CN103171776B - 组合对接锥 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种组合对接锥，包括对接圆盘。对接圆盘上具有对接孔，组合对接锥还包括多个对接板，多个对接板的第一端沿对接孔的周向均匀固定设置在对接圆盘上，多个对接板的第二端向对接圆盘的中心侧倾斜组合呈锥状。根据本发明的组合对接锥，通过采用对接圆盘，并在对接圆盘上设置多个对接板组合形成锥状，从而使航天器在对接过程中，依靠对接板自身结构的柔性，对接杆与对接锥的对接板碰撞时。对接板能够产生较大的变形，从而延长接触时间，降低碰撞力峰值，以吸收和耗散大量的冲击动能，从而有效地解决中小型航天器对接过程中的缓冲问题。

Description

组合对接锥

技术领域

本发明涉中小型航天器对接装置领域，具体而言，涉及一种组合对接锥。

背景技术

实现空间自主交会对接技术，首先必须考虑两航天器的对接机构相互碰撞问题。为避免航天器在碰撞过程中造成不必要的损伤变形，甚至导致航天器的危险，保证两对接航天器的安全，实现可靠对接，必须在对接机构上安装缓冲阻尼系统。

专著《航天器自主交会对接技术》(FehseW著，李东旭，李智译，国防科技大学出版社，2009年)描述了一种锥-杆式对接机构的缓冲阻尼系统，该锥-杆式对接机构的传动和缓冲过程统一于一套缓冲阻尼系统中，对接机构的移动由电机-摩擦制动器-滚轮丝杠完成，摩擦制动器同时也是缓冲组件。缓冲过程中，由滚珠丝杠-摩擦制动器完成纵向缓冲，横向和角向缓冲通过丝杠和横向缓冲组件完成。

而且现有技术中的对接机构主要应用于大型航天器，其体积、质量和功耗等均是中小型航天器无法承受的，且具有结构复杂、可靠性差、缓冲性能不稳定、动力学特性复杂等缺点。

发明内容

本发明旨在提供一种柔性结构的组合对接锥，以解决中小型航天器对接过程中缓冲问题。

本发明提供了一种组合对接锥，包括对接圆盘，对接圆盘上具有对接孔，组合对接锥还包括多个对接板，多个对接板的第一端沿对接孔的周向均匀固定设置在对接圆盘上，多个对接板的第二端向对接圆盘的中心侧倾斜组合呈锥状。

进一步地，对接孔呈正多边形，对接板的个数与呈正多边形的对接孔的边数相同。

进一步地，对接孔呈正八边形，对接板为8个。

进一步地，对接板为呈等腰梯形状的平板。

进一步地，对接板为呈第一端至第二端的曲率先减小后增大的曲板。

进一步地，对接板的母线方程为

y＝-3.4348×10^-7x⁶+4.9582×10^-5x⁵-0.0026x⁴+0.0649x³-0.81x²+5.3715x+0.3226。

进一步地，相邻的两个对接板的第二端相互叠合。

进一步地，相邻的两个对接板的第二端相互叠合的部分的面积为对接板面积的1/32。

根据本发明的组合对接锥，通过采用对接圆盘，并在对接圆盘上设置多个对接板组合形成堆状，从而使航天器在对接过程中，依靠对接板自身结构的柔性，对接杆与对接锥的对接板碰撞时，对接板能够产生较大的变形，从而延长接触时间，降低碰撞力峰值，以吸收和耗散大量的冲击动能，从而有效地解决中小型航天器对接过程中的缓冲问题。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:

图1是根据本发明的组合对接锥的对接圆盘结构示意图;

图2是根据本发明的组合对接锥的第一实施例的对接板结构示意图;

图3是根据本发明的组合对接锥的第一实施例的主视结构示意图;

图4是根据本发明的组合对接锥的第二实施例的对接板结构示意图;

图5是根据本发明的组合对接锥的第二实施例的主视结构示意图;以及

图6是根据本发明的组合对接锥的第二实施例的侧视结构示意图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1至3所示，根据本发明的组合对接锥的第一实施例，包括对接圆盘10，对接圆盘10上具有对接孔11，组合对接堆还包括多个对接板20，多个对接板20的第一端沿对接孔11的周向均匀固定设置在对接圆盘10上，多个对接板20的第二端向对接圆盘10的中心侧倾斜组合呈锥状。本发明通过采用对接圆盘10，并在对接圆盘10上设置多个对接板20组合形成锥状，从而使航天器在对接过程中，依靠对接板20自身结构的柔性，对接杆与对接锥的对接板20碰撞时，对接板20能够产生较大的变形，从而延长接触时间，降低碰撞力峰值，以吸收和耗散大量的冲击动能，从而有效地解决中小型航天器对接过程中的缓冲问题。

