CN103935531B - 一种二维矢量调节机构 - Google Patents

Abstract

本发明一种二维矢量调节机构，包括活动板、连接架、锁定与展开装置、十字轴万向节、固定板、立柱、丝杠导轨驱动组件、推力杆支撑组件和支撑锁定解锁组件，活动板的中心部位依次通过连接架、十字轴万向节、立柱与固定板的中心部位相连；活动板的一端与固定板的同侧一端之间通过锁定与展开装置连接，活动板和固定板的另一端之间通过两组支撑锁定解锁组件相连；两套推力杆支撑组件一端分别连接活动板的中心部位两侧，另一端分别连接在两套丝杠导轨驱动组件上；两套丝杠导轨驱动组件分别连接在固定板的中心部位两侧，本发明能够实现一种轻质量、高刚度、高指向精度和长寿命的二维矢量调节机构。

Description

一种二维矢量调节机构

技术领域

本发明涉及一种二维推力矢量调节机构，属于航天器结构和机构技术领域。

背景技术

电推进技术是目前国际上提高卫星有效载荷承载能力的最有效手段，是未来长寿命、大功率地球同步轨道卫星必不可少的应用技术，国外主流的地球同步轨道公用卫星平台均采用了电推进系统。与传统的化学推进相比，电推进最大的优点是高比冲和由此带来的低推进剂消耗。卫星采用电推进全寿命期间所节省的推进剂质量与卫星寿命初期的质量成正比，即卫星寿命初期的质量越大，整个寿命期间与采用化学推进相比节省的推进剂质量越多，综合效益就越可观。为减小推力器点火过程中推力偏离星体质心造成的干扰力矩影响，要求电推进分系统配置矢量调节机构，保证全寿命周期内推力器的推力矢量通过整星质心。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种二维矢量调节机构，可有效实现二维方向推力矢量的指向调节、实现在卫星发射阶段对推力器安装平台的锁紧和卫星入轨后的解锁功能，实现了一种轻质量、高刚度、高指向精度和长寿命的二维矢量调节机构。

本发明的技术解决方案是：

一种二维矢量调节机构包括：活动板、连接架、锁定与展开装置、十字轴万向节、固定板、立柱、丝杠导轨驱动组件、推力杆支撑组件和支撑锁定解锁组件；

所述锁定与展开装置又包括压紧连接架、火工解锁器、压紧支架、弹簧压块、支架轴承座、压紧轴承外端盖、压紧轴、压紧轴承锁紧圈、轴承、压紧轴承内端盖、扭转弹簧、锁紧座、压缩弹簧、压缩弹簧端盖、锁紧柱；

所述十字轴万向节又包括大连接支架、小连接支架、左轴承座、轴承外锁紧圈、轴承内锁紧圈、十字轴，轴承、右轴承座、旋转变压器定子和旋转变压器转子；

所述丝杠导轨驱动组件又包括左轴承支座、轴承、套筒、导轨副、滚珠丝杠副、右轴承支座和电机；

所述推力杆支撑组件又包括上关节轴承座、关节轴承、关节轴承轴、推力杆、关节轴承端盖和下关节轴承座；

所述支撑锁定解锁组件又包括活动板锁紧座、固定板锁紧座和火工解锁器；

所述活动板的一端与固定板的同侧一端之间通过锁定与展开装置连接，活动板和固定板的另一端之间通过两组支撑锁定解锁组件相连；两套推力杆支撑组件一端分别连接活动板的中心部位，另一端分别连接在两套丝杠导轨驱动组件上；两套丝杠导轨驱动组件分别连接在固定板的中心部位两侧；

所述十字轴万向节的大连接支架与连接架相连，小连接支架与立柱相连；锁定与展开装置中的压紧连接架与活动板相连，两个支架轴承座与固定板相连；支撑锁定解锁组件中的活动板锁紧座与活动板相连，固定板锁紧座与固定板相连；推力杆支撑组件的上关节轴承座与活动板相连，下关节轴承座与滚珠丝杠副相连；丝杠导轨驱动组件的左轴承支座和右轴承支座固定在固定板上；

所述一种二维矢量调节机构分为三种工作状态：支撑锁定状态、展开解锁状态和指向调节状态：

支撑锁定状态：压紧连接架与矢量调节机构的活动板连接，压紧支架安装在压紧轴上；火工解锁器通过螺母螺杆连接将压紧连接架和压紧支架连接在一起，活动板锁紧座和固定板锁紧座通过火工品解锁器相连，活动板和固定板通过锁定与展开装置和支撑锁定解锁组件连接锁定在一起，十字轴万向节、丝杠导轨驱动组件和推力杆支撑组件处于停止工作状态；

展开解锁状态：火工解锁器解锁，压紧连接架和压紧支架分离，压紧连接架与火工解锁器的螺母螺杆组件部分跟随矢量调节机构的活动板保持不动；压紧支架在火工解锁器点火解锁后产生的后座力和扭转弹簧的预紧力矩同时作用下绕压紧轴的轴线旋转，并与压紧连接架(1)分离，同时火工解锁器与压紧支架连接的部分跟随压紧支架旋转；火工品解锁器解锁，活动板锁紧座和固定板锁紧座分离，活动板锁紧座与火工解锁器的螺母螺杆组件部分随着活动板活动；固定板锁紧座与火工解锁器与其连接的部分跟随固定板保持不动；

