内螺纹形成活动连接；空心螺杆3的另一端的侧壁上设有螺杆滑槽9，输出轴连接滑块8嵌入螺杆滑槽9上，输出轴连接滑块8中心通孔臂上设有滑块槽16；内螺纹套筒15的另一端通过安装面法兰13固连置于内腔的电机11，电机11的输出轴连接减速器10；减速器10的输出轴键17插入输出轴连接滑块8的滑块槽16中，由螺钉和轴端面挡板7将减速器10与空心螺杆3连接；当电机11通过减速器10驱动空心螺杆3与内螺纹套筒15实现相对运动；所述内螺纹套筒15的圆盘上设有安装孔5、热接口1和电接口2；所述热接口1上设有热导孔19；所述电接口2上设有电导孔18。
所述空心螺杆3和内螺纹套筒15的螺纹螺旋线采用与可对接角度数目相等的线程数。
所述热接口1、热导孔19、电接口2、电导孔18和数据接口4均为轴对称分布。
所述内螺纹套筒15的内螺纹长度是空心螺杆3的长度的1倍以上。
所述内螺纹套筒15和空心螺杆3的端面均设置倒角以提供对接容错。
有益效果
本发明提出的一种面向模块化航天器多面对接的机电热一体化同构接口，电机经减速器减速增扭，输出轴通过输出轴键和滑块槽与输出轴连接滑块连接，通过轴端面挡板和固定螺钉固定输出轴连接滑块；机械锁紧采用空心螺杆与内螺纹连接方式，螺杆和螺纹筒端面均有锥形倒角以提供对接容错，螺纹螺旋线采用与可对接角度数目相等的线程数，内螺纹套筒的内螺纹长度是空心螺杆的长度的1倍以上；热接口、热导孔、电接口、电导孔、数据接口均为轴对称分布。
与现有技术相比具有这样的有益效果：本发明的同构接口采用螺杆螺纹孔连接方式，对接时相当于对顶螺母，实现有效锁紧和固定，并可根据任务要求控制螺杆伸缩，实现多面对接情况下的安装，同时各类接口均采用轴对称分布，允许多个安装角度的对接；接口结构简单，功能齐全，质量小，尺寸紧凑，可满足中小型模块化航天器的对接接口高可靠性、大容错、快换、低成本的要求。
附图说明
图1为模块三面对接示意图；
图2为本发明a-a方向主视剖视图；
图3为本发明侧视图；
1-热接口，2-电接口，3-空心螺杆，4-数据接口，5-安装孔，6-固定螺钉，7-轴端面挡板，8-输出轴连接滑块，9-螺杆滑槽，10-减速器，11-电机，12-螺栓，13-安装面法兰，14-安装垫片，15-内螺纹套筒，16-滑块槽，17-输出轴键，18-电导孔，19-热导孔
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
如图2、图3所示，一种面向模块化航天器多面对接的机电热一体化同构接口，包括：内螺纹套筒15、空心螺杆3、安装孔5、热接口1、热导孔19、电接口2、电导孔18、数据接口4、电机11、减速器10、内连接结构；其中，内连接结构包括：输出轴连接滑块8、螺杆滑槽9、轴端面挡板7、固定螺钉6、输出轴键17、滑块槽16。
内螺纹套筒15为圆柱状空心结构，一侧端面为一圆盘；空心螺杆3的一端设有与数据接口4，其外侧设有外螺纹与内螺纹套筒15的内螺纹形成活动连接；空心螺杆3的另一端的侧壁上设有螺杆滑槽9，输出轴连接滑块8嵌入螺杆滑槽9上，输出轴连接滑块8中心通孔臂上设有滑块槽16；内螺纹套筒15的另一端通过安装面法兰13固连置于内腔的电机11，电机11的输出轴连接减速器10；减速器10的输出轴键17插入输出轴连接滑块8的滑块槽16中，由螺钉和轴端面挡板7将减速器10与空心螺杆3连接；当电机11通过减速器10驱动空心螺杆3与内螺纹套筒15实现相对运动；所述内螺纹套筒15的圆盘上设有安装孔5、热接口1和电接口2；所述热接口1上设有热导孔19；所述电接口2上设有电导孔18。
