CN102358435B - 可折叠发射、可z轴方向和x轴方向同时扩展的桁架单元 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可折叠发射、可Z轴方向和X轴方向同时扩展的桁架单元。本发明所述第一纵向支撑管和第四纵向支撑管均与第一立柱和第三立柱相连通，所述第二纵向支撑管和第三纵向支撑管均与第二立柱和第四立柱相连通，所述第一横向支撑管和第四横向支撑管均与第三立柱和第四立柱相连通，所述第二横向支撑管和第三横向支撑管均与第一立柱和第二立柱相连通。本发明的桁架单元采用充气压力驱动展开，展开过程平稳可控，而且刚化后的桁架单元具有很高的振动基频，有利于提高空间站结构的动力学稳定性。桁架单元折叠发射升空后，可由航天员方便的带出空间站舱外进行组装扩展，易于构建出可安装太阳帆板、天线、蓄电池等装置或部件的大型空间桁架结构。

Description

可折叠发射、可Z轴方向和X轴方向同时扩展的桁架单元

技术领域

本发明涉及一种可折叠发射、可方便的进行在轨组装的桁架单元，属于航天技术领域。

背景技术

桁架结构是空间站的主要大型结构之一，用于实现多种舱外功能，包括：作为安放空间站舱外结构部件、天线和太阳翼等大型附件的支撑结构；作为宇航员舱外行走的轨道；用于空间站舱体储存空间的扩展。当前空间站较之前空间站其重要特点是在规模上有很大的改善和提高，在建造时期采用逐步扩展的方式，先由航天飞机将组件运到空间，再由宇航员在轨道空间上进行组装。采用桁架结构可根据需要为不同任务而组装成不同的形式，装在桁架上的主要部件的拆卸、安装、维修和更换都十分方便。然而现有的用于空间站的桁架结构是机械式展开桁架结构，采用金属支杆构建，尺寸和重量都很大，不但对空间站大型结构的发射能力提出了很高的要求，而且如此大尺寸、大重量的桁架结构对宇航员进行人工在轨组装或采用机械臂在轨组装来说都是非常困难的任务，严重限制了空间站的在轨扩展能力。

发明内容

本发明的目的是为解决现有的用于空间站的桁架结构是机械式展开桁架结构，采用金属支杆构建，尺寸和重量都很大，不但对空间站大型结构的发射能力提出了很高的要求，而且如此大尺寸、大重量的桁架结构对宇航员进行人工在轨组装或采用机械臂在轨组装来说都是非常困难的任务，严重限制了空间站的在轨扩展能力的问题，进而提供一种可折叠发射、可Z轴方向和X轴方向同时扩展的桁架单元。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明包括：第一立柱、第二立柱、第三立柱、第四立柱、第一纵向支撑管、第二纵向支撑管、第三纵向支撑管、第四纵向支撑管、第一横向支撑管、第二横向支撑管、第三横向支撑管和第四横向支撑管，所述第一纵向支撑管和第四纵向支撑管均与第一立柱和第三立柱相连通，所述第二纵向支撑管和第三纵向支撑管均与第二立柱和第四立柱相连通，所述第一横向支撑管和第四横向支撑管均与第三立柱和第四立柱相连通，所述第二横向支撑管和第三横向支撑管均与第一立柱和第二立柱相连通；所述的第一立柱、第二立柱、第三立柱、第四立柱、第一纵向支撑管、第二纵向支撑管、第三纵向支撑管、第四纵向支撑管、第一横向支撑管、第二横向支撑管、第三横向支撑管和第四横向支撑管均由充气展开可刚化的材料制成。第一立柱和第二立柱纵向方向的外侧分别设有插隼，第三立柱和第四立柱纵向方向的外侧分别设有插槽，所述的插隼与所述的插槽相配合；第一立柱和第三立柱横向方向的外侧分别设有横向插隼，第二立柱和第四立柱横向方向的外侧分别设有横向插槽，所述的横向插隼与所述的横向插槽相配合。

本发明的有益效果是：本发明对解决空间站部分设备仪器和大型舱外附件的安装放置问题、保障宇航员舱外行走问题等提供了良好的解决途径，并能够很方便的进行空间组装和扩展，为空间站结构的进一步扩展和空间站总体的发展奠定良好基础。

