CN102756811B

CN102756811B - 一种基于薄壁式伸展臂的绳网展开装置

Info

Publication number: CN102756811B
Application number: CN201210228365.0A
Authority: CN
Inventors: 赵国伟; 张展智; 李德勇
Original assignee: Beihang University
Current assignee: Beihang University
Priority date: 2012-07-02
Filing date: 2012-07-02
Publication date: 2014-05-14
Anticipated expiration: 2032-07-02
Also published as: CN102756811A

Abstract

本发明公开了一种基于薄壁式伸展臂的绳网展开装置，是用于对空间碎片进行在轨清理的装置，装置不需要外力的驱动，通过薄壁式伸展臂自身储存的应变能来带动网体结构的展开，实现对空间碎片的捕获。通过采用薄壁结构使得伸展臂具有较大的柔性和较轻的质量，通过伸展臂的卷曲来储存应变能并且使得机构具有较高的伸缩比。伸展臂带动网体结构展开的设计使网体结构的展开过程具有更好的可控性。同时通过压板和限位销的设计保证了展开的同步性。

Description

一种基于薄壁式伸展臂的绳网展开装置

技术领域

本发明涉及空间应用领域，具体来说是一种基于薄壁式伸展臂的绳网展开装置。

技术背景

随着人类航天活动的日益增加，空间碎片给空间飞行器带来的威胁日趋严重，因此，空间碎片清理成为了目前国内外空间技术研究的热点。针对空间碎片清理任务，各国的研究机构提出了多种不同的解决方案，如美国Tethers Unlimited公司提出了使用充气式伸展臂带动网体结构展开进而实现对空间碎片捕获的方案，并以此方案制作了GRASP装置。

利用伸展臂带动网体结构展开并对空间碎片进行捕获的优点在于，不仅可以使网体结构形成一个较大的包络面，还可以利用伸展臂有限的刚度来保持网体结构展开以后的形状。

根据空间碎片清理任务的需求，带动网体结构展开的伸展臂不仅应具有质量轻、伸缩比高、构造简单的特点，还应具有较大的柔性，以便网体结构在完成对空间碎片的捕获后能够顺利地将张开的网口收拢起来。尽管充气式伸展臂可以满足上述需求，但同时也对伸展臂的气密性以及气体的储存与供应提出了较高的要求。

发明内容

本发明的目的是根据空间碎片清理任务的需求，提供一种质量轻、伸缩比高、构造简单，并且当伸展臂带动网体结构展开并捕获空间碎片后能够顺利收拢网口的薄壁式伸展臂的绳网展开装置。

本发明一种基于薄壁式伸展臂的绳网展开装置，包括支撑部分和展开部分。

支撑部分包括支撑板、机构底座、伸展臂底座、顶盖、整形块、下防护板；

伸展臂底座的下端通过螺钉固定于机构底座的斜面上，上端通过螺钉固定于支撑板的斜面上；顶盖通过螺钉固定于支撑板的上表面；整形块通过螺钉固定于顶盖的侧面；下防护板通过螺钉固定于伸展臂底座上。

所述机构底座的中间有一个圆形凸台，凸台的中心有一个通孔；

所述伸展臂底座的中间位置有一个圆形凸台，下端有一个矩形槽，矩形槽的两侧有一对轴托。

展开部分包括整形罩、挡板、上防护板、摆杆、扭簧、转动轴、压板、限位销、薄壁式伸展臂、布套、网体结构；

摆杆穿过伸展臂底座的矩形槽并通过转动轴连接在伸展臂底座上，使之能够绕转动轴自由旋转；压板将摆杆的一端压在机构底座的圆形凸台上，压板的下端穿过机构底座的通孔，并设置有限位孔；限位销穿过压板下端的限位孔，从而限制摆杆的转动；扭簧安装于在摆杆和伸展臂底座的矩形槽之间，并套在转动轴上，安装时使扭簧处于预扭状态；整形罩和上防护板通过螺钉固定在摆杆上，上防护板固定在整形罩和摆杆之间；挡板通过螺钉固定在整形罩上；薄壁式伸展臂的一端通过喉箍固定在伸展臂底座的圆形凸台上，另一端卷曲起来放于整形块和整形罩之间；布套套在薄壁式伸展臂上，并在两个边缘布置有绳套；网体结构穿过绳套，从而与薄壁式伸展臂相连接。