锁紧柱、压缩弹簧、压缩弹簧端盖和锁紧座随压紧支架旋转；与支架轴承座相切的锁紧柱的球面柱头在压缩弹簧的预紧力作用下在支架轴承座的端面上滑动，直到滑动到支架轴承座的锁定孔位置处，锁紧柱在压缩弹簧预紧推力的作用下，其柱头陷入支架轴承座的锥面锁定孔中，锁定与展开装置的旋转动作被锁定，整个装置不再运动，扭转弹簧的预紧力矩仍然对压紧支架起压紧作用，锁定孔对锁紧柱起限制作用；压紧支架的脚部有过锁定位置的卡死保护功能，当出现锁紧柱的柱头没有陷入支架轴承座锁定孔的情况，也即到位锁定功能失效时，压紧支架在扭转弹簧的预紧力矩作用下继续旋转，直到其脚部卡死在矢量调节机构固定板上，整个装置停止运动；

指向调节状态：展开解锁之后，活动板处于自由调节状态，十字轴万向节、丝杠导轨驱动组件和推力杆支撑组件开始工作，电机的旋转运动通过导轨副和滚珠丝杠副变换为下关节轴承座的直线运动，直线运动通过两套关节轴承变换成两个球关节运动进而推动推力杆的空间运动，在并联结构中通过两个推力杆支撑组件的组合运动，可以实现活动板的二维并联运动和二维并联控制，活动板沿十字轴万向节长短轴轴向方向旋转，十字轴万向节的旋转变压器定子和旋转变压器转子进行活动板旋转角度监测。

所述支撑锁定状态下，压紧连接架和压紧支架之间有两个抗剪切球面配合；扭转弹簧的一端通过弹簧压块固定在压紧支架上，轴线穿在压紧轴上，另一端固定在支架轴承座上，通过给扭转弹簧施加预紧力矩使其处于压紧状态；锁紧座安装在压紧支架上，压缩弹簧、压缩弹簧端盖和锁紧柱位于锁紧座内，压缩弹簧处于锁紧柱和压缩弹簧端盖之间，其轴线穿在锁紧柱的尾部杆上，并通过锁紧柱和压缩弹簧端盖的作用使压缩弹簧处于预紧力压紧状态；锁紧柱的球面柱头在压缩弹簧的预紧力作用下与支架轴承座的端面相切；

所述展开解锁状态下，锁紧柱、压缩弹簧、压缩弹簧端盖和锁紧座随压紧支架旋转；与支架轴承座相切的锁紧柱的球面柱头在压缩弹簧的预紧力作用下在支架轴承座的端面上滑动。

所述锁定与展开装置支架轴承座的锁定孔为锥面锁定孔。

所述十字轴万向节大连接支架和小连接支架为相似形状的U型支架，大连接支架和小连接支架的两个立板开有同轴孔。

所述十字轴万向节的十字轴为一体式结构，在两个方向上分别伸出长轴和短轴，长轴和短轴为中空轴，长短轴中间连接结构为立方体结构；长短轴两端分别通过大连接支架和小连接支架的同轴孔，并通过轴承与左轴承座、右轴承座装配成一体，左轴承座和右轴承座分别与大连接支架和小连接支架固定在一起，长短轴的两端分别通过轴承外锁紧圈和轴承内锁紧圈将轴承在轴向的位置锁紧固定使得大连接支架和小连接支架可以分别绕十字轴的长轴轴线和短轴轴线进行旋转。

所述十字轴万向节的十字轴与大连接支架、小连接支架的装配形式如下：先将大连接支架、小连接支架上面的同轴孔分别装入十字轴的长轴和短轴，之后再把左轴承座和右轴承座装配到大连接支架和小连接支架上，然后进行两对轴承的装配并锁紧，这时十字轴已经可以相对大连接支架和小连接支架进行旋转，最后分别将旋转变压器转子和旋转变压器定子装配到十字轴和右轴承座上。

所述导轨副又包括滑块和导轨，滚珠丝杠副又包括丝杠和螺母；所述丝杠导轨驱动组件的电机固定在右轴承支座上，电机的轴与滚珠丝杠副的丝杠连接，导轨副的滑块与滚珠丝杠副的螺母固连，导轨副的导轨固定在套筒上，套筒的两端固定在左轴承支座和右轴承支座上并随之固定在固定板上，滚珠丝杠副的丝杠两端通过轴承分别装配在左轴承支座和右轴承支座上；在电机的带动下，滚珠丝杠副的螺母可在丝杠上做直线运动，导轨副用来限制滚珠丝杠副螺母的径向转动。

所述推力杆支撑组件的上关节轴承座与活动板相连，下关节轴承座与丝杠导轨驱动组件中的滚珠丝杠副的螺母相连，推力杆的两端通过两个关节轴承轴与关节轴承，两个关节轴承又分别固定在上关节轴承座和下关节轴承座，关节轴承可提供给推力杆两个自由度的运动支撑，关节轴承端盖固定在推力杆用来保护关节轴承；