附图说明

图1是本发明具体实施方式提供的一种可折叠发射、可Z轴方向和X轴方向同时扩展的桁架单元的结构示意图（立柱上无插槽和插隼）；

图2是本发明具体实施方式提供的一种可折叠发射、可Z轴方向和X轴方向同时扩展的桁架单元的结构示意图（立柱上带插槽和插隼）；

图3是多个桁架单元组合成桁架的结构示意图；

图4是两个立柱由卡箍连接的示意图；

图5是两个立柱上插槽和插隼的插接示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述实施例。 

如图1~图5所示，本实施例所涉及的一种可折叠发射、可方便的进行在轨组装的桁架单元，包括：第一立柱1-1、第二立柱1-2、第三立柱1-3、第四立柱1-4、第一纵向支撑管2-1、第二纵向支撑管2-2、第三纵向支撑管2-3、第四纵向支撑管2-4、第一横向支撑管3-1、第二横向支撑管3-2、第三横向支撑管3-3和第四横向支撑管3-4，所述第一纵向支撑管2-1和第四纵向支撑管2-4均与第一立柱1-1和第三立柱1-3相连通，所述第二纵向支撑管2-2和第三纵向支撑管2-3均与第二立柱1-2和第四立柱1-4相连通，所述第一横向支撑管3-1和第四横向支撑管3-4均与第三立柱1-3和第四立柱1-4相连通，所述第二横向支撑管3-2和第三横向支撑管3-3均与第一立柱1-1和第二立柱1-2相连通；所述的第一立柱1-1、第二立柱1-2、第三立柱1-3、第四立柱1-4、第一纵向支撑管2-1、第二纵向支撑管2-2、第三纵向支撑管2-3、第四纵向支撑管2-4、第一横向支撑管3-1、第二横向支撑管3-2、第三横向支撑管3-3和第四横向支撑管3-4均由充气展开可刚化的材料制成。

进一步的，还包括第一斜拉管4-1和第二斜拉管4-2，所述第一斜拉管4-1的一端与第一立柱1-1相连通，第一斜拉管4-1的另一端与第三立柱1-3相连通，所述第二斜拉管4-2的一端与第二立柱1-2相连通，第二斜拉管4-2的另一端与第四立柱1-4相连通。用以增加桁架单元纵向的支撑力。

如图4所示，相邻两个桁架单元上的两个立柱用卡箍9和螺栓10连接，就可以将多个桁架单元组合成桁架。

如图2和图5所示，第一立柱1-1和第二立柱1-2纵向方向的外侧分别设有插隼5，第三立柱1-3和第四立柱1-4纵向方向的外侧分别设有插槽6，所述的插隼5与所述的插槽6相配合。一个桁架单元立柱上的插隼5插到另一个桁架单元立柱上的插槽6中，多个桁架单元从纵向方向插接组合就构成了一个桁架（一字形桁架）。

如图2所示，第一立柱1-1和第三立柱1-3横向方向的外侧分别设有横向插隼7，第二立柱1-2和第四立柱1-4横向方向的外侧分别设有横向插槽8，所述的横向插隼7与所述的横向插槽8相配合。一个桁架单元立柱上的横向插隼7插到另一个桁架单元立柱上的横向插槽8中，多个桁架单元从横向方向插接组合就构成了一个桁架（1字形桁架）。

        将上述的多个桁架单元从纵向方向插接组合，同时也使多个桁架单元从横向方向插接组合（即Z轴方向和X轴方向同时扩展），可以组合成Γ形桁架、十字形桁架、土字形桁架、王字形桁架、口字形桁架、⊥形桁架、Π形桁架等。

本发明的桁架单元折叠体积小、可充气展开、整体质量轻、易于在轨组装和扩展、结构简单、展开可靠性高、刚化后刚度高、振动基频高、用途广泛。充气展开桁架结构采用柔性复合材料制成，而且是薄壁管结构，具有很高的折叠效率。桁架结构采用充气压力驱动展开，展开过程平稳可控，而且刚化后的桁架结构具有很高的振动基频，有利于提高空间站结构的动力学稳定性。桁架单元折叠发射升空后，可由航天员方便的带出空间站舱外进行组装扩展，易于构建出可安装太阳帆板、天线、蓄电池等装置或部件的大型空间桁架结构。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本发明整体构思下的不同实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种可折叠发射、可Z轴方向和X轴方向同时扩展的桁架单元，其特征在于，桁架单元包括：第一立柱、第二立柱、第三立柱、第四立柱、第一纵向支撑管、第二纵向支撑管、第三纵向支撑管、第四纵向支撑管、第一横向支撑管、第二横向支撑管、第三横向支撑管和第四横向支撑管，所述第一纵向支撑管和第四纵向支撑管均与第一立柱和第三立柱相连通，所述第二纵向支撑管和第三纵向支撑管均与第二立柱和第四立柱相连通，所述第一横向支撑管和第四横向支撑管均与第三立柱和第四立柱相连通，所述第二横向支撑管和第三横向支撑管均与第一立柱和第二立柱相连通；所述的第一立柱、第二立柱、第三立柱、第四立柱、第一纵向支撑管、第二纵向支撑管、第三纵向支撑管、第四纵向支撑管、第一横向支撑管、第二横向支撑管、第三横向支撑管和第四横向支撑管均由充气展开可刚化的材料制成；第一立柱和第二立柱纵向方向的外侧分别设有插隼，第三立柱和第四立柱纵向方向的外侧分别设有插槽，所述的插隼与所述的插槽相配合；第一立柱和第三立柱横向方向的外侧分别设有横向插隼，第二立柱和第四立柱横向方向的外侧分别设有横向插槽，所述的横向插隼与所述的横向插槽相配合。

2.根据权利要求1所述的桁架单元，其特征在于，还包括第一斜拉管和第二斜拉管，所述第一斜拉管的一端与第一立柱相连通，第一斜拉管的另一端与第三立柱相连通，所述第二斜拉管的一端与第二立柱相连通，第二斜拉管的另一端与第四立柱相连通。

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