本发明涉及航天技术领域在轨燃料加注时需要的一种在轨服务加注口开门机构。
背景技术
在轨燃料加注是在轨服务领域的核心技术之一，主要是指通过对目标航天器直接进行燃料加注，延长在轨工作寿命，增强轨道机动性能。加注接口的有效密封是实施燃料加注的基本条件。然而，两星对接及空间碎片撞击等因素均可能对加注接口造成严重损伤，导致无法实现有效密封。由此可见，通过防护挡板对加注接口进行保护将具有重要工程意义。防护挡板在加注前呈现闭合状态，有效保护加注接口；加注时防护挡板呈现打开状态，便于实施加注。因此，防护挡板如何实现便捷开闭是其有效工作的核心。
专利cn104986460a公布了一种拉伸开启式开门机构。其通过绳索和卷筒配合作用，实现装置的开门与闭合操作，该装置主要用于蒸汽闪爆设备料斗门的快速打开。其通过电机驱动牵引绳，由牵引绳带动转轴转动，由于转轴驱动力需由电机平动力(转轴法向)转化为绕轴切向力，结构布局中还需配以换向机构(用于调整绳索牵引方向)，故动力传递路径较为复杂，加上绳索需在各相关机构上缠绕换向，很容易发生卡滞，可靠性大大降低。因此此种开门机构不适合用于在轨燃料加注。
鉴于此，如何提供一种在轨服务加注口开门机构，在不需要额外电机和绳系拉动的情况下，实现在轨服务加注口开门和关门动作，有效提高装置可靠性是本领域研究人员亟待解决的问题。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是提出一种在轨服务加注口开门机构，使得开门机构在不需要额外电机和绳系拉动的情况下，实现在轨服务加注口开门和关门动作，有效提高装置可靠性，既解决现有的开门机构采用绳系控制方法容易出现卡死的问题，又解决现有开门机构额外配备电机来驱动牵引绳导致系统复杂性增加、可靠性降低的问题。
本发明在轨服务加注口开门机构整体呈圆柱状，由挡板、导向杆、套筒、安装前面板、安装后面板、弹簧套筒、压盖、u型槽导向板、弹簧、挡板转轴组成，所有部件材质均为铝合金。为描述方便，将本发明与在轨服务加注口相连的一端定义为下端，将本发明远离在轨服务加注口的一端定义为上端。各部件上下端的含义均是这样，靠近在轨服务加注口的一端为下端，远离在轨服务加注口的一端为上端。
弹簧套筒内同轴安装有弹簧。安装后面板安装在套筒的下端，安装前面板安装在套筒的上端，弹簧套筒、安装后面板、套筒、安装前面板同轴从下至上连接。挡板位于安装前面板上端；导向杆从上至下穿过挡板、安装前面板、套筒、安装后面板，下端与弹簧的上端同轴相对，且导向杆上端漏出一段在挡板外，导向杆可以沿z轴(也是本发明的中心轴)上下运动或绕z轴旋转运动。
弹簧套筒由一个上圆筒和一个下圆筒组成，两者可整体加工也可焊接。上圆筒的上端与安装后面板的下端同轴固连，上圆筒的下端与下圆筒同轴相连，上圆筒外直径r131小于安装后面板外直径r12，上圆筒内直径r′131等于下圆筒的内直径r′132，上圆筒的厚度h131保证满足与安装后面板的连接强度即可。下圆筒上端开口，下端有底，上端与上圆筒的下端相连，r′132满足弹簧正好可以插入弹簧套筒。
弹簧自由长度(即弹簧不受外力时的长度)l16大于下圆筒的高度h132(弹簧自由长度＝h132+f，f为3～5mm)，弹簧最大压缩长度大于导向杆伸出挡板的长度h，弹簧的弹性系数k满足
安装后面板是一块圆环形板，安装后面板下端与弹簧套筒的上圆筒上端通过螺栓固连；安装后面板的上端通过螺栓与套筒的下端固连。安装后面板外直径r12大于弹簧套筒的上圆筒的外直径r131，内直径r′12等于上圆筒内直径r′131。
u型槽导向板是一块矩形板，中间挖有一个u型槽；u型槽导向板下端与安装后面板的上端通过螺栓固连；u型槽的宽度w1502与导向杆的螺旋导向段的宽度w903相等。当导向杆的圆柱导向段的顶端不受力时，u型槽导向板的u型槽停留于导向杆的下平面导向段位置；当导向杆的顶端受力时，导向杆的螺旋导向段逐渐进入u型槽中，此时u型槽导向板的侧面对螺旋导向段产生反作用力，使导向杆旋转向下运动。