连接方式为：
电机11固连安装面法兰13，通过螺栓12、安装垫片14与内螺纹套筒15固定，经减速器10减速增扭，输出轴通过输出轴键17和滑块槽16与输出轴连接滑块8连接，通过轴端面挡板7和固定螺钉6固定输出轴连接滑块8；整个接口通过安装孔5与航天器模块本体相连。
热接口1、热导孔19、电接口2、电导孔18、数据接口4均为轴对称分布。
机械锁紧采用螺杆与内螺纹连接方式，空心螺杆3的运动由电机11经减速器10带动内连接机构提供动力；空心螺杆和内螺纹套筒的螺纹螺旋线采用与可对接角度数目相等的线程数，以实现多面对接的要求；内螺纹套筒15和空心螺杆3的端面均设置锥形倒角以提供对接容错；内螺纹套筒15的内螺纹长度设置为空心螺杆3的长度的1倍以上，以提供接口连接的稳定性。
本发明的工作过程如下：
接口在初始状态下，空心螺杆3全部处于内螺纹套筒15内部某一位置。
对接锁紧时，两个处于初始状态的接口，其内螺纹套筒15的外端面先接触；首先控制其中一个接口(假设为a接口)的电机11经减速器10通过由输出轴连接滑块8、螺杆滑槽9、轴端面挡板7、固定螺钉6、输出轴键17、滑块槽16组成的内连接机构，带动空心螺杆3转动，内螺纹套筒设置有内螺纹，由于螺纹的作用，空心螺杆3将后退；同时，控制另一个接口(假设为b接口)的电机11使空心螺杆3伸出，伸出的空心螺杆3会旋入a接口的内螺纹套筒15内，实现对接，由于空心螺杆3和内螺纹套筒15的端面设置锥形倒角，可实现一定的对接偏差下的自矫正对接；当a接口的空心螺杆3后退至指定位置后停止，b接口的空心螺杆3继续伸长，直到空心螺杆3的端面与a接口的空心螺杆3接触，带有扭矩过载保护功能的电机11将停止工作，a接口和b接口的数据接口4相互压紧接触，a接口所在模块与b接口所在模块相继通过数据接口4发送出对接确认信号，收到回复后，热接口1、电接口2相继接通工作，对接工作完成。
解锁分离时，b接口的空心螺杆3在电机11的驱动下，向自身内螺纹套筒15内缩回，相隔一段时间后，a接口的空心螺杆3在电机11的驱动下向自身内螺纹套筒15内伸出；当a接口的空心螺杆3到达初始位置时停止，b接口的空心螺杆3继续后退，直至到达自身初始位置时停止；此时，a接口、b接口完全分离，分离完毕的信号由b接口所在模块发出，执行器携带b模块离开。
所述同构接口的机械锁紧采用空心螺杆与内螺纹连接方式，螺杆和螺纹筒端面均有倒角以提供对接容错，空心螺杆和内螺纹套筒的螺纹螺旋线采用与可对接角度数目相等的线程数，内螺纹套筒的内螺纹长度是空心螺杆的长度的1倍以上，以保证同构接口间的对接锁紧，空心螺杆的运动由电机经减速器带动内连接机构提供动力。
所述同构接口的热接口、热导孔、电接口、电导孔、数据接口均为轴对称分布。
本实施例同构接口采用螺杆螺纹孔连接方式，类似于对顶螺母锁紧原理，实现有效锁紧和固定；接口机械部分采用可公可母的方式，根据任务要求控制螺杆伸缩，实现多面对接情况下的安装；同时各类接口均采用轴对称分布，允许多个安装角度的对接；接口端面开设锥形倒角，提供一定的对接容错能力；接口结构简单紧凑，质量小，可满足中小型模块化航天器的对接接口高可靠性、大容错、快换、低成本的要求。