CN104691782A - 多管组合螺旋式充气抓捕手 - Google Patents

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Abstract

一种多管组合螺旋式充气抓捕手，属于航天技术领域，解决了现有的空间目标抓捕机构存在的问题，它是螺旋形状的，它的螺旋半径由后端至前端递减；它包含外套管和内充气支撑芯管，在外套管内设置有多根内充气支撑芯管将外套管支撑，外套管和内充气支撑芯管均是螺旋形状的，外套管和内充气支撑芯管的螺旋半径均是由后端至前端递减，外套管和内充气支撑芯管的横截面半径均由后端至前端递减；相邻的内充气支撑芯管在相接处粘接，外套管与相接的内充气支撑芯管在相接处粘接；在外套管的螺旋形状的外侧设置有卷簧，卷簧展开的长度与外套管的长度相同，卷簧的外侧表面与外套管粘接，使外套管在充气前随卷簧向外侧卷曲，本发明用于抓捕空间大尺寸目标。

Description

多管组合螺旋式充气抓捕手
技术领域
本发明属于航天技术领域，具体涉及一种多管组合螺旋式充气抓捕手。
背景技术
对空间目标进行在轨操作和服务需要有抓捕机构完成目标的在轨抓捕、释放及相对固定等操作；现有的空间目标抓捕机构主要采用机械式手爪机构，针对空间大尺寸非合作目标，包括未安装合作抓持机构的己方飞行器；己方装置合作部件发生故障或失效卫星；对方航天器；空间大尺寸碎片等的在轨抓捕，机械式手爪机构需具有较大的尺寸和较多的关节，增大了抓捕机构及其控制系统的复杂程度、整体质量和操作难度，降低了系统的可靠性，增加了制造和发射成本，而且容易对目标造成损伤。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的空间目标抓捕机构存在的上述问题，提供了一种多管组合螺旋式充气抓捕手，其技术方案如下：
一种多管组合螺旋式充气抓捕手，它是螺旋形状的，它的螺旋半径由后端至前端递减；它包含外套管和内充气支撑芯管，在外套管内设置有多根内充气支撑芯管将外套管支撑，外套管和内充气支撑芯管均是螺旋形状的，外套管和内充气支撑芯管的螺旋半径均是由后端至前端递减，外套管和内充气支撑芯管的横截面半径均由后端至前端递减；相邻的内充气支撑芯管在相接处粘接，外套管与相接的内充气支撑芯管在相接处粘接；在外套管的螺旋形状的外侧设置有卷簧，卷簧展开的长度与外套管的长度相同，卷簧的外侧表面与外套管粘接，使外套管在充气前随卷簧向外侧卷曲。
内充气支撑芯管采用柔性复合材料，内充气支撑芯管的管壁由内到外依次为气密层和承力层，气密层材料为丁基橡胶薄膜材料，保证抓捕手内充气压力的稳定性；承力层材料为芳纶纤维复合材料，是承担抓捕手充气压力的主要结构；外套管的管壁位于其螺旋形状的外侧部分采用柔性复合材料，在外套管的柔性复合材料部分的外侧设置有加热层，加热层为电热丝，保证在空间低温条件下外套管内部气压的稳定性及材料性能；在外套管螺旋形状内侧的管壁部分采用弹性复合材料，弹性复合材料由内到外依次为编织层和防滑层，编织层采用橡胶条编织，使编织层在各个方向上均可以弹性伸缩，或采用橡胶条与芳纶纤维编织，橡胶条沿外套管的周向设置，芳纶纤维沿外套管的轴向设置，使编织层仅可以沿外套管的周向伸缩；防滑层采用防滑橡胶材料，防滑层直接与目标接触，用来增大与目标体接触面的摩擦力，防止目标滑脱。
在每根内充气支撑芯管的后端均设置有气嘴，可以与充放气控制系统连接，分别控制每根内充气支撑芯管单独进行充放气。
本发明的有益效果为：可对较大尺寸的非合作目标进行抓捕；不需配合安装在目标体上的抓持机构；抓捕形式灵活；可从多个部位上进行目标的抓捕，抓捕过程可靠；对于目标的形状及尺寸有极大的适应能力；抓捕目标后抓捕手在充气压力作用下具有足够刚度，且抓捕手采用变截面结构，进一步增大抓捕手刚度，从而使得抓捕手与被抓目标间形成硬连接，易于对目标进行移动、固定等操作；通过充气和放气控制抓捕过程，控制方式简单可靠，发射体积小、重量轻；抓捕时可先对位于外侧的内充气支撑芯管充气，提高抓紧力、抓的更牢固；充气抓捕手可自动卷曲折叠，可实现目标的释放和多次抓捕；增加收缩层，可使得抓捕手内侧管在缠绕过程中处于收缩状态，拓展了被抓捕目标的尺寸范围；抓捕手采用柔性复合材料,不会对目标造成损伤。
附图说明：
图1是本发明的外部结构示意图；
图2是本发明的内部结构示意图；
图3是内充气支撑芯管的管壁结构示意图；
图4是外套管的管壁结构示意图；
图5是仅对位于外侧的内充气支撑芯管充气时的状态示意图；
图6是编织层采用橡胶条与芳纶纤维编织的示意图。
具体实施方式：
参照图1、图2、图3、图4、图5和图6，一种多管组合螺旋式充气抓捕手，它是螺旋形状的，它的螺旋半径由后端至前端递减；它包含外套管1和内充气支撑芯管2，在外套管1内设置有多根内充气支撑芯管2将外套管1支撑，外套管1和内充气支撑芯管2均是螺旋形状的，外套管1和内充气支撑芯管2的螺旋半径均是由后端至前端递减，外套管1和内充气支撑芯管2的横截面半径均由后端至前端递减；相邻的内充气支撑芯管2在相接处粘接，外套管1与相接的内充气支撑芯管2在相接处粘接；在外套管1的螺旋形状的外侧设置有卷簧3，卷簧3展开的长度与外套管1的长度相同，卷簧3的外侧表面与外套管1粘接，使外套管1在充气前随卷簧3向外侧卷曲。
内充气支撑芯管2采用柔性复合材料，内充气支撑芯管2的管壁由内到外依次为气密层2-1和承力层2-2，气密层2-1材料为丁基橡胶薄膜材料，保证抓捕手内充气压力的稳定性；承力层2-2材料为芳纶纤维复合材料，是承担抓捕手充气压力的主要结构；外套管1的管壁位于其螺旋形状的外侧部分采用柔性复合材料，在外套管1的柔性复合材料部分的外侧设置有加热层1-1，加热层1-1为电热丝，保证在空间低温条件下外套管1内部气压的稳定性及材料性能；在外套管1螺旋形状内侧的管壁部分采用弹性复合材料，弹性复合材料由内到外依次为编织层1-2和防滑层1-3，编织层1-2采用橡胶条1-2-1编织，使编织层在各个方向上均可以弹性伸缩，或采用橡胶条1-2-1与芳纶纤维1-2-2编织，橡胶条1-2-1沿外套管1的周向设置，芳纶纤维1-2-2沿外套管1的轴向设置，使编织层仅可以沿外套管1的周向伸缩；防滑层1-3采用防滑橡胶材料，防滑层1-3直接与目标接触，用来增大与目标体接触面的摩擦力，防止目标滑脱。
在每根内充气支撑芯管2的后端均设置有气嘴，可以与充放气控制系统连接，分别控制每根内充气支撑芯管2单独进行充放气。
使用方法及原理：将本多管组合螺旋式充气抓捕手的后端与飞行器的机械伸缩臂连接，气嘴与充放气设备连接，加热层1-1与加热控制电路连接，在无充气压力状态下，卷簧3驱动本多管组合螺旋式充气抓捕手卷曲折叠；对目标进行抓捕时，利用充放气设备对内充气支撑芯管2充气，充气压力驱动本多管组合螺旋式充气抓捕手逐渐螺旋式展开对目标进行缠绕抓捕，由于本多管组合螺旋式充气抓捕手是螺旋形状的，它的螺旋半径由后端至前端递减，所以抓捕目标的外形尺寸在本多管组合螺旋式充气抓捕手的前端螺旋半径和后端螺旋半径之间的范围内均可以被牢固缠绕；也可以先对位于外侧的内充气支撑芯管2充气，抓住目标后再对位于内侧的内充气支撑芯管2充气，可以抓的更牢固，能更牢固的抓紧目标；需要释放目标时，对内充气支撑芯管2进行放气，在卷簧3的作用下，驱动本多管组合螺旋式充气抓捕手卷曲回缩，将目标释放。