所述伸展臂底座、整形块、下防护板、整形罩、挡板、上防护板、摆杆、扭簧、转动轴、薄壁式伸展臂、布套、网体结构均为4组，对称安装在机构底座和支撑板的四周。

本发明的优点在于：

（1）利用薄壁式伸展臂自身的弹性变形的恢复力带动网体结构展开，不需要消耗空间飞行器上有限的能源；

（2）薄壁式伸展臂具有较大的柔性，并且形状能保持良好，便于收拢，而且其柔性可以通过薄壁式伸展臂的开口角度来进行调整，能够保证网体结构的顺利展开与收拢，

（3）一种基于薄壁式伸展臂的绳网展开装置采用四面对称结构设计，四组薄壁式伸展臂能够同步释放，并且释放过程中比较稳定。

（4）一种基于薄壁式伸展臂的绳网展开装置通过调整薄壁式伸展臂的长度可以满足不同展开任务的需求。

附图说明

图1为本发明基于薄壁式伸展臂的绳网展开装置的主视结构剖图；

图2为本发明基于薄壁式伸展臂的绳网展开装置主视图；

图3为发明基于薄壁式伸展臂的绳网展开装置展开主视图；

图4为发明基于薄壁式伸展臂的绳网展开装置布套示意图。

图中：

1—支撑板、2—顶盖、3—整形块、4—整形罩、5—伸展臂底座

6—上防护板、7—摆杆、8—下防护板、9—机构底座、10—挡板

11—薄壁式伸展臂（上有布套）、12—压板、13—限位销、14—扭簧

15—转动轴、16—网体

其中：支撑部分包括：1—支撑板、2—顶盖、5—伸展臂底座、9—机构底座；

展开部分包括：3—整形块、4—整形罩、6—上防护板、7—摆杆、

8—下防护板、10—挡板11—薄壁式伸展臂（上有布套）、12—压板、

13—限位销、14—扭簧、15—转动轴、

16—网体

具体实施方式

伸展臂底座5的下端通过螺钉固定于机构底座9的斜面上，上端通过螺钉固定于支撑板1的斜面上；顶盖2通过螺钉固定于支撑板1的上表面；整形块3通过螺钉固定于顶盖2的侧面；下防护板8通过螺钉固定于伸展臂底座5上。摆杆7穿过伸展臂底座5的矩形槽并通过转动轴连接在伸展臂底座5上，使之能够绕转动轴自由旋转；压板将摆杆7的一端压在机构底座9的圆形凸台上，压板12的下端穿过机构底座9的通孔，并设置有限位孔；限位销13穿过压板12下端的限位孔，从而限制摆杆7的转动；扭簧14安装于在摆杆7和伸展臂底座5的矩形槽之间，并套在转动轴上，安装时使扭簧14处于预扭状态；整形罩4和上防护板6通过螺钉固定在摆杆7上，上防护板6固定在整形罩4和摆杆7之间；挡板10通过螺钉固定在整形罩4上；薄壁式伸展臂11的一端通过喉箍固定在伸展臂底座5的圆形凸台上，另一端卷曲起来放于整形块3和整形罩4之间；布套套在薄壁式伸展臂11上，并在两个边缘布置有绳套；网体16结构穿过绳套，从而与薄壁式伸展臂11相连接。当限位销13拔出时，摆杆7在扭簧14预扭力下开始绕轴转动，薄壁式伸展臂11会脱离整形块3和整形罩4，带着网体16展开，如图3所示。

本发明是一种基于薄壁式伸展臂的绳网展开装置。开始时，由于扭簧有一定的预扭力，整个伸展部分是靠压板和限位销的作用下处于平衡状态；压板将摆杆压在机构底座的凸台面上；薄壁式伸展臂在整形块和整形罩的作用下处于卷曲状态；当把限位销抽出时，扭簧会有一种恢复原来状态的扭矩，从而使摆杆转动，整形罩自动张开，薄壁式伸展臂会自动弹出，从而完成伸展任务。

Claims

1.一种基于薄壁式伸展臂的绳网展开装置，其特征在于：该机构包括支撑部分和伸展部分，

所述支撑部分包括支撑板、机构底座、伸展臂底座、顶盖；伸展臂底座的下端分别通过螺钉均匀地固定在机构底座的倒角斜面上，上端用螺钉固定在支撑板的倒角斜面上；顶盖通过螺钉固定在支撑板上；机构底座的中间有个凸台，凸台的中心有个孔；伸展臂底座的上中间位置有个凸台，下端有个矩形开槽，

所述伸展部分包括摆杆、扭簧、转动轴、压板、限位销、上下防护板、整形块、整形罩、挡板、薄壁式伸展臂和布套、网体；摆杆通过转动轴连接在伸展臂底座上，并使之绕转动轴自由旋转，在摆杆和伸展臂底座之间加上扭簧，并使扭簧处于预扭状态；摆杆的一端通过压板压在机构底座的凸台上；托盘通过螺钉固定在摆杆上；整形罩通过螺钉固定在托盘上；挡板通过螺钉固定在整形罩上；整形块通过螺钉固定在顶盖上；布套套在薄壁式伸展臂上，并在两个边缘布置有绳套；网体结构穿过绳套，从而与薄壁式伸展臂相连接；将卷好后的薄壁式伸展臂未卷的一端用过卡箍固定在伸展臂底座上的凸台上，卷好的部分放在上整形罩之间，并通过绳子将上整形罩啮合。

2.如权利要求1所述一种基于薄壁式伸展臂的绳网展开装置，其特征在于：所述装置采用的伸展臂底座、整形块、下防护板、整形罩、挡板、上防护板、摆杆、扭簧、转动轴、薄壁式伸展臂、布套、网体结构均为四组，对称安装在机构底座和支撑板的四周。

3.如权利要求1所述一种基于薄壁式伸展臂的绳网展开装置，其特征在于：所述装置采用四个薄壁式伸展臂，有效增大装置的包络面积。

4.如权利要求1所述一种基于薄壁式伸展臂的绳网展开装置，其特征在于：所述薄壁式伸展臂的材料采用的是热处理的铍青铜。

5.如权利要求1所述一种基于薄壁式伸展臂的绳网展开装置，其特征在于：所述薄壁式伸展臂采用正向卷绕的储藏方式储藏。

6.如权利要求2所述一种基于薄壁式伸展臂的绳网展开装置，其特征在于：所述四组薄壁式伸展臂采用同步释放的释放方式。

7.如权利要求1所述一种基于薄壁式伸展臂的绳网展开装置，其特征在于：所述上防护板和下防护板之间有一定的间隙，保证没有干涉。

8.如权利要求1所述一种基于薄壁式伸展臂的绳网展开装置，其特征在于：薄壁式伸展臂上套有航空用薄布套。