挡板可以是扇形叶片状或矩形状或圆形状，优选为扇形叶片状，不进行在轨燃料加注时挡板覆盖在加注口上，使得加注口关闭，即本发明在轨服务加注口开门机构处于关门状态；进行在轨燃料加注时，挡板从加注口移开，使得加注口打开，即本发明在轨服务加注口开门机构处于开门状态。因此挡板覆盖在加注口的部分(若是扇形叶片状，则覆盖在加注口的部分靠近扇叶的大端)应保证完全覆盖加注口。挡板的另一端(指远离加注口的一端)挖有一个圆形通孔，圆形通孔内插有导向杆，圆形通孔的直径满足导向杆的圆柱导向段正好插入；挡板通过螺栓与挡板转轴的上端固连。
安装前面板在挡板的下方，由安装前面板上圆盘和安装前面板下圆盘同轴整体加工而成，安装前面板上圆盘的上端与挡板之间相隔一段间隙h，安装前面板上圆盘的下端与安装前面板下圆盘上端相连；安装前面板下圆盘的下端与套筒的上端相连；安装前面板上圆盘的中心挖有一个高度为hxiao的小中心通孔，hxiao＝h170101-h，h优选为0.3～0.5mm，小中心通孔的内直径与挡板转轴的挡板转轴上圆环外直径相同，小中心通孔内同轴嵌套有挡板转轴上圆环；小中心通孔向下贯穿安装前面板下圆盘挖有一个与小中心通孔同轴的大中心通孔，大中心通孔的高度为hda，hda＝h1101+h1102-hxiao，大中心通孔的内直径与挡板转轴的挡板转轴下圆环外直径相同，大中心通孔内同轴嵌套有挡板转轴下圆环和压盖上圆环；安装前面板下圆盘的下表面与压盖下圆环上表面通过螺栓连接，且安装前面板下圆盘的下表面与套筒的上表面贴合；安装前面板下圆盘的上端面预留有安装孔，安装前面板下圆盘采用螺栓通过安装孔与目标航天器固连；大中心通孔的直径大于小中心通孔的直径，满足上平面导向段能卡在挡板转轴的矩形导向槽即可，一般大中心通孔的直径比小中心通孔的直径大3～6mm。
挡板转轴同轴插在安装前面板上圆盘和安装前面板下圆盘的由小中心通孔和大中心通孔组成的中心孔内，挡板转轴由挡板固定盘、矩形导向槽、圆柱导向槽组成；挡板固定盘由挡板转轴上圆环和挡板转轴下环盘组成，挡板转轴上圆环的下端与挡板转轴下圆环同轴相连；挡板转轴上圆环同轴嵌套于安装前面板上圆盘的小中心通孔内，挡板转轴上圆环的上端露出一部分在安装前面板上圆盘上面，漏出部分的高度等于h；
挡板转轴上圆环的上端与挡板通过螺栓固连，挡板转轴整体转动时驱动挡板产生旋转运动；挡板转轴下圆环同轴嵌套于大中心通孔内，挡板转轴下圆环的上端与挡板转轴上圆环下端相连，挡板转轴下圆环的下端与矩形导向槽相连；矩形导向槽由一个圆筒在中心沿z轴方向在挖掉一个矩形板而成，同轴嵌套在套筒内，挖掉的矩形板的高度等于矩形导向槽的高度；挡板转轴上圆环、挡板转轴下圆环、矩形导向槽的中心孔内直径相同且连通，构成圆柱导向槽；圆柱导向槽的高度h1703等于挡板转轴上圆环的高度h170101、挡板转轴下圆环的高度h170102及矩形导向槽的高度h1702之和，即h1703＝h170101+h170102+h1702；圆柱导向槽的直径与挡板上的圆形孔直径相等，即圆柱导向槽的直径也略大于导向杆的圆柱导向段直径；
挡板转轴上圆环卡在安装前面板上圆盘小中心通孔内，且挡板转轴上圆环的上端露出一部分在安装前面板上圆盘上面，其中露出部分的高度为h，未露出部分的高度为hxiao；挡板转轴下圆环安装在安装前面板大中心通孔中，挡板转轴下圆环的高度h170102与压盖上圆环的高度h1401的和等于大中心通孔的高度hda。挡板转轴下圆环的外直径大于挡板转轴上圆环的外直径。
