一种航天器的载荷板展开组件的制作方法

本发明涉及一种航天器的载荷板展开组件，尤其涉及一种针对载荷单翼板数量不少于四块且为偶数的高收纳比展开机构。

背景技术：

随着军、民用航天器功能的多样化与功能性要求的日益提高，航天器配置的载荷长度、面积等空间尺度参数发生了大幅度的提升，受限于运载器的整流罩包络，大尺度载荷无法以工作状态进行发射，需要将载荷分块为载荷板，入轨后利用展开机构实施构型转换。当前航天器中大量使用单翼单板与单翼双板展开机构，但对于单翼多板，即单翼四板以上的展开机构，无法通过单翼单板或单翼双板展开机构的扩展实现设计。同时，多载荷板数量也要求展开机构的收纳比尽可能提高。因此，亟需开发一种同时具备可扩展性与高收纳比的多载荷板展开机构。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种用于多载荷板展开且具有高收纳比的航天器的载荷板展开组件。

本发明的航天器的载荷板展开组件，包括载荷单翼，所述载荷单翼包括依次铰接的至少四组载荷板组，所述载荷板组包括两块铰接的载荷板、铰接于载荷板组左右两端的撑杆i，所述载荷单翼的相邻载荷板之间设置有至少一个有源板间铰链，所述撑杆i的一端铰接于载荷板的端部，撑杆i的另一端与同一组载荷板组的另一根撑杆i铰接，所述载荷单翼的相邻载荷板组之间均设置有中间撑杆组，并且位于最中间的中间撑杆组为第一中间撑杆组，其他中间撑杆组为第二中间撑杆组，所述第一中间撑杆组包括对称设置的两组连接杆组，每组连接杆组包括撑杆iv与撑杆v，所述撑杆iv的一端铰接于相邻撑杆i的顶端，撑杆iv的另一端与撑杆v铰接，撑杆v的另一端与另一组连接杆组的撑杆v铰接，所述第二中间撑杆组包括两根撑杆ii，并且其中一根撑杆ii铰接于相邻的撑杆i的顶端，另一根撑杆ii与该第二中间撑杆组的另一根撑杆ii铰接。

其中，有源板间铰链指带有驱动电机的铰链，其可通过驱动电机驱动铰链的合页分开或闭合，从而驱动与其连接的载荷板展开或闭合。

第一中间撑杆组的总长度较第二中间撑杆组的总长度长。并且载荷单翼展开时，第一中间撑杆组与两根相邻的撑杆i包围形成一个菱形结构，第二中间撑杆组与相邻的两根撑杆包围形成一个等腰三角形。这样不仅使得载荷单翼展开后结构更稳固，同时也利于其收拢。具体收拢时，载荷单翼在有源板间铰链的驱动下逐渐折叠收缩，直至载荷单翼完全收拢至各载荷板互相平行。此时其所占体积较小。

进一步的，本发明的航天器的载荷板展开组件，所述载荷单翼的相邻载荷板之间还设置有无源板间铰链。

无源板间铰链指不带驱动电机的铰链，其在有源板间铰链的驱动下开合。其一方面加强了载荷板之间的连接稳定性，另一方面也起到辅助驱动的作用，其两侧的合页分别与相邻的载荷板固连。

进一步的，本发明的航天器的载荷板展开组件，位于载荷板组左端、载荷板组右端的撑杆i的数目均为两根，并且两根撑杆i平行地设置于载荷板的前后两侧，相应的，每相邻载荷板组之间的中间撑杆组的数目也为两组，并且每组载荷板组还包括一根与其宽度方向平行的撑杆iii，所述撑杆iii的一端分别与位于该组载荷板组前侧的撑杆i及相邻的撑杆ii铰接，另一端与位于该组载荷板组后侧的撑杆i及相邻的撑杆ii铰接。

此项设计，使得整个撑杆组连接更稳固。其中，每组载荷板组包括四根撑杆i，其中两根位于载荷板组的左端，另两根位于载荷板组的右端。

进一步的，本发明的航天器的载荷板展开组件，所述有源板间铰链包括铰接轴、分别与铰接轴铰接的第一合页、第二合页及驱动第一合页或第二合页相对铰接轴转动的驱动电机。

驱动电机的设置，实现了对载荷板的主动驱动。具体地，第一合页、第二合页分别与相邻的载荷板固连，收拢时，驱动电机驱动第一合页或第二合页转动，与第一合页或第二合页固连的载荷板便开始转动，并通过撑杆i、中间撑杆组带动另一载荷板及与其连接的合页转动，直至整个载荷一般收拢完毕。相反地，载荷一般的展开与上述过程相反。