所述支撑锁定解锁组件包括连接锁定状态和展开解锁状态；连接锁定状态：火工解锁器通过螺母螺杆连接将活动板锁紧座和固定板锁紧座连接在一起，活动板锁紧座和固定板锁紧座之间有一个抗剪切球面配合；展开解锁状态：火工解锁器点火解锁后，活动板锁紧座与火工解锁器的螺母螺杆组件部分随着活动板活动；固定板锁紧座与火工解锁器与其连接的部分跟随固定板保持不动。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)本发明在卫星发射阶段，二维推力矢量调节机构对推力器起到安装、支撑和位置锁定作用，避免卫星发射阶段的恶劣力学环境对推力器以及矢量调节机构自身的振动和影响；

(2)本发明在卫星入轨飞行阶段，二维推力矢量调节机构的锁定与展开装置和支撑锁定解锁组件进行解锁动作，解开对矢量调节机构两自由度的束缚，为后续位置保证工作做好准备；

(2)本发明在卫星位置保证阶段，二维推力矢量调节机构通过丝杠导轨驱动组件、推力杆支撑组件和十字轴万向节对安装在活动板上的推力器位姿进行调节，到位后推力器工作，如此完成卫星位置保证工作。

附图说明

图1为本发明三维示意图；

图2为本发明结构示意图；

图3为本发明解锁调节状态示意图；

图4为本发明锁定与展开装置三维示意图；

图5a为本发明锁定与展开装置结构剖视图；

图5b为本发明锁定与展开装置结构主视图；

图5c为本发明锁定与展开装置结构侧视图；

图6为本发明十字轴万向节三维示意图；

图7为本发明十字轴万向节结构示意图；

图8为本发明丝杠导轨驱动组件结构示意图；

图9为本发明推力杆支撑组件结构示意图；

图10为本发明支撑锁定解锁组件结构示意图；

图11a为本发明锁定与展开装置展开解锁状态及抗剪切球面配合示意图；

图11b为本发明锁定与展开装置展开解锁状态及抗剪切球面配合示意局部放大图；

图12为本发明锁定与展开装置到位锁定原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的结构组成和工作原理

如图1、2、3所示，本发明一种二维矢量调节机构，包括：活动板1、连接架2、锁定与展开装置3、十字轴万向节4、固定板5、立柱6、丝杠导轨驱动组件7、推力杆支撑组件8和支撑锁定解锁组件9；

其中如图4、5a、5b、5c所示，锁定与展开装置3又包括压紧连接架3-1、火工解锁器3-2、压紧支架3-3、弹簧压块3-4、支架轴承座3-5、压紧轴承外端盖3-6、压紧轴3-7、压紧轴承锁紧圈3-8、轴承3-9、压紧轴承内端盖3-10、扭转弹簧3-11、锁紧座3-12、压缩弹簧3-13、压缩弹簧端盖3-14、锁紧柱3-15；

如图6、7所示，十字轴万向节4又包括：大连接支架4-1、小连接支架4-2、左轴承座4-3、轴承外锁紧圈4-4、轴承内锁紧圈4-5、十字轴4-6，轴承4-7、右轴承座4-8、旋转变压器定子4-9、旋转变压器转子4-10；

如图8所示，丝杠导轨驱动组件7又包括：左轴承支座7-1、轴承7-2、套筒7-3、导轨副7-4、滚珠丝杠副7-5、右轴承支座7-6和电机7-7；导轨副7-4又包括滑块和导轨，滚珠丝杠副7-5又包括丝杠和螺母；丝杠导轨驱动组件7中，电机7-7的机壳固定在右轴承支座7-6上，电机7-7的轴与滚珠丝杠副7-5的丝杠连接，导轨幅7-4的滑块与滚珠丝杠副7-5的螺母固连，导轨幅7-4的导轨固定在套筒7-3上，套筒7-3的两端固定在左轴承支座7-1和右轴承支座7-6上并随之固定在固定板5上，滚珠丝杠副7-5的丝杠两端通过轴承7-2分别装配在左轴承支座7-1和右轴承支座7-6上；在电机7-7的带动下，滚珠丝杠副7-5的螺母可在丝杠上做直线运动，导轨幅7-4用来限制滚珠丝杠副7-5螺母的径向转动；

如图9所示，推力杆支撑组件8又包括：上关节轴承座8-1、关节轴承8-2、关节轴承轴8-3、推力杆8-4、关节轴承端盖8-5和下关节轴承座8-6；推力杆支撑组件8中，上关节轴承座8-1与活动板1相连，下关节轴承座8-6与丝杠导轨驱动组件7中滚珠丝杠副7-5的螺母相连，推力杆8-4的两端通过两个关节轴承轴8-3与关节轴承8-2，两个关节轴承8-2又分别固定在上关节轴承座8-1和下关节轴承座8-6，关节轴承8-2可提供给推力杆8-4两个自由度的运动支撑，关节轴承端盖8-5固定在推力杆8-4用来保护关节轴承8-2；