压盖在挡板转轴下圆环的下方，由压盖上圆环和压盖下圆环同轴连接组成。压盖上圆环的外直径与大中心通孔内直径相同，压盖上圆环同轴嵌套在大中心通孔内，压盖上圆环下端面与安装前面板下圆盘下端面处在同一水平面。压盖上圆环上端与挡板转轴下圆环的下端面贴合，压盖上圆环内同轴嵌套有矩形导向槽；压盖下圆环上端通过螺栓与安装前面板下圆盘下端固连。压盖下圆环上端面既与压盖上圆环下端面相连，又与安装前面板下圆盘的下端面相连，压盖下圆环内也同轴嵌套有矩形导向槽。
套筒为圆筒，套筒上端与安装前面板下圆盘通过螺栓固连；套筒下端与安装后面板的上端通过螺栓固连，套筒将安装前面板和安装后面板连成一个整体，压盖、挡板转轴的矩形导向槽、u型槽导向板、导向杆的上平面导向段的一部分、螺旋导向段、下平面导向段的一部分均在套筒内。
导向杆为圆柱形杆，从下到上由滑块、下平面导向段、螺旋导向段、上平面导向段、圆柱导向段组成，滑块、下平面导向段、螺旋导向段、上平面导向段、圆柱导向段可以分段加工连接，也可整体加工。滑块为圆柱形，滑块直径r901小于弹簧套筒上圆筒直径r131，即r901＜r131；滑块在弹簧套筒内，滑块下端与弹簧的上端同轴相对。滑块上端与下平面导向段相连。下平面导向段是一个矩形板(矩形板由下至上依次从弹簧套筒中心、安装后面板中心孔、u型槽穿出，显漏一小段在套筒内)，下平面导向段的下端固定在滑块的上端面，下平面导向段的上端与螺旋导向段的下端相连。螺旋导向段由矩形板绕z轴方向螺旋扭曲而成，螺旋扭曲的角度即螺旋导向段上下表面中心线的夹角为α(45度<α<90度，优选为60度)。螺旋导向段的高度为h903，α角度越大，则h903值越大；α角度越小，则h903值越小；通过实验数据表明，h903优先为10～20mm。螺旋导向段在u型导向板的上方；螺旋导向段的下端与下平面导向段固连，螺旋导向段的上端与上平面导向段固连。上平面导向段是一个矩形板(矩形板由下至上依次穿过圆柱导向槽、压盖，与挡板转轴下圆环的下端面贴合)；上平面导向段的下端与螺旋导向段固连，上平面导向段的上端与圆柱导向段固连。圆柱导向段是一根圆柱状杆(由下至上穿出挡板固定盘中心孔、挡板的圆形孔，伸出一段在挡板上端)，圆柱导向段下端与上平面导向段固连。
当圆柱导向段的顶端受到压力时，圆柱导向段向下运动，使得上平面导向段沿着z轴反方向向下运动；上平面导向段带动螺旋导向段在u型槽中按照旋转角度α旋转向下运动、并使得下平面导向段也旋转向下运动，使得螺旋导向段、下平面导向段逐渐穿出u型槽；下平面导向段带动滑块向下运动，使得弹簧压缩。因上平面导向段卡在挡板转轴的矩形导向槽中，上平面导向段与矩形导向槽之间仅存在相对滑动自由度，螺旋导向段的旋转带动挡板转轴整体转动，从而驱动挡板产生旋转运动，直至螺旋导向段旋出u型槽为止，导向杆停止转动，从而实现挡板的开门动作，挡板从加注口移开，在轨服务加注口开门机构处于开门状态。
当导向杆的圆柱导向段的顶端受到的压力逐渐消失时，弹簧在弹性势能的作用下反向推动导向杆向上运动，即螺旋导向段从u型槽下部向上运动旋出u型槽，螺旋导向段的反向旋转带动挡板转轴转动，从而驱动挡板反向转动，实现挡板的关门动作，挡板覆盖在加注口上，在轨服务加注口开门机构处于关门状态。
在轨服务加注口开门机构通过安装前面板整体固定于目标航天器的加工有加注口的面板上，在轨服务加注口开门机构除挡板、导向杆的圆柱导向段的一部分位于目标航天器外，安装前面板的安装前面板上圆盘嵌在加注口的面板内，其它部件均位于目标航天器内部。挡板和导向杆的圆柱导向段置于服务航天器前端面外侧。安装后面板的外直径r12远小于目标航天器的有加注口的面板宽度；弹簧可压缩量δl'、导向杆伸出部分h、导向杆9的螺旋导向段h903满足如下关系：δl'＞h＞h903，h优选为13mm～23mm，δl'优选为16mm～26mm。目标航天器与服务航天器对接拉紧时，目标航天器前端面挤压导向杆，导向杆向弹簧运动，驱动挡板发生转动。当两航天器对接拉紧至服务航天器的前端面与目标航天器的前端面贴合状态时，导向杆将弹簧压缩至最大程度，此时开门动作完成。加注操作结束后，两航天器对接机构解锁分离，导向杆受到的压力逐渐消失，弹簧在弹性势能的作用下反向推动导向杆沿轴线反向运动，直至目标航天器与导向杆顶端脱离接触，挡板旋转恢复至最初状态，完成关门动作。