进一步的，本发明的航天器的载荷板展开组件，所述有源板间铰链包括壳体，所述驱动电机设置于壳体内，所述铰接轴通过轴承与壳体连接，所述第一合页与壳体固连，所述驱动电机通过齿轮与所述铰接轴连接。

具体工作时，驱动电机的输出轴带动与其连接的第一齿轮转动，由于铰接轴上也固设有第二齿轮且第二齿轮与第一齿轮啮合，这样，随着第一齿轮的转动，驱动电机、壳体及与驱动电机固连的第一合页相对铰接轴转动，从而带动与第一合页固连的载荷板转动。

进一步的，本发明的航天器的载荷板展开组件，所述载荷单翼的两端还设置有杆间铰链i。

借由上述方案，本发明至少具有以下优点：本发明的航天器的载荷板展开组件，用于实现航天器入轨后，将多个顺序排列的载荷板自收拢态展开至展开态的构型转换。航天器的载荷板展开组件，其基本原理为串联的四连杆机构展开锁定为串联的三角形结构，其由不同类型的撑杆、杆间铰链、有源板间铰链、无源板间铰链等所组成。单翼载荷板可以为平面、球面、抛物面、不规则面等任意形状，其数量不少于四块且为偶数。每两块相邻的载荷板由一台有源板间铰链和一台无源板间铰链相连接。杆间铰链、有源板间铰链、无源板间铰链利用共轴设计实现机构自由度的缩并，将撑杆布置在载荷板的侧面，实现了高收纳比的收拢展开。

其中，各种撑杆在展开机构中起到联动与支撑功能，杆间铰链在展开机构中起到连接撑杆、辅助输出力矩、锁定等功能，有源板间铰链在展开机构中起到连接载荷板、输出驱动力矩、锁定等功能，无源板间铰链在展开机构中起到连接载荷板、辅助输出驱动力矩、锁定等功能。

综上所述，本发明的航天器的载荷板展开组件能够进行多载荷板展开，同时具有高收纳比。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是航天器的载荷板展开组件的展开状态示意图；

图2是航天器的载荷板展开组件的收拢状态示意图；

图3是航天器的载荷板展开组件的基本原理示意图；

图4是航天器的载荷板展开组件展开状态的前视图；

图5是无源板间铰链的立体结构图；

图6是杆间铰链的立体结构图；

图7是有源板间铰链的立体结构图。

其中，01-载荷板；11-撑杆i；12-撑杆ii；13-撑杆iii；14-撑杆iv；15-撑杆v；21-杆间铰链i；22-杆间铰链ii；23-杆间铰链iii；24-杆间铰链iv；25-杆间铰链v；31-有源板间铰链i；32-有源板间铰链ii；33-有源板间铰链iii；41-无源板间铰链i；42-无源板间铰链ii；43-无源板间铰链iii；5：载荷板组；6：第一中间撑杆组；7：第二中间撑杆组；8：连接杆组；9：铰接轴；10：第一合页；16：第二合页；17：壳体。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

参见图1至图7，本发明一较佳实施例的航天器的载荷板展开组件，本实施例采用单翼四块平面载荷板组展开机构进行说明，参见本发明实施例的附图，下文将更详细地描述本发明。然而，本发明可以以许多不同形式实现，并且不应解释为受在此提出之实施例的限制。相反，提出这些实施例是为了达成充分及完整公开，并且使本技术领域的技术人员完全了解本发明的范围。这些附图，为清楚起见，可能放大了层及区域的尺寸及相对尺寸。

参照图1与图2所示的展开与收拢状态，本发明提供了一种航天器的载荷板展开组件，用于实现航天器入轨后，将多个顺序排列的载荷板自收拢态至展开态的构型转换。本实施例中，8块载荷板(01)的展开机构，由16根撑杆i(11)、8根撑杆ii(12)、4根撑杆iii(13)、4根撑杆iv(14)、4根撑杆v(15)、4台杆间铰链i(21)、2台杆间铰链ii(22)、4台杆间铰链iii(23)、8台杆间铰链iv(24)、4台杆间铰链v(25)、4台有源板间铰链i(31)、2台有源板间铰链ii(32)、1台有源板间铰链iii(33)、4台无源板间铰链i(41)、2台无源板间铰链ii(42)、1台无源板间铰链iii(43)所组成。

