CN104335703B - 对接锁系装置 - Google Patents
对接锁系装置Info
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Abstract
本发明涉及航天飞行器设备中的对接锁系装置，所要解决的技术问题是提供一种对接锁系装置，能实现两个空间飞行器之间的刚性连接、保持连接和安全分离。对接锁系装置主要由环状框架和设置在框架圆周上的两组对接锁组成，每组对接锁主要由与对接锁驱动组合(1)直接连接的一个主动锁(2)和若干从动锁(3)组成；所述主动锁(2)和若干从动锁(3)间隔均匀分布在框架圆周上；所述主动锁(2)受对接锁驱动组合(1)的直接驱动；所述从动锁(3)与主动锁(2)之间以及从动锁(2)之间通过钢索组件(4)连接，以实现同步联动。本发明具有结构简单紧凑、重量轻、能够同步运动、传动效率高、连接和分离可靠、安全性高等有益效果。
Description
技术领域
本发明涉及航天飞行器设备，尤其是两个飞行器之间实现刚性连接、保持连接和安全分离的空间对接机构的对接锁系装置。
背景技术
对接锁系装置是空间对接机构的重要组成部分，其用于两个飞行器之间实现刚性连接、保持连接和安全分离。通过对接锁系装置的相互作用，使两飞行器之间产生或解除连接力，实现刚性连接和分离。
对接机构有锥杆式和周边式两种构型。锥杆式对接机构一般采用“导杆头-锥孔”结构方式。在空间交会中，一航天器主动靠近另一航天器进行对接，前者在对接中是主动的，它的捕获装置采取“导杆头”形式，中央有一导引杆；后者在对接中是被动的，它的捕获装置采取“锥孔”形式。对接时导引杆使两航天器的捕获装置精确对准，“导杆头”插入“锥孔”，捕获机构自动锁紧，完成捕获。这种“导杆头-锥孔”结构方式的对接机构的缺点是：对接成功后“导杆头”和“锥孔”位于过渡通道上，不便于航天员或货物的通过；另外，在应用中需要主、被动两种机构成对使用，不具有异体同构性，通用性差。因此，提出了周边式对接机构的概念：它的主要优点是：追踪飞行器和目标飞行器采用构型完全一样的对接机构，因此无主动和被动之分；另外对接机构的所有部件均放置在周边而将航天器的中心位置留出来作为过渡通道。不管是锥杆式还是周边式对接机构在完成两个空间飞行器的捕获后，都必须使用对接锁系装置进行刚性连接，来实现密封和提供较大的连接刚度。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题是提供一种锥杆式和周边式构型的对接锁系装置，其结构简单紧凑，能很好地实现两个空间飞行器之间的刚性连接、保持连接和安全分离。
为解决以上技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
对接锁系装置，其特征在于：其主要由环状框架和设置在框架圆周上的两组对接锁组成，每组对接锁主要由与对接锁驱动组合1直接连接的一个主动锁2和若干从动锁3组成；所述主动锁2和若干从动锁3间隔均匀分布在框架圆周上；所述主动锁2受对接锁驱动组合1的直接驱动；所述从动锁3与主动锁2之间以及从动锁2之间通过钢索组件4连接，以实现同步联动。
所述的对接锁驱动组合1为双电机热备份结构；其主要包括壳体9、电机5、安全离合器6、单向传动机构7和减速器8；每条传动线路上各安装一个安全离合器6和一个单向传动机构7；安全离合器6、单向传动机构7和减速器8封装在对接锁驱动组合1的壳体9的内部，电机安装在壳体9外部。
所述的主动锁2和从动锁3主要包括壳体10、以及安装在同一壳体10中的主动锁钩组件和被动锁钩组件；所述主动锁钩组件设置在壳体10右侧，其主要包括偏心轴11、绳轮12、主动锁钩13；所述偏心轴11安装在壳体10右侧，所述偏心轴11上安装有绳轮12，绳轮12与主动锁钩13连接；所述被动锁钩组件设置在壳体10左侧；其主要包括碟形弹簧14、被动锁钩15；碟形弹簧14安装在壳体10左侧，碟形弹簧14与被动锁钩15连接；主动锁钩13与被动锁钩15上都连接用于应急分离的爆炸螺栓16，壳体10上还安装有解锁传感器17和锁定传感器18；主动锁2上还安装有锁钩位置传感器19。