如图10所示，支撑锁定解锁组件9又包括：活动板锁紧座9-1、固定板锁紧座9-2和火工解锁器9-3；支撑锁定解锁组件9包括两种工作状态：支撑锁定状态和展开解锁状态；支撑锁定状态如图10所示，火工解锁器9-3通过螺母螺杆连接将活动板锁紧座9-1和固定板锁紧座9-2连接在一起，为了提升活动板锁紧座9-1和固定板锁紧座9-2的连接性能，在活动板锁紧座9-1和固定板锁紧座9-2之间有一个抗剪切球面配合，可以有效的提升抗剪切能力；展开解锁状态如图3所示，火工解锁器9-3点火解锁后，活动板锁紧座9-1与火工解锁器9-3的螺母螺杆组件部分随着活动板1活动；固定板锁紧座9-2与火工解锁器9-3与其连接的部分跟随固定板5保持不动；

活动板1的一端与固定板5的同侧一端之间通过锁定与展开装置3连接，活动板1和固定板5的另一端之间通过两组支撑锁定解锁组件9相连；两套推力杆支撑组件8一端分别连接活动板1的中心部位两侧，另一端分别连接在两套丝杠导轨驱动组件7上；两套丝杠导轨驱动组件7分别连接在固定板5的中心部位两侧；

十字轴万向节4的大连接支架4-1与连接架2相连，小连接支架4-2与立柱6相连；锁定与展开装置3中的压紧连接架3-1与活动板1相连，两个支架轴承座3-5与固定板5相连；支撑锁定解锁组件9中的活动板锁紧座9-1与活动板1相连，固定板锁紧座9-2与固定板5相连；推力杆支撑组件8的上关节轴承座8-1与活动板1相连，下关节轴承座8-6与滚珠丝杠副7-5相连；丝杠导轨驱动组件7的左轴承支座7-1和右轴承支座7-6固定在固定板5上；

十字轴万向节4中，大连接支架4-1和小连接支架4-2为相似形状的U型支架，大连接支架4-1和小连接支架4-2的两个立板开有同轴孔；十字轴4-6为一体式结构，在两个方向上分别伸出长轴和短轴，长轴和短轴为中空轴，长短轴中间连接结构为立方体结构；如图7所示，长短轴两端分别通过大连接支架4-1和小连接支架4-2的同轴孔后，并通过轴承4-7将十字轴4-6与左轴承座4-3和右轴承座4-8装配成一体，左轴承座4-3和右轴承座4-8分别通过螺钉与大连接支架4-1和小连接支架4-2固定在一起，长短轴的两端分别通过轴承外锁紧圈4-4和轴承内锁紧圈4-5将轴承4-7在轴向的位置锁紧固定，因此大连接支架4-1可以绕十字轴4-6的长轴轴线进行旋转，小连接支架4-2可以绕十字轴4-6的短轴轴线进行旋转，长短轴的一端安装有用于测角的旋转变压器，旋转变压器包括旋转变压器定子4-9和旋转变压器转子4-10，旋转变压器定子4-9固定在右轴承座4-8上右轴承座4-8有安装旋转变压器的安装孔，旋转变压器转子4-10直接安装在与右轴承座4-8同测的长短轴一端；在十字轴4-6与大连接支架4-1、小连接支架4-2相对旋转运动时，相应的旋转变压器定子4-9和旋转变压器转子4-10也会相对旋转，旋转变压器转子10根据旋转不同位置给出的不同信息可以得到长短轴的旋转位置如：相对于小连接支架4-2旋转时，安装于长轴的相应旋转变压器定子4-9和旋转变压器转子4-10相对旋转，旋转变压器转子4-10根据旋转不同位置给出的不同信息可以得到长轴方向的旋转位置；

矢量调节机构锁定与展开装置3分为三种工作状态：支撑锁定状态、展开解锁状态和到位锁定状态；

支撑锁定状态如图4、5所示：压紧连接架3-1的一端与矢量调节机构的活动板连接活动板为矢量调节机构中需要随控制进行指向的部件，可以为任何形式的活动部件，火工解锁器3-2通过螺母螺杆连接将压紧连接架3-1的另一端和压紧支架3-3的一端连接在一起，如图11a 、 11b所示，在压紧连接架3-1和压紧支架3-3之间有两个抗剪切的球面配合，防止压紧连接架3-1和压紧支架3-3之间产生剪切方向的错位，压紧支架3-3另一端的脚部两侧分别安装在两压紧轴3-7上，轴承3-9将压紧轴3-7支撑在支架轴承座3-5上，支架轴承座3-5固定在矢量调节机构的固定板上固定板为矢量调节机构中固定不动的部件，可以为任何形式的固定部件，一般为一个底板，轴承3-9的轴向位置由压紧轴承锁紧圈3-8锁紧，压紧轴承外端盖3-6和压紧轴承内端盖3-10安装在支架轴承座3-5上用来保护轴承3-9，扭转弹簧3-11的轴线穿在压紧轴3-7上，一端通过弹簧压块3-4固定在压紧支架3-3上，另一端固定在支架轴承座3-5上，通过给扭转弹簧3-11施加预紧力矩使其处于压紧状态，锁紧座3-12安装在压紧支架3-3上，压缩弹簧13、压缩弹簧端盖14和锁紧柱15位于锁紧座3-12内，锁紧柱3-15的一端为球面柱头，另一端为细长导杆，压缩弹簧3-13的轴线穿在锁紧柱3-15的导杆上，并通过锁紧柱3-15和压缩弹簧端盖3-14的作用使压缩弹簧3-13处于预紧力压紧状态；锁紧柱3-15的球面柱头在压缩弹簧3-13的预紧力作用下与支架轴承座3-5的端面相切；