采用本发明可以达到以下技术效果：
(1)本发明的服务航天器与目标航天器拉近时，导向杆受到压力旋转向下运动时使得弹簧压缩，驱动挡板产生旋转运动，实现开门动作；导向杆受到的压力消失时弹簧反向推动导向杆向上运动，驱动挡板反向转动，实现关门动作；这使得开门机构在不需要额外电机和绳系拉动的情况下，可实现在轨服务加注口开门和关门，提高了可靠性，解决了绳系控制方法容易卡死的问题。
(2)由于本发明开门机构的开启力由弹簧弹力决定，故可根据整体系统的动力源及对接力的大小选择相应的弹簧，对类似应用环境，只需更换合适弹簧即可用于其它机构，因此本发明通用性强；
(3)由于本发明开门机构挡板旋转角度与导向杆旋转导向段的扭转角度α相同，故通过改变导向杆的旋转导向段扭转角α可方便对开门机构挡板的旋转角度进行调整；另外导向杆螺旋导向段的长度h903取决于服务航天器与目标航天器从碰触开始所需的拉近距离，拉近距离等于h，而h903小于h，故可以根据整体系统的对接行程大小灵活调整螺旋导向段的长度即可完成系统适应。
(4)本发明开门机构整体为模块化设计，进行整体安装即可使用，即只需预留开门机构的安装孔位置即可，无须考虑动力源、动力传递等冗余环节对结构设计的限制，因此可以根据实际加注口的需要随时灵活增减目标航天器的开门机构数量，对目标航天器的其他部件不产生影响；
(5)由于本发明本质上是一种通过施加压力即可产生旋转动作的装置，故对很多类似系统具有广泛实用性，不仅限于开门机构，亦可用于转向、动作转换等系统。
附图说明
图1为本发明三维整体视图；
图2为本发明爆炸图；
图3为图1a-a方向剖视图；
图4为本发明的弹簧套筒13的三维视图；
图5为本发明的u型槽导向板15的顶视图；
图6为本发明的导向杆9的三维整体视图，图6(a)是导向杆9整体三维视图，图6(b)是螺旋导向段903螺旋扭曲的角度α示意图；
图7为本发明的挡板转轴17的三维设计图，图7(a)是挡板转轴17轴测图，图7(b)是挡板转轴17从底部看的仰视图；
图8为本发明的挡板转轴、安装前面板、压盖装配体剖视图；
图9为本发明的导向杆受力运动示意图；
图10为在轨服务加注口开门机构应用场景示意图：图10(a)为服务航天器与目标航天器接近局部示意图；图10(b)是目标航天器安装有在轨服务加注口开门机构的面板前视图。
具体实施方式
如图1、图2和图3所示，本发明在轨服务加注口开门机构整体呈圆柱状，由挡板8、导向杆9、套筒10、安装前面板11、安装后面板12、弹簧套筒13、压盖14、u型槽导向板15、弹簧16、挡板转轴17组成，所有部件材质均为铝合金。为描述方便，将本发明与在轨服务加注口相连的一端定义为下端，将本发明远离在轨服务加注口的一端定义为上端。各部件上下端的含义均是这样，靠近在轨服务加注口的一端为下端，远离在轨服务加注口的一端为上端。
弹簧套筒13内同轴安装有弹簧16。安装后面板12安装在套筒10的下端，安装前面板11安装在套筒10的上端，弹簧套筒13、安装后面板12、套筒10、安装前面板11同轴从下至上连接。挡板8位于安装前面板11上端；导向杆9从上至下穿过挡板8、安装前面板11、套筒10、安装后面板12，下端与弹簧16的上端同轴相对，且导向杆9上端漏出一段在挡板8外，导向杆9可以沿z轴即本发明的中心轴上下运动或绕z轴旋转运动。
