一种具有在轨重复锁止功能的主被动联合压紧机构的制作方法

1.本发明属于航天器机构技术领域，涉及一种具有在轨重复锁止功能的主被动联合压紧机构。


背景技术：

2.在天地往返飞行器可展收舱门上安装的可展收热辐射器需要在发射阶段收拢压紧在锁紧的舱门内侧，与舱门承受发射阶段力学环境考核；入轨后解除压紧约束展开热辐射器增加散热面积，提升辐射器工作效率；返回时需要重新收拢压紧在舱门内侧随锁紧的舱门共同承受再入段力学环境。根据天地往返飞行器的热防护需要和气动布局,飞行器舱门为圆柱形；为了增加舱门收拢状态下内部有效载荷的最大包络，可展收热辐射器应当与舱门形状一致；由于可展收热辐射器内部要铺设热管并考虑散热效率，因此辐射器的尺寸较大，自身基频低，需要有多个压紧点提升收拢刚度；考虑到能源消耗，各压紧点处锁定压紧和解锁时的能源消耗应当尽可能的小。因此根据这种载荷的结构、安装位置和工作特点，需要一种可以在轨重复锁紧、有多个压紧点、能够提供较强收拢刚度、能够无源保持、适应舱门内侧紧凑布局空间与非平面形状、总重量尽可能小的压紧系统。
3.通过对现有技术进行梳理，发现目前航天器上具有在轨重复锁止功能的装置主要分为机械式和电磁式两大类。电磁式重复锁止装置需要依靠永磁体保持重复锁止功能，锁紧力小于机械式装置，且有磁场泄漏问题，对周围的电子设备有影响。机械式重复锁紧机构目前广泛用于空间对接、舱门锁紧等方面，但是既有的空间对接机构的空间包络无法适应舱门内侧的紧凑布局空间与非平面形状；以申请号cn201210216787.6、cn201510779987.6和cn201710302676.x为代表的专利公开了一些可以用于重复锁紧大型可展收舱门的锁紧机构，但是对于每一个锁紧点均需要提供一个锁紧机构，当需要多个锁紧点时，需要多个锁紧机构才能实现锁定。
4.经过调研发现，现有的重复锁止装置未系统考虑到被压紧的可展收结构安装在另一个可展收结构上时，无需额外增加机构部件就可以通过借用另一个可展收结构的收拢压紧过程实现其他锁紧点的被动锁紧；没有考虑到被压紧载荷表面非平面的情况；也没有考虑如何针对板状载荷提升其重复压紧后的锁紧刚度。从而不能满足以可展收辐射器为代表的在天地往返飞行器一次可展收结构上所安装二次可展收载荷的在轨重复锁紧需求。


技术实现要素：

5.本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种具有在轨重复锁止功能的主被动联合压紧机构，提出一种可以在轨重复锁止、有多个压紧点、能够提供较大锁紧刚度、能够无源保持、适应紧凑布局空间与非平面形状的主被动联合压紧系统。
6.本发明解决技术的方案是：
7.一种具有在轨重复锁止功能的主被动联合压紧机构，包括主动锁紧装置、3个被动定位锁止装置、一次可展收结构、二次可展收载荷和飞行器；其中，飞行器轴向水平放置；一
次可展收结构为弧板状结构；一次可展收结构沿飞行器轴向铰接在飞行器的侧壁处，实现一次可展收结构相对于飞行器旋转；二次可展收载荷为与一次可展收结构内型面对应的弧板状结构；二次可展收载荷的侧边与一次可展收结构的外侧边铰接；实现二次可展收载荷相对于一次可展收结构的旋转；主动锁紧装置设置在一次可展收结构的内弧面上，实现对二次可展收载荷的锁紧；3个被动定位锁止装置沿飞行器轴线均匀设置在二次可展收载荷另一侧边处，当二次可展收载荷与一次可展收结构折叠收起后，主动锁紧装置实现将二次可展收载荷与一次可展收结构进行锁止。
8.在上述的一种具有在轨重复锁止功能的主被动联合压紧机构，所述压紧系统还包括n个半刚性支撑装置；n个半刚性支撑装置设置在一次可展收结构的内壁上；当二次可展收载荷与一次可展收结构折叠收起，且被主动锁紧装置锁止时，n个半刚性支撑装置实现对二次可展收载荷进行支撑；n为大于等于3的正整数。