展开解锁状态如图11a、11b所示：火工解锁器3-2点火解锁后，压紧连接架3-1与火工解锁器3-2的螺母螺杆组件部分跟随矢量调节机构的活动板保持不动；压紧支架3-3在火工解锁器3-2点火解锁后产生的后座力和扭转弹簧3-11的预紧力矩同时作用下绕压紧轴3-7的轴线旋转，，并与压紧连接架1分离，同时火工解锁器3-2与压紧支架3-3连接的部分跟随压紧支架3-3旋转；锁紧柱3-15、压缩弹簧3-13、压缩弹簧端盖3-14和锁紧座3-12随压紧支架3-3旋转；与支架轴承座3-5相切的锁紧柱3-15的球面柱头在压缩弹簧3-13的预紧力作用下在支架轴承座3-5的端面上滑动；

到位锁定状态如图12所示：锁紧柱3-15的球面柱头在支架轴承座3-5的端面上滑动到支架轴承座3-5的锁定孔位置处，锁紧柱3-15在压缩弹簧3-13预紧推力的作用下，其柱头陷入为锥面的支架轴承座3-5的锁定孔中，装置的旋转动作被锁定，整个装置不再运动，完成到位锁定任务；扭转弹簧3-11的预紧力矩仍然对压紧支架3-3起压紧作用，锁定孔对锁紧柱3-15起限制作用，从而使压紧支架3-3停止运动。

本发明一种二维矢量调节机构分为三种工作状态：支撑锁定状态、展开解锁状态和指向调节状态：

1、支撑锁定状态：如图1、2所示，压紧连接架3-1与矢量调节机构的活动板1连接，压紧支架3-3安装在压紧轴3-7上；火工解锁器3-2通过螺母螺杆连接将压紧连接架3-1和压紧支架3-3连接在一起，活动板锁紧座9-1和固定板锁紧座9-1通过火工品解锁器9-3相连，这样，活动板1和固定板5就通过锁定与展开装置3和支撑锁定解锁组件9连接锁定在一起，十字轴万向节4、丝杠导轨驱动组件7和推力杆支撑组件8处于停止工作状态；

另外在支撑锁定状态下：压紧连接架3-1和压紧支架3-3之间有两个抗剪切球面配合；扭转弹簧3-11的一端通过弹簧压块3-4固定在压紧支架3-3上，轴线穿在压紧轴3-7上，另一端固定在支架轴承座3-5上，通过给扭转弹簧3-11施加预紧力矩使其处于压紧状态；锁紧座3-12安装在压紧支架3-3上，压缩弹簧3-13、压缩弹簧端盖3-14和锁紧柱3-15位于锁紧座3-12内，压缩弹簧3-13处于锁紧柱3-15和压缩弹簧端盖3-14之间，其轴线穿在锁紧柱3-15的尾部杆上，并通过锁紧柱3-15和压缩弹簧端盖3-14的作用使压缩弹簧3-13处于预紧力压紧状态；锁紧柱3-15的球面柱头在压缩弹簧3-13的预紧力作用下与支架轴承座3-5的端面相切；

2、展开解锁状态：如图3所示，火工解锁器3-2解锁，压紧连接架3-1和压紧支架3-3分离，压紧连接架3-1与火工解锁器3-2的螺母螺杆组件部分跟随矢量调节机构的活动板1保持不动；压紧支架3-3在火工解锁器3-2点火后产生的后座力和扭转弹簧3-11的预紧力矩同时作用下绕压紧轴3-7的轴线旋转，火工解锁器3-2与压紧支架3-3连接的部分跟随压紧支架3-3旋转；火工品解锁器9-3解锁，活动板锁紧座9-1和固定板锁紧座9-3分离，活动板锁紧座9-1与火工解锁器9-3的螺母螺杆组件部分随着活动板1活动；固定板锁紧座9-2与火工解锁器9-3与其连接的部分跟随固定板5保持不动；

另外在展开解锁状态下：锁紧柱3-15、压缩弹簧3-13、压缩弹簧端盖3-14和锁紧座3-12随压紧支架3-3旋转；与支架轴承座3-5相切的锁紧柱3-15的球面柱头在压缩弹簧3-13的预紧力作用下在支架轴承座3-5的端面上滑动，直到滑动到支架轴承座3-5的锁定孔位置处，锁紧柱3-15在压缩弹簧3-13预紧推力的作用下，其柱头陷入支架轴承座3-5的锥面锁定孔中，锁定与展开装置3的旋转动作被锁定，整个装置不再运动，扭转弹簧3-11的预紧力矩仍然对压紧支架3-3起压紧作用，锁定孔对锁紧柱3-15起限制作用，从而使压紧支架3-3停止运动。压紧支架3-3的脚部设计了过锁定位置的卡死保护功能，当出现锁紧柱3-15的柱头没有陷入支架轴承座3-5锁定孔的情况，也即到位锁定功能失效时，压紧支架3-3在扭转弹簧3-11的预紧力矩作用下继续旋转，直到其脚部卡死在矢量调节机构固定板上，整个装置停止运动，此时的锁定任务仍然可以完成。