本发明的基本原理是串联的四连杆机构展开锁定为串联的三角形结构。为实现高收纳比的收拢展开，杆间铰链i(21)、杆间铰链iii(23)、杆间铰链v(25)、有源板间铰链ii(32)、有源板间铰链iii(33)、无源板间铰链ii(42)、无源板间铰链iii(43)利用共轴设计实现机构自由度的缩并，将撑杆i(11)、撑杆ii(12)、撑杆iv(14)、撑杆v(15)布置在载荷板(01)的侧面。

撑杆在展开机构中起到联动与支撑功能。撑杆i(11)共16根，根据布局位置的不同，有4根其两端分别与杆间铰链i(21)和杆间铰链v(25)相连接，有2根其两端分别与有源板间铰链ii(32)和杆间铰链v(25)相连接，有2根其两端分别与无源板间铰链ii(42)和杆间铰链v(25)相连接，有2根其两端分别与有源板间铰链ii(32)和杆间铰链iii(23)相连接，有2根其两端分别与无源板间铰链ii(42)和杆间铰链iii(23)相连接，有2根其两端分别与有源板间铰链iii(33)和杆间铰链iii(23)相连接，有2根其两端分别与无源板间铰链iii(43)和杆间铰链iii(33)相连接。撑杆ii(12)共8根，根据布局位置的不同，有4根其两端分别与杆间铰链v(25)和杆间铰链iv(24)相连接，有4根其两端分别与杆间铰链iii(23)和杆间铰链iv(24)相连接。撑杆iii(13)共4根，根据布局位置的不同，有2根其两端分别与两个杆间铰链iii(23)相连接，有2根其两端分别与两个杆间铰链v(25)相连接。撑杆iv(14)共4根，其两端分别与杆间铰链iii(23)和杆间铰链iv(24)相连接；撑杆v(15)共4根，其两端分别与杆间铰链ii(22)和杆间铰链iv(24)相连接；

杆间铰链在展开机构中起到连接撑杆、辅助输出力矩、锁定等功能。杆间铰链i(21)共4台，与载荷板(01)、撑杆i(11)相连接。杆间铰链ii(22)共2台，与航天器平台、撑杆v(15)相连接。杆间铰链iii(23)共4台，与两根撑杆i(11)、撑杆ii(12)、撑杆iv(14)相连接。杆间铰链iv共8台，根据布局位置的不同，有4台与撑杆iv(14)和撑杆v(15)相连接，有4台与两根撑杆ii(12)相连接。杆间铰链v共4台，与两根撑杆i(11)和撑杆ii(12)相连接。

有源板间铰链在展开机构中起到连接载荷板、输出驱动力矩、锁定等功能。有源板间铰链i(31)共4台，与两块相邻的载荷板(01)相连接。有源板间铰链ii(32)共2台，与两块相邻的载荷板(01)、两根撑杆i(11)相连接。有源板间铰链iii(33)共1台，与航天器平台、两块相邻的载荷板(01)、两根撑杆i(11)相连接。

无源板间铰链在展开机构中起到连接载荷板、辅助输出驱动力矩、锁定等功能。无源板间铰链i(41)共4台，与两块相邻的载荷板(01)相连接。无源板间铰链ii(42)，与两块相邻的载荷板(01)、两根撑杆i(11)相连接。无源板间铰链iii(43)，与航天器平台、两块相邻的载荷板(01)、两根撑杆i(11)相连接。

其中，8块连接的载荷板形成载荷单翼，载荷单翼包括依次铰接的四组载荷板组5，载荷板组包括两块铰接的载荷板、铰接于载荷板组左右两端的撑杆i，载荷单翼的相邻载荷板之间设置有至少一个有源板间铰链，撑杆i的一端铰接于载荷板的端部，撑杆i的另一端与同一组载荷板组的另一根撑杆i铰接，载荷单翼的相邻载荷板组之间均设置有中间撑杆组，并且位于最中间的中间撑杆组为第一中间撑杆组6，其他中间撑杆组为第二中间撑杆组7，第一中间撑杆组包括对称设置的两组连接杆组8，每组连接杆组包括撑杆iv与撑杆v，撑杆iv的一端铰接于相邻撑杆i的顶端，撑杆iv的另一端与撑杆v铰接，撑杆v的另一端与另一组连接杆组的撑杆v铰接，第二中间撑杆组包括两根撑杆ii，并且其中一根撑杆ii铰接于相邻的撑杆i的顶端，另一根撑杆ii与该第二中间撑杆组的另一根撑杆ii铰接。