如图4所示，弹簧套筒13由一个上圆筒131和一个下圆筒132组成，两者可整体加工也可焊接。上圆筒131的上端与安装后面板12的下端同轴固连，上圆筒131的下端与下圆筒132同轴相连，上圆筒131外直径r131小于安装后面板12外直径r12，上圆筒131内直径r′131等于下圆筒132的内直径r′132，上圆筒131的厚度h131保证满足与安装后面板12的连接强度即可。下圆筒132上端开口，下端有底，上端与上圆筒131的下端相连，r′132满足弹簧16正好可以插入弹簧套筒13。
弹簧16自由长度l16大于下圆筒132的高度h132(弹簧16自由长度＝h132+f，f为3～5mm)，弹簧16最大压缩长度大于导向杆9伸出挡板8的长度h，弹簧16的弹性系数k满足
安装后面板12是一块圆环形板，安装后面板12下端与弹簧套筒13的上圆筒131上端通过螺栓固连；安装后面板12的上端通过螺栓与套筒10的下端固连。安装后面板12外直径r12大于弹簧套筒13的上圆筒131的外直径r131，内直径r′12等于上圆筒131内直径r′131。
如图5所示，u型槽导向板15是一块矩形板，中间挖有一个u型槽1502；u型槽导向板15下端与安装后面板12的上端通过螺栓固连；u型槽1502的宽度w1502与导向杆9的螺旋导向段903的宽度w903相等。当导向杆9的圆柱导向段905的顶端不受力时，u型槽导向板15的u型槽1502停留于导向杆9的下平面导向段902位置；当导向杆9的顶端受力时，导向杆9的螺旋导向段903逐渐进入u型槽1502中，此时u型槽导向板15的侧面对螺旋导向段903产生反作用力，使导向杆9旋转向下运动。
挡板8可以是扇形叶片状或矩形状或圆形状，优选为扇形叶片状，不进行在轨燃料加注时挡板8覆盖在加注口上，使得加注口关闭，即本发明在轨服务加注口开门机构处于关门状态；进行在轨燃料加注时，挡板8从加注口移开，使得加注口打开，即本发明在轨服务加注口开门机构处于开门状态。因此挡板8覆盖在加注口的部分(若是扇形叶片状，则覆盖在加注口的部分靠近扇叶的大端)应保证完全覆盖加注口。挡板8的另一端(指远离加注口的一端)挖有一个圆形通孔81，圆形通孔81内插有导向杆9，圆形通孔81的直径满足导向杆9的圆柱导向段905正好插入；挡板8通过螺栓与挡板转轴17的上端固连。
如图8所示，安装前面板11在挡板8的下方，由安装前面板上圆盘1101和安装前面板下圆盘1102同轴整体加工而成，安装前面板上圆盘1101的上端与挡板8之间相隔一段间隙h，安装前面板上圆盘1101的下端与安装前面板下圆盘1102上端相连；安装前面板下圆盘1102的下端与套筒10的上端相连；安装前面板上圆盘1101的中心挖有一个高度为hxiao的小中心通孔1701011，hxiao＝h170101-h，小中心通孔1701011的内直径与挡板转轴17的挡板转轴上圆环170101外直径相同，小中心通孔1701011内同轴嵌套有挡板转轴上圆环170101；小中心通孔1701011向下贯穿安装前面板下圆盘1102挖有一个与小中心通孔1701011同轴的大中心通孔1701012，大中心通孔1701012的高度为hda，hda＝h1101+h1102-hxiao，大中心通孔1701012前面板下圆盘的内直径与挡板转轴17的挡板转轴下圆环170102外直径相同，大中心通孔1701012内同轴嵌套有挡板转轴下圆环170102和压盖上圆环1401；安装前面板下圆盘1102的下表面与压盖下圆环1402上表面通过螺栓连接，且安装前面板下圆盘1102的下表面与套筒10的上表面贴合；安装前面板下圆盘1102的上端面预留有安装孔，安装前面板下圆环1102采用螺栓通过安装孔与目标航天器20固连；大中心通孔1701012的直径大于小中心通孔1701011的直径，满足上平面导向段904能卡在挡板转轴17的矩形导向槽1702即可，一般大中心通孔1701012的直径比小中心通孔1701011的直径大3～6mm。
