CN103662099A

CN103662099A - 一种空间展开结构

Info

Publication number: CN103662099A
Application number: CN201210352419.4A
Authority: CN
Inventors: 刘金国; 孙澍锋
Original assignee: Shenyang Institute of Automation of CAS
Current assignee: Shenyang Institute of Automation of CAS
Priority date: 2012-09-20
Filing date: 2012-09-20
Publication date: 2014-03-26
Anticipated expiration: 2032-09-20
Also published as: CN103662099B

Abstract

本发明涉及可展结构，具体地说是一种能够不需要驱动装置就能实现展开的空间展开结构，包括圆筒、加热器、记忆合金及薄膜，加热器安装在圆筒内，在圆筒外围沿周向均布有多个记忆合金，每个记忆合金的一端穿过圆筒、与所述加热器相连接，所述记忆合金的另一端为自由端；所述薄膜以堆叠的形式由记忆合金的自由端套在记忆合金上、与圆筒密封连接，套有薄膜的记忆合金的自由端按顺时针方向依次弯折，盘卷在圆筒的圆周表面；所述圆筒上安装有向筒内充气的充气嘴。本发明不需要电机驱动，且结构简单，不占用太多空间，易于安装，使展开结构可靠性得到大幅度提高。

Description

一种空间展开结构

技术领域

本发明涉及可展结构，具体地说是一种能够不需要驱动装置就能实现展开的空间展开结构。

背景技术

随着航天器技术的不断发展和广泛应用，航天器的结构和功能不断变化和日趋复杂，需要采取各种结构和机构来完成相应的任务，可展结构作为一种重要结构已经成为航天器结构中必不可少的组成部分。可展结构是实现航天器结构的主结构、次结构或某一部件由初始收拢构形，变化到最终展开构形，并保持该构形的一种结构和机构，可展结构广泛应用于航天领域的各种空间飞行器和星球探测器中，如卫星飞行器天线、大型光学镜面、飞船太阳电池阵、空间站大型支撑构架、星球探测器太阳帆板等。由于空间应用的需要，空间可展结构是由简单到复杂逐步发展起来，成为空间飞行器结构中涉及面最广泛、种类最繁复、功能最多样的一个领域。空间可展结构受到空间运输系统的体积和重量限制，通常要具有较大的展开/收缩体积或面积比及极高的系统可靠性，其研究与实现面临一系列的理论、方法和技术挑战。

目前，对于空间可展开结构来说，普遍是采用驱动装置与桁架来实现结构的展开。对于这种方式来说，其收纳率不是很高，且由于受到空间运输系统的体积和重量的限制，该方法具有一定的局限性。对于较大体积的天线来说，传统的展开方式操作复杂，对结构的可靠性要求较高，容易发生机械故障。

发明内容

针对上述存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种可靠性高，并且具有较高收纳率的空间展开结构。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明包括圆筒、加热器、记忆合金及薄膜，其中加热器安装在圆筒内，在圆筒外围沿周向均布有多个记忆合金，每个记忆合金的一端穿过圆筒、与所述加热器相连接，所述记忆合金的另一端为自由端；所述薄膜以堆叠的形式由记忆合金的自由端套在记忆合金上、与圆筒密封连接，套有薄膜的记忆合金的自由端按顺时针方向依次弯折，盘卷在圆筒的圆周表面；所述圆筒上安装有向筒内充气的充气嘴。

其中：所述加热器包括加热棒、第一绝热套筒及第二绝热套筒，其中加热棒呈阶梯轴状，与记忆合金连接的连接部两侧的直径相同，且小于所述连接部的直径；所述加热棒的两端分别安装在圆筒的两面，并均由圆筒的两面穿出；所述圆筒为内部中空结构，其开口端安装有端盖；所述连接部一侧的加热棒长度短于另一侧加热棒的长度，连接部两侧的加热棒上均套装有绝热套筒，带有绝热套筒的加热棒的两端分别由所述圆筒的底面及所述端盖穿出，并分别通过轴用弹性挡圈安装在加热棒两端开设的环形槽内，实现加热棒的轴向定位；所述连接部的圆周表面均匀开有与记忆合金数量相同的凹槽，每个记忆合金的一端均由所述圆筒穿过、插接在凹槽内；所述加热棒的轴向中心线与圆筒的轴向中心线共线；