每个绳轮12上具有两条沟槽，用来缠绕两套钢索组件4，安装于上端的钢索组件4缠绕在外侧的钢索沟槽内，安装于下端的钢索组件4缠绕在内侧的钢索沟槽内。
在其中一组对接锁的主动锁2、从动锁3的壳体10的左下方安装有左滑轮支架组件20，右下方安装有右滑轮支架组件21，组件上安装有滑轮22，滑轮22的外周与钢索组件4滑动连接。
所述的钢索组件4包括钢索23、连接套24、螺母25；钢索23的两端分别连接有连接套24，连接套24端部具有螺纹段，螺母25可在其上来回运动，调整各段钢索的张力、绳轮12的转角、以及主动锁钩13的运动同步性；钢索组件4的两端分别安装在属于同一组对接锁的相邻的绳轮12上。
本发明带来以下有益效果：
本发明采用低延伸率的钢索组件将一组对接锁的绳轮串连在一起形成一个闭合的刚柔多体系统，来实现力和位移的机械传递，实现一组对接锁中位于框架不同圆周位置的各个主动锁钩的同步运动。本发明设计了安全离合器和单向传动机构，保证了连接和分离可靠；同时设计了爆炸螺栓，保证了安全性高。本发明对传动链中受力零件进行了大承载力设计，使得其具有较高的强度和刚度，并在对接锁中安装碟形弹簧，从而保证了能够提供重载荷的连接力。因此，本发明达到了结构简单紧凑、重量轻、能够同步运动、传动效率高、连接和分离可靠、安全性高等有益效果，各项试验证明本发明空间对接机构对接锁系能够长期处于真空环境、在温度范围±50℃的条件下平稳工作，同时完成空间两个独立的相互之间的刚性连接、保持连接和安全分离，能够提供360～444kN的连接力，实现一组对接锁的同步运动。
附图说明
图1是本发明对接锁系装置的布局图；
图2是图1中一组对接锁沿周向的展开结构视图；
图3是图1中一套对接锁驱动组合的剖视图；
图4是图1中一套安装左、右滑轮支架组件对接锁的正视结构视图；
图中附图标记：1为对接锁驱动组合；2为主动锁；3为从动锁；4为钢索组件；5为电机；6为安全离合器；7为单向传动机构；8为减速器；9为对接锁驱动组合的壳体、10为主动锁或从动锁壳体；11为偏心轴；12为绳轮；13为主动锁钩；14为碟形弹簧；15为被动锁钩；16为爆炸螺栓；17为解锁传感器；18为锁定传感器；19为锁钩位置传感器；20为左滑轮支架组件；21为右滑轮支架组件；22为滑轮；23为钢索；24为连接套；25为螺母。
具体实施方式：
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1是本发明对接锁系装置的布局图。它包括对接锁驱动组合1、一套主动锁2、五套从动锁3和钢索组件4。在其他实施场合，从动锁可以为三套或四套。对接锁驱动组合1是对接锁系的驱动源，提供动力，它与主动锁2直接连接。钢索组件4将一套主动锁2和五套从动锁3之间连接在一起，形成一个闭合传动链，使得六套锁的主动锁钩13能够由对接锁驱动组合1驱动实现同步运动。一套主动锁2和五套从动锁3都是执行机构，构成一组对接锁，均匀分布在圆周上，且在同一圆周上可以分布上述两组对接锁。
图2是图1中一组对接锁沿周向的展开结构视图；如图2所示，主动锁2和从动锁3主要包括壳体10、以及安装在同一壳体10中的主动锁钩组件和被动锁钩组件；壳体10与飞行器固定安装。主动锁2和从动锁3上都安装有绳轮12，不仅与对接锁的主动锁钩13连接，而且与钢索组件4连接，用于实现对接锁的驱动力和位移的传递；绳轮12上设计有两条沟槽，用来缠绕两套钢索组件4，安装于上端的钢索组件4缠绕在外侧的钢索沟槽内，安装于下端的钢索组件4缠绕在内侧的钢索沟槽内，用于实现一个闭合的刚柔多体传动系统；钢索组件4包括钢索23、连接套24、螺母25；钢索23的两端分别连接有连接套24，连接套24端部具有螺纹段，螺母25可在其上来回运动，通过调整螺母25，调整各段钢索的张力、绳轮12的转角，以及主动锁钩13的运动同步性；钢索组件4的两端分别安装在属于同一组对接锁的相邻的绳轮12上。