3、指向调节状态：如图3所示，展开解锁之后，活动板1处于自由调节状态，十字轴万向节4、丝杠导轨驱动组件7和推力杆支撑组件8开始工作，电机7-7的旋转运动通过导轨副7-4和滚珠丝杠副7-5变换为下关节轴承座8-6的直线运动，直线运动通过两套关节轴承变换成两个球关节运动进而推动推力杆8-4的空间运动，在并联结构中通过两个推力杆支撑组件8的组合运动，可以实现活动板1的二维并联运动和二维并联控制，活动板1沿十字轴万向节4长短轴轴向方向旋转，十字轴万向节4的旋转变压器定子4-9和旋转变压器转子4-10进行活动板1旋转角度监测。

下面以卫星在入轨飞行阶段和位置保证阶段为例具体说明本发明工作原理：

固定板5、锁定与展开装置3、活动板1和两套支撑锁定组件9构成一个稳定的高刚度的支撑锁定结构，立柱6、十字轴万向节4和连接架2组成的支撑链也支撑在固定板5和活动板1之间起辅助支撑作用，而两套丝杠导轨驱动组件7和两套推力杆支撑组件8也作为第二、三条支撑链支撑在固定板5和活动板1之间起辅助支撑作用。为实现后续的解锁工作，在此结构中的锁定与展开装置3和两套支撑锁定组件9采用了3个火工装置进行连接。

在卫星的入轨飞行阶段，二维推力矢量调节机构的锁定与展开装置3和两套支撑锁定组件9解锁并消除对矢量调节机构两个自由度的束缚。其中两套支撑锁定组件9分别分布在活动板1的两侧下端，每套支撑锁定组件9通过活动板锁紧座9-1、固定板锁紧座9-2和火工解锁器9-3将活动板1和固定板5固定连接在一起。锁定与展开装置3分为两部分，其中一部分结构与活动板1固定，另一部分结构与固定板5连接，两部分之间通过火工解锁器3-2连接在一起。在卫星入轨之后，二维推力矢量调节机构的三个火工解锁器点火解锁，如此，活动板1与固定板5的3处连接点断开。之后，锁定与展开装置3的展开功能启动，其与底板5连接的部分结构在弹簧的预紧力矩作用下展开，然后到位并启动锁定装置锁定，为后续的卫星位置保证工作留出足够的工作空间。

在卫星的位置保证阶段，为了使安装在活动板1上的推力器方向旋转到合适位置，二维推力矢量调节机构中的十字轴万向节4、两套丝杠导轨驱动组件7和两套推力杆支撑组件8共同作用，通过改变活动板1两个方向的角度来调整推力器到达合适的工作角度，矢量调节机构实际的角度位置通过安装于十字轴万向节4中的测角单元测量获得。丝杠导轨驱动组件7和推力杆支撑组件8利用关节轴承、丝杠和导轨来驱动活动板1，从而实现整星的位置保证工作。本发明的一种二维推力矢量调节机构的位置保证功能既具有高刚度的推力器支撑功能，也具有高精度的推力器角度指向功能。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域技术人员的公知技术。

Claims (8)

1.一种二维矢量调节机构，其特征在于包括：活动板（1）、连接架（2）、锁定与展开装置（3）、十字轴万向节（4）、固定板（5）、立柱（6）、丝杠导轨驱动组件（7）、推力杆支撑组件（8）和支撑锁定解锁组件（9）；所述的锁定与展开装置（3）又包括压紧连接架（3-1）、火工解锁器（3-2）、压紧支架（3-3）和底座装置；所述支撑锁定解锁组件（9）又包括活动板锁紧座（9-1）、固定板锁紧座（9-2）和火工解锁器（9-3）；

所述活动板（1）的一端与固定板（5）的同侧一端之间通过锁定与展开装置（3）连接，活动板（1）和固定板（5）的另一端之间通过两组支撑锁定解锁组件（9）相连；两套推力杆支撑组件（8）一端分别连接活动板（1）的中心部位，另一端分别连接在两套丝杠导轨驱动组件（7）上；两套丝杠导轨驱动组件（7）分别连接在固定板（5）的中心部位两侧；所述十字轴万向节（4）的一端通过连接架（2）与活动板（1）相连，另一端通过立柱（6）与固定板（5）相连；

所述一种二维矢量调节机构分为三种工作状态：支撑锁定状态、展开解锁状态和指向调节状态：

支撑锁定状态：压紧连接架（3-1）与矢量调节机构的活动板（1）连接；火工解锁器（3-2）通过螺母螺杆连接将压紧连接架（3-1）和压紧支架（3-3）连接在一起，活动板锁紧座（9-1）和固定板锁紧座（9-1）通过火工品解锁器（9-3）相连，活动板（1）和固定板（5）通过锁定与展开装置（3）和支撑锁定解锁组件（9）连接锁定在一起，十字轴万向节（4）、丝杠导轨驱动组件（7）和推力杆支撑组件（8）处于停止工作状态；