其中，有源板间铰链指带有驱动电机的铰链，其可通过驱动电机驱动铰链的合页分开或闭合，从而驱动与其连接的载荷板展开或闭合。

第一中间撑杆组的总长度较第二中间撑杆组的总长度长。并且载荷单翼展开时，第一中间撑杆组与两根相邻的撑杆i包围形成一个菱形结构，第二中间撑杆组与相邻的两根撑杆包围形成一个等腰三角形。这样不仅使得载荷单翼展开后结构更稳固，同时也利于其收拢。具体收拢时，载荷单翼在有源板间铰链的驱动下逐渐折叠收缩，直至载荷单翼完全收拢至各载荷板互相平行。此时其所占体积较小。

进一步的，本发明的航天器的载荷板展开组件，载荷单翼的相邻载荷板之间还设置有无源板间铰链。

无源板间铰链指不带驱动电机的铰链，其在有源板间铰链的驱动下开合。其一方面加强了载荷板之间的连接稳定性，另一方面也起到辅助驱动的作用，其两侧的合页分别与相邻的载荷板固连。

进一步的，本发明的航天器的载荷板展开组件，位于载荷板组左端、载荷板组右端的撑杆i的数目均为两根，并且两根撑杆i平行地设置于载荷板的前后两侧，相应的，每相邻载荷板组之间的中间撑杆组的数目也为两组，并且每组载荷板组还包括一根与其宽度方向平行的撑杆iii，撑杆iii的一端分别与位于该组载荷板组前侧的撑杆i及相邻的撑杆ii铰接，另一端与位于该组载荷板组后侧的撑杆i及相邻的撑杆ii铰接。

此项设计，使得整个撑杆组连接更稳固。其中，每组载荷板组包括四根撑杆i，其中两根位于载荷板组的左端，另两根位于载荷板组的右端。

进一步的，本发明的航天器的载荷板展开组件，有源板间铰链包括铰接轴9、分别与铰接轴铰接的第一合页10、第二合页16及驱动第一合页或第二合页相对铰接轴转动的驱动电机。

驱动电机的设置，实现了对载荷板的主动驱动。具体地，第一合页、第二合页分别与相邻的载荷板固连，收拢时，驱动电机驱动第一合页或第二合页转动，与第一合页或第二合页固连的载荷板便开始转动，并通过撑杆i、中间撑杆组带动另一载荷板及与其连接的合页转动，直至整个载荷一般收拢完毕。相反地，载荷一般的展开与上述过程相反。

进一步的，本发明的航天器的载荷板展开组件，有源板间铰链包括壳体17，驱动电机设置于壳体内，铰接轴通过轴承与壳体连接，第一合页与壳体固连，驱动电机通过齿轮与铰接轴连接。

具体工作时，驱动电机的输出轴带动与其连接的第一齿轮转动，由于铰接轴上也固设有第二齿轮且第二齿轮与第一齿轮啮合，这样，随着第一齿轮的转动，驱动电机、壳体及与驱动电机固连的第一合页相对铰接轴转动，从而带动与第一合页固连的载荷板转动。

进一步的，本发明的航天器的载荷板展开组件，载荷单翼的两端还设置有杆间铰链i。

参考图3，航天器的载荷板展开组件的基本原理是串联的四连杆机构展开锁定为三角形结构，其工作原理如下。

第一步，有源板间铰链输出驱动力矩，无源板间铰链辅助输出驱动力矩，推动载荷板展开；

第二步，载荷板展开带动各撑杆与各杆间铰链运动，各杆间铰链辅助输出驱动力矩；

第三步，相邻载荷板展开到位后，有源板间铰链与无源板间铰链分别锁定，给出到位信号；

第四步，杆间铰链锁定，使得载荷板、有源板间铰链、无源板间铰链、撑杆、杆间铰链形成稳定结构；

第五步，有源板间铰链停止输出驱动力矩。，

参考图4，杆间铰链、有源板间铰链、无源板间铰链利用共轴设计实现机构自由度的缩并，将撑杆布置在载荷板的侧面，实现了高收纳比的收拢展开。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，本领域技术人员能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的保护范围由所附权利要求而不是上述说明限定。

此外，以上仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。同时，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。