图3是图1中一套对接锁驱动组合的剖视图。图3所示，上述的对接锁驱动组合1包括：壳体9、电机5、安全离合器6、单向传动机构7和减速器8，采用双电机热备份方案，以提高工作的可靠性。电机5提供动力；安全离合器6对电机5提供过载保护，在负载过大时，安全离合器6打滑，从而保护电机5不被破坏；单向传动机构7只允许执行机构正向传递运动和扭矩，在逆向传动时起卡死的作用，对接锁停留在电机5停止时的位置；由齿轮组组成的减速器8将电机5的转速降低、将扭矩增大。每条传动线路上各安装一个安全离合器6和一个单向传动机构7。安全离合器6、单向传动机构7和减速器8封装在壳体9内部，电机5安装在壳体9外部。
图4是图1中一套安装有左、右滑轮支架组件的对接锁的正视图。分布在同一圆周上的两组对接锁，其中一组上安装左滑轮支架组件20和右滑轮支架组件21；另一组上不安装左、右滑轮支架组件。
如图4所示，主动锁2和从动锁3包括：壳体10、以及安装在同一壳体10中的主动锁钩组件和被动锁钩组件。主动锁钩组件设置在壳体右侧，其主要包括偏心轴、绳轮、主动锁钩。偏心轴11安装在壳体10右侧，其有4mm的偏心，可以实现沿轴向的运动，偏心轴11上安装有绳轮12，绳轮12与主动锁钩13连接。被动锁钩组件设置在壳体左侧；其主要包括碟形弹簧14、被动锁钩15。碟形弹簧14安装在壳体10左侧，能够提供30～37kN重载荷，碟形弹簧14与被动锁钩15连接。主动锁钩13与被动锁钩15上都连接爆炸螺栓16，爆炸螺栓16爆炸时主动锁钩13与被动锁钩15旋转，之间的连接解除，壳体10上还安装有解锁传感器17和锁定传感器18，当对接锁运动到解锁位置和锁定位置时，传感器发出电信号，主动锁2上安装有锁钩位置传感器19，用于连续测量主动锁2的主动锁钩13的角度；左滑轮支架组件20和右滑轮支架组件21与壳体10连接，分别安装于壳体10的左下方和右下方，用于实现传动方向的改变，其上安装有滑轮22，滑轮22的外周与钢索组件4滑动连接，滑轮22的位置用于实现改变钢索组件4的运动方向。
下面结合一个实施例对本发明空间对接机构对接锁系装置进行描述。
本实施例以载人运输飞船和目标对接机构对接锁系作试验。但是，应当指出，本发明并不局限于这种类型的实施例，而是还包括由所附的权利要求书中规定的原理所包括的其它技术。
本发明对接锁系实施刚性连接的过程如下：一套主动锁2和五套从动锁3上的六个绳轮12通过六套钢索组件4上的钢索23、连接套24和螺母25连接在一起，形成一个闭合传动链。壳体10与飞行器固定安装，其上固定的左滑轮支架组件20和右滑轮支架组件21上安装有滑轮22，其位置用于实现改变钢索组件4的运动方向，钢索组件4上的钢索23压在12的沟槽中运动。当两个飞行器相互接近到一定距离时，载人运输飞船的对接锁驱动组合1上的电机5顺时针转动，动力通过安全离合器6、单向传动机构7和减速器8传递到主动锁2的绳轮12上，带动与绳轮12连接的偏心轴11顺时针转动，并通过钢索组件4带动从动锁3的绳轮12旋转，使得与其连接的偏心轴11也顺时针旋转，最终使一组对接锁的6把主动锁钩13实现同步运动，主动锁钩13沿轴向拉紧目标对接锁系上相对应的与碟形弹簧14连接的被动锁钩15，克服对接面上的阻力，将两飞行器拉紧，直到对接锁锁定传感器18发出电信号，停止电机5的驱动，完成刚性连接。同时主动锁2上的锁钩位置传感器19传送电信号用于地面监测。
本发明对接锁系实施保持连接的过程如下：对接锁系完成刚性连接后，提供两飞行器的刚性连接力为360～444kN，此连接力克服通道内压和外部载荷作用，确保连接可靠，漏率满足总体要求。
本发明对接锁系实施安全分离的过程如下：载人运输飞船的对接锁驱动组合1上的电机5逆时针转动，动力通过安全离合器6、单向传动机构7和减速器8传递到主动锁2的绳轮12上，带动与绳轮12连接的偏心轴11逆时针转动，并通过钢索组件4带动从动锁3的绳轮12旋转，使得与其连接的偏心轴11也逆时针旋转，最终使一组对接锁的六把主动锁钩13实现同步运动，主动锁钩13沿轴向松开目标对接锁系上相对应的与碟形弹簧14连接的被动锁钩15，随后主动锁钩13摆开一定的角度，同时释放被动锁钩15，连接解除，在两飞行器对接面之间的分离推杆的作用下，两飞行器实现分离，直到对接锁解锁传感器17发出电信号，停止电机5的驱动，完成安全分离。如果电动解锁失败，分别起爆与主动锁钩13和被动锁钩15连接的爆炸螺栓16，爆炸螺栓16爆炸时主动锁钩13与被动锁钩15旋转，使得锁钩之间的连接解除，完成应急分离。
Claims (3)
1.