挡板转轴17同轴插在安装前面板上圆盘1101和安装前面板下圆盘1102的由小中心通孔1701011和大中心通孔1701012组成的中心孔内，如图7所示，挡板转轴17由挡板固定盘1701、矩形导向槽1702、圆柱导向槽1703组成；挡板固定盘1701由挡板转轴上圆环170101和挡板转轴下环盘170102组成，挡板转轴上圆环170101的下端与挡板转轴下圆环170102同轴相连；挡板转轴上圆环170101同轴嵌套于前面板上圆盘1101的小中心通孔1701011内，挡板转轴上圆环170101的上端露出一部分在安装前面板上圆盘1101上面，漏出部分的高度等于h；
挡板转轴上圆环170101的上端与挡板8通过螺栓固连，挡板转轴17整体转动时驱动挡板8产生旋转运动；挡板转轴下圆环170102同轴嵌套于大中心通孔1701012内，挡板转轴下圆环170102的上端与挡板转轴上圆环170101下端相连，挡板转轴下圆环170102的下端与矩形导向槽1702相连；矩形导向槽1702由一个圆筒在中心沿z轴方向在挖掉一个矩形板而成，同轴嵌套在套筒10内，挖掉的矩形板的高度等于矩形导向槽1702的高度；挡板转轴上圆环170101、挡板转轴下圆环170102、矩形导向槽1702的中心孔内直径相同且连通，构成圆柱导向槽1703；圆柱导向槽1703的高度h1703等于挡板转轴上圆环170101的高度h170101、挡板转轴下圆环170102的高度h170102及矩形导向槽1702的高度h1702之和，即h1703＝h170101+h170102+h1702；圆柱导向槽1703的直径与挡板8上的圆形孔直径相等，即圆柱导向槽1703的直径也略大于导向杆9的圆柱导向段905直径；挡板转轴上圆环170101卡在安装前面板上圆盘1101小中心通孔1701011内，且挡板转轴上圆环170101的上端露出一部分在安装前面板上圆盘1101上面，其中露出部分的高度为h，未露出部分的高度为hxiao；挡板转轴下圆环环170102安装在安装前面板1102大中心通孔1701012中，挡板转轴下圆环170102的高度h170102与压盖上圆环1401的高度h1401的和等于大中心通孔1701012的高度hda。挡板转轴下圆环170102的外直径大于挡板转轴上圆环170101的外直径；
压盖14在挡板转轴下圆环170102的下方，由压盖上圆环1401和压盖下圆环1402同轴连接组成。压盖上圆环1401的外直径与大中心通孔1701012内直径相同，压盖上圆环1401同轴嵌套在大中心通孔1701012内(如图8所示)，压盖上圆环1401下端面与安装前面板下圆盘1102下端面处在同一水平面。压盖上圆环1401上端与挡板转轴下圆环170102的下端面贴合，压盖上圆环1401内同轴嵌套有矩形导向槽1702；压盖下圆环1402上端通过螺栓与前面板下圆盘1102下端固连。压盖下圆环1402上端面既与压盖上圆环1401下端面相连，又与安装前面板下圆盘1102的下端面相连，压盖下圆环1402内也同轴嵌套有矩形导向槽1702。
套筒10为圆筒，套筒10上端与安装前面板下圆盘1102通过螺栓固连；套筒10下端与安装后面板12的上端通过螺栓固连，套筒10将安装前面板11和安装后面板12连成一个整体，压盖14、挡板转轴17的矩形导向槽1702、u型槽导向板15、导向杆9的上平面导向段904的一部分、螺旋导向段903、下平面导向段902的一部分均在套筒10内。