9.在上述的一种具有在轨重复锁止功能的主被动联合压紧机构，二次可展收载荷与一次可展收结构为折叠收起状态时，二次可展收载荷与一次可展收结构之间通过主动锁紧装置锁止；二次可展收载荷与飞行器之间通过3个被动定位锁止装置进行限位。
10.在上述的一种具有在轨重复锁止功能的主被动联合压紧机构，所述主动锁紧装置包括直线往复运动装置、导向柱、推杆、辅助轴、压紧滚轮和锁钩；其中，直线往复运动装置安装在一次可展收结构上；导向柱通过螺钉与一次可展收结构连接；推杆穿过导向柱与直线往复运动装置连接；辅助轴穿过推杆和压紧滚轮，并通过螺钉螺母与推杆连接；锁钩安装在二次可展收载荷上，且位置与压紧滚轮对应。
11.在上述的一种具有在轨重复锁止功能的主被动联合压紧机构，所述锁钩为l型，锁钩的一端通过螺钉和长圆孔与要压紧的二次可展收载荷连接，通过长圆孔实现调整锁钩在竖直方向位置；锁钩的另一端形状为圆弧与直线段平滑连接，通过圆弧保证压紧滚轮爬上直线段；通过调整压紧滚轮和锁钩直线段的高度差实现调整施加在二次可展收载荷上的锁紧力；该锁紧力通过标定直线往复运动装置在锁定过程中的电流确定直线往复运动装置对推杆的驱动力；根据推杆、导向柱和压紧滚轮的静力平衡分析压紧滚轮与锁钩接触点的正压力，即为主动锁紧释放装置对二次可展收载荷施加的锁紧力。
12.在上述的一种具有在轨重复锁止功能的主被动联合压紧机构，所述半刚性支撑装置包括金属橡胶块和橡胶垫；橡胶垫安装在一次可展收结构的内弧面上；金属橡胶块安装在橡胶垫的上表面。
13.在上述的一种具有在轨重复锁止功能的主被动联合压紧机构，所述金属橡胶块设置在二次可展收载荷振幅较的位置；金属橡胶块的厚度略大于二次可展收载荷在该点与一次可展收结构的距离；通过不同厚度的橡胶垫进行微调，使得锁紧时金属橡胶块产生弹性变形，向二次可展收载荷提供支撑力，提升二次可展收载荷的锁紧刚度。
14.在上述的一种具有在轨重复锁止功能的主被动联合压紧机构，所述被动定位锁止装置包括定位块、v型定位槽和橡胶垫；其中，定位块为圆柱结构；定位块安装在二次可展收载荷上；v型定位槽安装在固定结构上；橡胶垫贴附在v型定位槽的v型面上；通过调整橡胶垫厚度实现圆柱定位块在一次可展收结构处于收拢状态时与v型定位槽紧密贴合。
15.在上述的一种具有在轨重复锁止功能的主被动联合压紧机构，当一次可展收结构处于收拢状态时，定位块位于v型定位槽中，v型定位槽约束了定位块在轴向和径向的运动，
使得二次可展收载荷随一次可展收结构展开共同运动；当一次可展收结构被自身的锁紧机构锁紧时，二次可展收载荷随一次可展收结构共同展开的自由度消失，二次可展收载荷在定位块被动锁定，从而无需额外增加机构部件，即通过一次展收结构锁紧为二次展收载荷提供额外的锁紧点。
16.在上述的一种具有在轨重复锁止功能的主被动联合压紧机构，当需要展开二次展收载荷时，一次可展收结构首先解除锁定，此时定位块和v型定位槽之间的约束随之解除；一次可展收结构展开到位后，定位块与v型定位槽分离，二次可展收载荷与固定结构之间约束解除；直线往复运动装置驱动推杆向后运动，压紧滚轮与锁钩分离，解除二次可展收载荷的最后一个约束；
17.当二次展收载荷收拢到位需要压紧锁定时，直线往复运动装置驱动推杆向前运动，压紧滚轮爬上锁钩，驱动可展收载荷与半刚性支撑装置、一次可展收结构紧密贴合，约束二次可展收载荷相对一次可展收结构展开方向的运动；一次可展收结构收拢到位时，定位块落入v型定位槽，可展收结构锁定时，被动定位锁止装置约束了二次可展收载荷与固定结构的相对运动。
18.本发明与现有技术相比的有益效果是：
19.(1)本发明利用被压紧的二次可展收载荷安装在一次可展收结构上，主动锁紧装置压紧状态下二次可展收载荷随一次可展收机构共同运动的特点，设计了被动定位锁紧装置，在一次展收机构收拢锁定时在装置所在处被动锁紧，用增加定位块的小重量与空间代价增加了多个展收载荷与固定结构之间的锁紧点；