展开解锁状态：火工解锁器（3-2）解锁，压紧连接架（3-1）和压紧支架（3-3）分离，压紧连接架（3-1）与火工解锁器（3-2）的螺母螺杆组件部分跟随矢量调节机构的活动板（1）保持不动；压紧支架（3-3）在火工解锁器（3-2）点火解锁后旋转，与压紧连接架（3-1）分离，火工解锁器（3-2）与压紧支架（3-3）连接的部分跟随压紧支架（3-3）旋转，同时火工品解锁器（9-3）解锁，活动板锁紧座（9-1）和固定板锁紧座（9-3）分离，活动板锁紧座（9-1）与火工解锁器（9-3）的螺母螺杆组件部分随着活动板（1）活动；固定板锁紧座（9-2）与火工解锁器（9-3）与其连接的部分跟随固定板（5）保持不动；

指向调节状态：展开解锁之后，活动板（1）处于自由调节状态，十字轴万向节（4）、丝杠导轨驱动组件（7）和推力杆支撑组件（8）开始工作，丝杠导轨驱动组件（7）和推力杆支撑组件（8）之间通过两套关节轴承相连，丝杠导轨驱动组件（7）驱动推力杆支撑组件（8）发生空间运动，两套推力杆支撑组件（8）的一端分别连接活动板（1）的中间部位两侧，推力杆支撑组件（8）的空间运动驱动活动板（1）沿十字轴万向节（4）长短轴轴向方向进行旋转，同时十字轴万向节（4）对活动板（1）旋转角度进行监测。

2.根据权利要求1所述的一种二维矢量调节机构，其特征在于：所述锁定与展开装置（3）的底座装置又包括弹簧压块（3-4）、支架轴承座（3-5）、压紧轴承外端盖（3-6）、压紧轴（3-7）、压紧轴承锁紧圈（3-8）、轴承（3-9）、压紧轴承内端盖（3-10）、扭转弹簧（3-11）、锁紧座（3-12）、压缩弹簧（3-13）、压缩弹簧端盖（3-14）、锁紧柱（3-15）；

支撑锁定状态：压紧支架（3-3）安装在压紧轴（3-7）上，扭转弹簧（3-11）的一端通过弹簧压块（3-4）固定在压紧支架（3-3）上，轴线穿在压紧轴（3-7）上，另一端固定在支架轴承座（3-5）上，通过给扭转弹簧（3-11）施加预紧力矩使其处于压紧状态，轴承（3-9）将压紧轴（3-7）支撑在支架轴承座（3-5）上，支架轴承座（3-5）固定在矢量调节机构的固定板（5）上；锁紧座（3-12）安装在压紧支架（3-3）上，压缩弹簧（3-13）、压缩弹簧端盖（3-14）和锁紧柱（3-15）位于锁紧座（3-12）内，压缩弹簧（3-13）处于锁紧柱（3-15）和压缩弹簧端盖（3-14）之间，其轴线穿在锁紧柱（3-15）的尾部杆上，并通过锁紧柱（3-15）和压缩弹簧端盖（3-14）的作用使压缩弹簧（3-13）处于预紧力压紧状态；锁紧柱（3-15）的球面柱头在压缩弹簧（3-13）的预紧力作用下与支架轴承座（3-5）的端面相切，紧轴承锁紧圈（3-8）锁紧，压紧轴承外端盖（3-6）和压紧轴承内端盖（3-10）安装在支架轴承座（3-5）上用来保护轴承（3-9）；

展开解锁状态：压紧支架（3-3）在火工解锁器（3-2）点火解锁后产生的后座力和扭转弹簧（3-11）的预紧力矩同时作用下绕压紧轴（3-7）的轴线旋转，锁紧柱（3-15）、压缩弹簧（3-13）、压缩弹簧端盖（3-14）和锁紧座（3-12）随压紧支架（3-3）旋转；与支架轴承座（3-5）相切的锁紧柱（3-15）的球面柱头在压缩弹簧（3-13）的预紧力作用下在支架轴承座（3-5）的端面上滑动，直到滑动到支架轴承座（3-5）的锁定孔位置处，锁紧柱（3-15）在压缩弹簧（3-13）预紧推力的作用下，其柱头陷入支架轴承座（3-5）的锥面锁定孔中，锁定与展开装置（3）的旋转动作被锁定，整个装置不再运动，扭转弹簧（3-11）的预紧力矩仍然对压紧支架（3-3）起压紧作用，锁定孔仍然对锁紧柱（3-15）起限制作用。

3.根据权利要求2所述的一种二维矢量调节机构，其特征在于：所述的压紧支架（3-3）的脚部有过锁定位置的卡死保护功能，当出现锁紧柱（3-15）的球面柱头没有陷入支架轴承座（3-5）锁定孔的情况，也即到位锁定功能失效时，压紧支架（3-3）在扭转弹簧（3-11）的预紧力矩作用下继续旋转，直到其脚部卡死在矢量调节机构固定板上，整个装置停止运动。