如图6(a)所示，导向杆9为圆柱形杆，从下到上由滑块901、下平面导向段902、螺旋导向段903、上平面导向段904、圆柱导向段905组成，滑块901、下平面导向段902、螺旋导向段903、上平面导向段904、圆柱导向段905可以分段加工连接，也可整体加工。滑块901为圆柱形，滑块901直径r901小于弹簧套筒上圆筒131直径r131，即r901＜r131；滑块901在弹簧套筒13内，滑块901下端与弹簧16的上端同轴相对。滑块901上端与下平面导向段902相连。下平面导向段902是一个矩形板(矩形板由下至上依次从弹簧套筒13中心、安装后面板12中心孔、u型槽1502穿出，显漏一小段在套筒10内)，下平面导向段902的下端固定在滑块901的上端面，下平面导向段902的上端与螺旋导向段903的下端相连。螺旋导向段903由矩形板绕z轴方向螺旋扭曲而成。图6(b)是螺旋导向段903螺旋扭曲的角度α示意图，带剖面线的矩形面为图6(a)b－b处截面(与螺旋导向段903的下表面完全相同)，不带剖面线的矩形面为螺旋导向段903的上表面。如图6(b)所示，螺旋扭曲的角度即螺旋导向段903上下表面中心线的夹角为α(45度<α<90度，优选为60度)。螺旋导向段903的高度为h903，α角度越大，则h903值越大；α角度越小，则h903值越小；通过实验数据表明，h903优先为10～20mm。螺旋导向段903在u型导向板15的上方；螺旋导向段903的下端与下平面导向段902固连，螺旋导向段903的上端与上平面导向段904固连。上平面导向段904是一个矩形板(矩形板由下至上依次穿过圆柱导向槽1703、压盖14，与挡板转轴下圆环170102的下端面贴合)；上平面导向段904的下端与螺旋导向段903固连，上平面导向段904的上端与圆柱导向段905固连。圆柱导向段905是一根圆柱状杆(由下至上穿出挡板固定盘1701中心孔、挡板8的圆形孔，伸出一段在挡板8上端)，圆柱导向段905下端与上平面导向段904固连。
如图9所示，当圆柱导向段905的顶端受到压力时，圆柱导向段905向下运动，使得上平面导向段904沿着z轴反方向向下运动；上平面导向段904带动螺旋导向段903在u型槽1502中按照旋转角度α旋转向下运动、并使得下平面导向段902也旋转向下运动，使得螺旋导向段903、下平面导向段902逐渐穿出u型槽1502；下平面导向段902带动滑块901向下运动，使得弹簧16压缩。因上平面导向段904卡在挡板转轴17的矩形导向槽1702中，上平面导向段904与矩形导向槽1702之间仅存在相对滑动自由度，螺旋导向段903的旋转带动挡板转轴17整体转动，从而驱动挡板8产生旋转运动，直至螺旋导向段903旋出u型槽1502为止，导向杆9停止转动，从而实现挡板8的开门动作，挡板8从加注口移开，在轨服务加注口开门机构处于开门状态。
当导向杆9的圆柱导向段905的顶端受到的压力逐渐消失时，弹簧16在弹性势能的作用下反向推动导向杆9向上运动，即螺旋导向段903从u型槽1502下部向上运动旋出u型槽1502，螺旋导向段903的反向旋转带动挡板转轴17转动，从而驱动挡板8反向转动，实现挡板8的关门动作，挡板8覆盖在加注口上，在轨服务加注口开门机构处于关门状态。
如图10所示，在轨服务加注口开门机构21通过安装前面板11整体固定于目标航天器20的加工有加注口的面板上，在轨服务加注口开门机构21除挡板8、导向杆9的圆柱导向段905的一部分位于目标航天器20外，安装前面板11的安装前面板上圆盘1101嵌在带加注口的面板内，其它部件均位于目标航天器20内部。挡板8和导向杆9的圆柱导向段905置于服务航天器19前端面外侧。安装后面板12的外直径r12远小于目标航天器20的有加注口的面板宽度；目标航天器20与服务航天器19对接拉紧时，目标航天器20前端面挤压导向杆9，导向杆9向弹簧16运动，驱动挡板8发生转动。当两航天器对接拉紧至服务航天器19的前端面与目标航天器20的前端面贴合状态时，导向杆9将弹簧16压缩至最大程度，此时开门动作完成。加注操作结束后，两航天器对接机构解锁分离，导向杆9受到的压力逐渐消失，弹簧16在弹性势能的作用下反向推动导向杆9沿轴线反向运动，直至目标航天器20与导向杆顶端脱离接触，挡板8旋转恢复至最初状态，完成关门动作。