所述薄膜整体为圆形，分成与记忆合金数量相同的多块，每块薄膜上均设有套在记忆合金上的套筒；所述套筒的一端为封闭端，另一端与所述圆筒的外圆周表面密封连接；所述圆筒的外圆周表面开有与记忆合金数量相同、供记忆合金穿过的通孔，所述套筒的另一端设有连接块，该连接块密封粘接在所述通孔的边缘。

本发明的优点与积极效果为：

1．本发明不需要电机驱动，且结构简单，不占用太多空间，使展开结构可靠性得到大幅度提高。

2．本发明的薄膜为充气式展开，使展开结构的收纳率得到大幅度提升。

3．本发明采用记忆合金代替传统桁架结构，很大程度上降低了机械故障发生的几率。

附图说明

图1为本发明安装完毕状态示意图；

图2为本发明记忆合金处于盘卷状态的结构示意图；

图3为本发明展开状态的结构示意图；

图4为本发明内部结构示意图（无薄膜）；

图5为本发明加热器的结构示意图；

图6为本发明薄膜安装状态示意图；

图7为本发明一块薄膜的结构示意图之一；

图8为本发明一块薄膜的结构示意图之二；

其中：1为圆筒，2为端盖，3为加热棒，4为记忆合金，5为第一绝热套筒，6为第二绝热套筒，7为薄膜，8为轴用弹性挡圈，9为充气嘴，10为套筒，11为连接块，12为凹槽。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

如图1～6所示，本发明包括圆筒1、端盖2、加热器、记忆合金4、薄膜7及充气嘴9，其中加热器安装在圆筒1内，包括加热棒3、第一绝热套筒5及第二绝热套筒6。

圆筒1为内部中空结构，其开口端安装有端盖2；在圆筒1的外圆周表面上均布有多个矩形的通孔（本实施例的通孔为四个），供记忆合金4穿过；在圆筒1的底面及端盖2的中心均开有圆孔。

在圆筒1的外围沿周向均布有多个记忆合金4，本实施例均布了四个记忆合金4。

加热棒3呈阶梯轴状，与记忆合金4连接的连接部两侧的直径相同，且小于所述连接部的直径；加热棒3上连接部一侧的加热棒长度短于另一侧加热棒的长度，较短的一侧套装有第一绝热套筒5，较长的一侧套装有第二绝热套筒6。套装有第一绝热套筒5的一侧由圆筒1底面中心的圆孔穿过，套装有第二绝热套筒6的一侧由端盖2中心的圆孔穿过，再将轴用弹性挡圈8安装在加热棒3两端开设的环形槽内，实现加热棒3的轴向定位，加热棒3的轴向中心线与圆筒1的轴向中心线及端盖2的轴向中心线共线；在第一绝热套筒5与圆筒1底面的结合处及第二绝热套筒6与端盖2的结合处分别用密封胶密封。在加热棒3通电加热时，第一、二绝热套筒5、6可以避免加热棒3受热时圆筒1和端盖2温度过高。在圆筒1的底面上安装有充气嘴9，通过该充气嘴9向圆筒1内充气。加热棒3上连接部的圆周表面均匀开有与记忆合金4数量相同的凹槽12（本实施例的凹槽12为四个），每个记忆合金4的一端分别穿过圆筒1上的矩形通孔、插接在凹槽12内，记忆合金4的另一端为自由端。

薄膜7以堆叠的形式由记忆合金4的自由端套在记忆合金4上，薄膜7整体为圆形，分成与记忆合金4数量相同的多块（本实施例分为四块）；如图7、图8所示，每块薄膜7均为扇形，每块薄膜上均设有套在记忆合金4上的套筒10；该套筒10的一端为封闭端，另一端设有连接块11，该连接块11用密封胶密封粘接在圆筒1外圆周表面上开设的矩形通孔边缘。将套有薄膜7的记忆合金4的自由端按顺时针方向依次弯折，盘卷在圆筒1的圆周表面。