对接锁系装置，其特征在于：其主要由环状框架和设置在框架圆周上的两组对接锁组成，每组对接锁主要由与对接锁驱动组合(1)直接连接的一个主动锁(2)和若干从动锁(3)组成；所述主动锁(2)和若干从动锁(3)间隔均匀分布在框架圆周上；所述主动锁(2)受对接锁驱动组合(1)的直接驱动；所述从动锁(3)与主动锁(2)之间以及从动锁(3)之间通过钢索组件(4)连接，以实现同步联动；
所述的对接锁驱动组合(1)为双电机热备份结构；其包括第一壳体(9)、电机(5)、安全离合器(6)、单向传动机构(7)和减速器(8)；每条传动线路上各安装一个安全离合器(6)和一个单向传动机构(7)；安全离合器(6)、单向传动机构(7)和减速器(8)封装在对接锁驱动组合(1)的第一壳体(9)的内部，电机(5)安装在第一壳体(9)外部；
所述的主动锁(2)、从动锁(3)包括第二壳体(10)、以及安装在同一第二壳体(10)中的主动锁钩组件和被动锁钩组件；所述主动锁钩组件设置在第二壳体(10)右侧，其包括偏心轴(11)、绳轮(12)、主动锁钩(13)；所述偏心轴(11)安装在第二壳体(10)右侧，所述偏心轴(11)上安装有绳轮(12)，绳轮(12)与主动锁钩(13)连接；所述被动锁钩组件设置在壳体左侧；其包括碟形弹簧(14)、被动锁钩(15)；碟形弹簧(14)安装在第二壳体(10)左侧，碟形弹簧(14)与被动锁钩(15)连接；主动锁钩(13)与被动
锁钩(15)上都连接用于应急分离的爆炸螺栓(16)，第二壳体(10)上还安装有解锁传感器(17)和锁定传感器(18)；主动锁(2)上还安装有锁钩位置传感器(19)；每个绳轮(12)上具有两条沟槽，用来缠绕两套钢索组件(4)，安装于上端的钢索组件(4)缠绕在外侧的钢索沟槽内，安装于下端的钢索组件(4)缠绕在内侧的钢索沟槽内。
2.按照权利要求1所述的对接锁系装置，其特征在于：在其中一组对接锁的主动锁(2)、从动锁(3)的第二壳体(10)的左下方安装有左滑轮支架组件(20)，右下方安装有右滑轮支架组件(21)，组件上安装有滑轮(22)，滑轮(22)的外周与钢索组件(4)滑动连接。
3.按照权利要求1所述的对接锁系装置，其特征在于：所述的钢索组件(4)包括钢索(23)、连接套(24)、螺母(25)；钢索(23)的两端分别连接有连接套(24)，连接套(24)端部具有螺纹段，螺母(25)可在其上来回运动，调整各段钢索的张力、绳轮(12)的转角、以及主动锁钩(13)的运动同步性；钢索组件(4)的两端分别安装在属于同一组对接锁的相邻的绳轮(12)上。
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