如图1所示，对接圆盘10上的对接孔11呈正多边形，对接板20的个数与呈正多边形的对接孔11的边数相同，采用正多变形的对接孔11，能够保证对接孔11的边与截面呈直线形的对接板20可靠接触，从而方便在对接圆盘10上固定对接板20，而且能够使正多边形的对接孔11的每边上均设置一个对接板20。

如图1至3所示，在第一实施例较优选的实施方案中，对接圆盘10的中间挖空为呈正八边形的对接孔11，对接板20采用呈等腰梯形的金属薄板，金属薄板尺寸和厚度可根据具体要求进行设计，金属薄板的第一端通过螺钉与对接圆盘10固定连接，对接圆盘10固定在配重上。依靠金属薄板自身结构的柔性，在与对接杆发生碰撞时产生大变形，从而延长接触时间，降低碰撞力峰值，以吸收和耗散大量的冲击动能。优选地，该薄板是在弹性形变范围内能够发生较大的变形，不会产生塑性变形，碰撞结束后，所有薄板均能够恢复原状。

如图3所示，为了防止对接板20组合形成的组合对接锥的刚度过低，使得在撞击过程对接板中剧烈振动，而导致对接故障甚至失败，将相邻的两个对接板20的第二端相互叠合，从而使对接板20的第二端相互制约，提高了由金属薄板形成的组合对接锥的刚度，从而增加了摩擦阻尼，减小了薄板的振动，能够提高了对接成功率。

优选地，相邻的两个对接板20的第二端相互叠合的部分的面积为对接板20面积的1/32。经过理论分析和仿真计算优化设计得到的，相互叠合面积为对接板20面积的1/32左右时，能在保证了薄板形成的组合对接锥的缓冲效果理想的同时，又不至于振动过于剧烈。

如图4至6所示，根据发明的组合对接锥的第二实施例，与第一实施例不同的是，在本实施例中，对接板为曲板，相比第一实施例的平板，能够进一步地消弱碰撞力峰值，使碰撞力变化更趋于平稳，以吸收和耗散大量的冲击动能，有效地解决中小型航天器对接过程中的缓冲问题。

优选地。通过理论分析和实验，当曲面对接板20设置成曲率由第一端至第二端的先减小后增大时，能够使碰撞力变化更趋于平稳，有效地消弱碰撞力峰值。更优选地，以碰撞力变化和碰撞力峰值为指标，对对接板20的曲面优化，当对接板的母线方程为:

y＝-3.4348×10^-7x⁶+4.9582×10^-5x⁵-0.0026x⁴+0.0649x³-0.81x²+5.3715x+0.3226时，基本可以使在对接过程中，对接杆在对接锥的各个位置时受到的碰撞力大致相同，从而尽可能的降低了冲击强度，延长了冲击时间。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果

根据本发明的组合对接锥，通过采用对接圆盘，并在对接圆盘上设置多个对接板组合形成锥状，从而使航天器在对接过程中，依靠对接板自身结构的柔性，对接杆与对接锥的对接板碰撞时，对接板能够产生较大的变形，从而延长接触时间，降低碰撞力峰值，以吸收和耗散大量的冲击动能，从而有效地解决中小型航天器对接过程中的缓冲问题。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种组合对接锥，其特征在于，包括对接圆盘(10)，所述对接圆盘(10)上具有对接孔(11)，所述组合对接锥还包括多个对接板(20)，多个所述对接板(20)的第一端沿所述对接孔(11)的周向均匀固定设置在所述对接圆盘(10)上，多个所述对接板(20)的第二端向所述对接圆盘(10)的中心侧倾斜组合呈锥状；

所述对接板(20)为呈第一端至第二端的曲率先减小后增大的曲板，用以使碰撞力变化趋于平稳以及消弱碰撞力峰值；

以碰撞力变化和碰撞力峰值为指标，对所述对接板(20)的曲面优化，对接板的母线方程为：

y＝-3.4348×10^-7x⁶+4.9582×10^-5x⁵-0.0026x⁴+0.0649x³-0.81x²+5.3715x+0.3226，使在对接过程中，对接杆在对接锥的各个位置时受到的碰撞力相同，以降低冲击强度，延长冲击时间；

所述对接板(20)采用金属薄板，金属薄板在弹性形变范围内能够发生较大的变形，不会产生塑性变形，碰撞结束后，所有金属薄板均能够恢复原状；

相邻的两个所述对接板(20)的第二端相互叠合，从而使所述对接板(20)的第二端相互制约。

2.根据权利要求1所述的组合对接锥，其特征在于，

所述对接孔(11)呈正多边形，所述对接板(20)的个数与呈正多边形的所述对接孔(11)的边数相同。

3.根据权利要求2所述的组合对接锥，其特征在于，

所述对接孔(11)呈正八边形，所述对接板(20)为8个。

4.根据权利要求1所述的组合对接锥，其特征在于，

相邻的两个所述对接板(20)的第二端相互叠合的部分的面积为所述对接板(20)面积的1/32。