本发明的记忆合金为钛镍合金，变形温度在40～50℃。本发明的薄膜7为厚度在0.1～0.2mm的塑料薄膜。

本发明的工作原理为：

将套有薄膜7的各记忆合金4弯折成如图2所示的状态，使记忆合金盘绕在圆筒1的外圆周表面。结构需要展开时，给加热棒3通电加热，热量会传递给与加热棒3相接触的记忆合金4，记忆合金4受热到预定温度时，会由盘卷状态逐渐变为原来的伸直状态，这是第一步展开。待记忆合金4完全伸展完毕之后，可以通过安装在圆筒1底面上的充气嘴9向圆筒1内充气，气体经圆筒1上开设的矩形通孔给薄膜7充气，使得薄膜7由堆叠状态伸展开来；待展开过程完毕，停止充气，由于充气嘴9的外径比其插设的圆孔的外径稍大，这样充气嘴9受到该圆孔的挤压作用时会自动封闭，防止漏气，最终实现结构的展开过程，如图3所示。

Claims

1.一种空间展开结构，其特征在于：包括圆筒（1)、加热器、记忆合金（4）及薄膜（7），其中加热器安装在圆筒（1）内，在圆筒（1）外围沿周向均布有多个记忆合金（4），每个记忆合金（4）的一端穿过圆筒（1)、与所述加热器相连接，所述记忆合金（4）的另一端为自由端；所述薄膜（7）以堆叠的形式由记忆合金（4）的自由端套在记忆合金（4）上、与圆筒（1）密封连接，套有薄膜（7）的记忆合金（4）的自由端按顺时针方向依次弯折，盘卷在圆筒（1）的圆周表面；所述圆筒（1）上安装有向筒内充气的充气嘴（9）。

2.按权利要求1所述的空间展开结构，其特征在于：所述加热器包括加热棒（3)、第一绝热套筒（5）及第二绝热套筒（6），其中加热棒（3）呈阶梯轴状，与记忆合金（4）连接的连接部两侧的直径相同，且小于所述连接部的直径；所述加热棒（3）的两端分别安装在圆筒（1）的两面，并均由圆筒（1）的两面穿出。

3.按权利要求2所述的空间展开结构，其特征在于：所述圆筒（1）为内部中空结构，其开口端安装有端盖（2）；所述连接部一侧的加热棒长度短于另一侧加热棒的长度，连接部两侧的加热棒上均套装有绝热套筒，带有绝热套筒的加热棒的两端分别由所述圆筒（1）的底面及所述端盖（2）穿出，并分别通过轴用弹性挡圈（8）安装在加热棒两端开设的环形槽内，实现加热棒的轴向定位。

4.按权利要求2或3所述的空间展开结构，其特征在于：所述连接部的圆周表面均匀开有与记忆合金（4）数量相同的凹槽（12），每个记忆合金（4）的一端均由所述圆筒（1）穿过、插接在凹槽（12）内。

5.按权利要求2或3所述的空间展开结构，其特征在于：所述加热棒（3）的轴向中心线与圆筒（1）的轴向中心线共线。

6.按权利要求1所述的空间展开结构，其特征在于：所述薄膜（7）整体为圆形，分成与记忆合金（4）数量相同的多块，每块薄膜（7）上均设有套在记忆合金（4）上的套筒（10）；所述套筒（10）的一端为封闭端，另一端与所述圆筒（1）的外圆周表面密封连接。

7.按权利要求6所述的空间展开结构，其特征在于：所述圆筒（1）的外圆周表面开有与记忆合金（4）数量相同、供记忆合金（4）穿过的通孔，所述套筒（10）的另一端设有连接块（11），该连接块（11）密封粘接在所述通孔的边缘。