4.根据权利要求3所述的一种二维矢量调节机构，其特征在于：所述的支架轴承座（3-5）锁定孔为锥面锁定孔。

5.根据权利要求1所述的一种二维矢量调节机构，其特征在于：所述的十字轴万向节（4）又包括大连接支架（4-1）、小连接支架（4-2）、左轴承座（4-3）、轴承外锁紧圈（4-4）、轴承内锁紧圈（4-5）、十字轴（4-6），轴承（4-7）、右轴承座（4-8）、旋转变压器定子（4-9）和旋转变压器转子（4-10）；所述十字轴万向节（4）的大连接支架（4-1）通过连接架（2）与活动板（1）相连进而控制活动板（1）的运动，小连接支架（4-2）通过立柱（6）与固定板（5）相连；十字轴万向节（4）的十字轴（4-6）为一体式结构，在两个方向上分别伸出长轴和短轴，长轴和短轴为中空轴，长短轴中间连接结构为立方体结构；长短轴两端分别通过大连接支架（4-1）和小连接支架（4-2）的同轴孔，并通过轴承（4-7）与左轴承座（4-3）、右轴承座（4-8）装配成一体，左轴承座（4-3）和右轴承座（4-8）分别与大连接支架（4-1）和小连接支架（4-2）固定在一起，长短轴的两端分别通过轴承外锁紧圈（4-4）和轴承内锁紧圈（4-5）将轴承（4-7）在轴向的位置锁紧固定使得大连接支架（4-1）和小连接支架（4-2）可以分别绕十字轴（4-6）的长轴轴线和短轴轴线进行旋转，旋转变压器定子（4-9）固定在右轴承座（4-8）上，旋转变压器转子（4-10）直接安装在与右轴承座（4-8）同测的长短轴一端十字轴万向节（4）的旋转变压器定子（4-9）和旋转变压器转子（4-10）进行活动板（1）旋转角度监测。

6.根据权利要求5所述的一种二维矢量调节机构，其特征在于：所述十字轴万向节（4）的十字轴（4-6）与大连接支架（4-1）、小连接支架（4-2）的装配形式如下：先将大连接支架（4-1）、小连接支架（4-2）上面的同轴孔分别装入十字轴（4-6）的长轴和短轴，之后再把左轴承座（4-3）和右轴承座（4-8）装配到大连接支架（4-1）和小连接支架（4-2）上，然后进行两对轴承的装配并锁紧，这时十字轴（4-6）已经可以相对大连接支架（4-1）和小连接支架（4-2）进行旋转，最后分别将旋转变压器转子（4-10）和旋转变压器定子（4-9）装配到十字轴（4-6）和右轴承座（4-8）上。

7.根据权利要求5所述的一种二维矢量调节机构，其特征在于：所述十字轴万向节（4）大连接支架（4-1）和小连接支架（4-2）为相似形状的U型支架，大连接支架（4-1）和小连接支架（4-2）的两个立板开有同轴孔。

8.根据权利要求1所述的一种二维矢量调节机构，其特征在于：所述丝杠导轨驱动组件（7）又包括左轴承支座（7-1）、轴承（7-2）、套筒（7-3）、导轨副（7-4）、滚珠丝杠副（7-5）、右轴承支座（7-6）和电机（7-7）；导轨副（7-4）又包括滑块和导轨，滚珠丝杠副（7-5）又包括丝杠和螺母；所述推力杆支撑组件（8）又包括上关节轴承座（8-1）、关节轴承（8-2）、关节轴承轴（8-3）、推力杆（8-4）、关节轴承端盖（8-5）和下关节轴承座（8-6）；

所述丝杠导轨驱动组件（7）的电机（7-7）固定在右轴承支座（7-6）上，左轴承支座（7-1）和右轴承支座（7-6）固定在固定板（5）上，电机（7-7）的轴与滚珠丝杠副（7-5）的丝杠连接，导轨副（7-4）的滑块与滚珠丝杠副（7-5）的螺母固连，导轨副（7-4）的导轨固定在套筒（7-3）上，套筒（7-3）的两端固定在左轴承支座（7-1）和右轴承支座（7-6）上并随之固定在固定板（5）上，滚珠丝杠副（7-5）的丝杠两端通过轴承（7-2）分别装配在左轴承支座（7-1）和右轴承支座（7-6）上；在电机（7-7）的带动下，滚珠丝杠副（7-5）的螺母可在丝杠上做直线运动，导轨副（7-4）用来限制滚珠丝杠副（7-5）螺母的径向转动；

所述推力杆支撑组件（8）的上关节轴承座（8-1）一端与活动板（1）相连，另一端的下关节轴承座（8-6）与丝杠导轨驱动组件（7）中的滚珠丝杠副（7-5）的螺母相连，推力杆（8-4）的两端通过两个关节轴承轴（8-3）与关节轴承（8-2），两个关节轴承（8-2）又分别固定在上关节轴承座（8-1）和下关节轴承座（8-6），关节轴承（8-2）可提供给推力杆（8-4）两个自由度的运动支撑，关节轴承端盖（8-5）固定在推力杆（8-4）用来保护关节轴承（8-2）；

指向调节状态：展开解锁之后，活动板（1）处于自由调节状态，电机（7-7）的旋转运动通过导轨副（7-4）和滚珠丝杠副（7-5）变换为下关节轴承座（8-6）的直线运动，直线运动通过两套关节轴承（8-3）与（8-2）变换成两个球关节运动进而推动推力杆（8-4）的空间运动，推力杆（8-4）的空间运动驱动活动板（1）的二维运动，活动板（1）沿十字轴万向节（4）长短轴轴向方向旋转。