20.(2)本发明通过被动锁紧增加锁紧点和在二次展收载荷响应较大处安装半刚性支撑装置，可以提升二次展收载荷刚度，降低在发射段和再入段的力学响应，保护二次展收载荷和主动压紧装置，有利于载荷和机构的重复利用；
21.(3)本发明的主动锁紧装置为丝杠螺母传动的直线往复运动机构，主动锁紧与解锁方向同压紧力施加方向垂直，在压紧方向包络为50mm，有利于减小在压紧方向的空间包络，适应更加紧凑的机械总装布局；
22.(4)本发明被动锁紧装置的解锁依靠被压紧载荷所在结构的解锁与展开，自身没有解锁冲击，本发明的主动锁紧装置依靠电机驱动直线往复运动装置运动，解锁时滚轮通过圆弧面逐渐锁钩脱离接触，锁紧力无突变，因此解锁冲击小；
23.(5)本发明利用安装在一次可展收结构上的半刚性支撑装置支撑二次展收载荷，操作简单，可以适应不同体积和尺寸非平面载荷与非平面结构之间的可靠锁紧与分离，具有良好的拓展性。
附图说明
24.图1为本发明压紧系统锁紧状态侧视图；
25.图2为本发明压紧系统解锁状态侧视图；
26.图3为本发明主动锁紧装置示意图；
27.图4为本发明半刚性支撑装置示意图；
28.图5为本发明被动定位锁紧装置示意图；
29.图6为本发明压紧系统锁紧状态正视图。
具体实施方式
30.下面结合实施例对本发明作进一步阐述。
31.本发明提供一种具有在轨重复锁止功能的主被动联合压紧机构，在天地往返飞行器一次可展收结构上所安装二次可展收载荷的在轨重复锁紧，进而提出一种可以在轨重复锁止、有多个压紧点、能够提供较大锁紧刚度、能够无源保持、适应紧凑布局空间与非平面形状的主被动联合压紧系统。
32.具有在轨重复锁止功能的主被动联合压紧机构，如图1、图2所示，包括主动锁紧装置1、3个被动定位锁止装置3、一次可展收结构4、二次可展收载荷5和飞行器6；其中，飞行器6轴向水平放置；一次可展收结构4为弧板状结构；一次可展收结构4沿飞行器6轴向铰接在飞行器6的侧壁处，实现一次可展收结构4相对于飞行器6旋转；二次可展收载荷5为与一次可展收结构4内型面对应的弧板状结构；二次可展收载荷5的侧边与一次可展收结构4的外侧边铰接；实现二次可展收载荷5相对于一次可展收结构4的旋转；主动锁紧装置1设置在一次可展收结构4的内弧面上，实现对二次可展收载荷5的锁紧；3个被动定位锁止装置3沿飞行器6轴线均匀设置在二次可展收载荷5另一侧边处，当二次可展收载荷5与一次可展收结构4折叠收起后，主动锁紧装置1实现将二次可展收载荷5与一次可展收结构4进行锁止。
33.压紧系统还包括n个半刚性支撑装置2；n个半刚性支撑装置2设置在一次可展收结构4的内壁上；当二次可展收载荷5与一次可展收结构4折叠收起，且被主动锁紧装置1锁止时，n个半刚性支撑装置2实现对二次可展收载荷5进行支撑；n为大于等于3的正整数。
34.如图6所示，二次可展收载荷5与一次可展收结构4为折叠收起状态时，二次可展收载荷5与一次可展收结构4之间通过主动锁紧装置1锁止；二次可展收载荷5与飞行器6之间通过3个被动定位锁止装置3进行限位。
35.如图3所示，主动锁紧装置1包括直线往复运动装置11、导向柱12、推杆13、辅助轴14、压紧滚轮15和锁钩16；其中，直线往复运动装置11安装在一次可展收结构4上；导向柱12通过螺钉与一次可展收结构4连接；推杆13穿过导向柱12与直线往复运动装置11连接；辅助轴14穿过推杆13和压紧滚轮15，并通过螺钉螺母与推杆13连接；锁钩16安装在二次可展收载荷5上，且位置与压紧滚轮15对应。
36.锁钩16为l型，锁钩16的一端通过螺钉和长圆孔与要压紧的二次可展收载荷5连接，通过长圆孔实现调整锁钩16在竖直方向位置；锁钩16的另一端形状为圆弧与直线段平滑连接，通过圆弧保证压紧滚轮15爬上直线段；通过调整压紧滚轮15和锁钩16直线段的高度差实现调整施加在二次可展收载荷5上的锁紧力；该锁紧力通过标定直线往复运动装置11在锁定过程中的电流确定直线往复运动装置11对推杆13的驱动力；根据推杆13、导向柱12和压紧滚轮15的静力平衡分析压紧滚轮15与锁钩16接触点的正压力，即为主动锁紧释放装置1对二次可展收载荷5施加的锁紧力。
37.如图4所示，半刚性支撑装置2包括金属橡胶块21和橡胶垫22；橡胶垫22安装在一次可展收结构4的内弧面上；金属橡胶块21安装在橡胶垫22的上表面。
38.金属橡胶块21设置在二次可展收载荷5振幅较的位置；金属橡胶块21的厚度略大于二次可展收载荷5在该点与一次可展收结构4的距离；通过不同厚度的橡胶垫22进行微调，使得锁紧时金属橡胶块21产生弹性变形，向二次可展收载荷5提供支撑力，提升二次可展收载荷5的锁紧刚度。
39.如图5所示，被动定位锁止装置3包括定位块31、v型定位槽32和橡胶垫33；其中，定位块31为圆柱结构；定位块31安装在二次可展收载荷5上；v型定位槽32安装在固定结构6上；橡胶垫33贴附在v型定位槽32的v型面上；通过调整橡胶垫33厚度实现圆柱定位块31在一次可展收结构4处于收拢状态时与v型定位槽32紧密贴合。
40.当一次可展收结构4处于收拢状态时，定位块31位于v型定位槽32中，3个v型定位槽32配合约束了对应定位块31在轴向和径向的运动，使得二次可展收载荷5随一次可展收结构4展开共同运动；当一次可展收结构4被自身的锁紧机构锁紧时，二次可展收载荷5随一次可展收结构4共同展开的自由度消失，二次可展收载荷5在定位块31被动锁定，从而无需额外增加机构部件，即通过一次展收结构4锁紧为二次展收载荷5提供额外的锁紧点。
41.当需要展开二次展收载荷5时，一次可展收结构4首先解除锁定，此时定位块31和v型定位槽32之间的约束随之解除；一次可展收结构4展开到位后，定位块31与v型定位槽32分离，二次可展收载荷5与固定结构6之间约束解除；直线往复运动装置11驱动推杆13向后运动，压紧滚轮15与锁钩16分离，解除二次可展收载荷5的最后一个约束；
42.当二次展收载荷5收拢到位需要压紧锁定时，直线往复运动装置11驱动推杆13向前运动，压紧滚轮15爬上锁钩16，驱动可展收载荷5与半刚性支撑装置2、一次可展收结构4紧密贴合，约束二次可展收载荷5相对一次可展收结构4展开方向的运动；一次可展收结构4收拢到位时，定位块31落入v型定位槽32，可展收结构4锁定时，被动定位锁止装置3约束了二次可展收载荷5与固定结构6的相对运动。
43.本发明利用被压紧的二次可展收载荷安装在一次可展收结构上，主动锁紧装置压紧状态下二次可展收载荷随一次可展收机构共同运动的特点，设计了被动定位锁紧装置，在一次展收机构收拢锁定时在装置所在处被动锁紧，用增加定位块的小重量与空间代价增加了多个展收载荷与固定结构之间的锁紧点。
44.通过被动锁紧增加锁紧点和在二次展收载荷响应较大处安装半刚性支撑装置，可以提升二次展收载荷刚度，降低在发射段和再入段的力学响应，保护二次展收载荷和主动压紧装置，有利于载荷和机构的重复利用。
45.主动锁紧装置为丝杠螺母传动的直线往复运动机构，主动锁紧与解锁方向同压紧力施加方向垂直，在压紧方向包络为50mm，有利于减小在压紧方向的空间包络，适应更加紧凑的机械总装布局。
46.被动锁紧装置的解锁依靠被压紧载荷所在结构的解锁与展开，自身没有解锁冲击，本发明的主动锁紧装置依靠电机驱动直线往复运动装置运动，解锁时滚轮通过圆弧面逐渐锁钩脱离接触，锁紧力无突变，因此解锁冲击小。
47.本发明利用安装在一次可展收结构上的半刚性支撑装置支撑二次展收载荷，操作简单，可以适应不同体积和尺寸非平面载荷与非平面结构之间的可靠锁紧与分离，具有良好的拓展性。
48.本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。