Claims (3)

1.一种多管组合螺旋式充气抓捕手，其特征在于它是螺旋形状的，它的螺旋半径由后端至前端递减；它包含外套管(1)和内充气支撑芯管(2)，在外套管(1)内设置有多根内充气支撑芯管(2)将外套管(1)支撑，外套管(1)和内充气支撑芯管(2)均是螺旋形状的，外套管(1)和内充气支撑芯管(2)的螺旋半径均是由后端至前端递减，外套管(1)和内充气支撑芯管(2)的横截面半径均由后端至前端递减；相邻的内充气支撑芯管(2)在相接处粘接，外套管(1)与相接的内充气支撑芯管(2)在相接处粘接；在外套管(1)的螺旋形状的外侧设置有卷簧(3)，卷簧(3)展开的长度与外套管(1)的长度相同，卷簧(3)的外侧表面与外套管(1)粘接，使外套管(1)在充气前随卷簧(3)向外侧卷曲。
2.如权利要求1所述一种多管组合螺旋式充气抓捕手，其特征在于内充气支撑芯管(2)采用柔性复合材料，内充气支撑芯管(2)的管壁由内到外依次为气密层(2-1)和承力层(2-2)，气密层(2-1)材料为丁基橡胶薄膜材料；承力层(2-2)材料为芳纶纤维复合材料；在外套管(1)螺旋形状内侧的管壁部分采用弹性复合材料，在外套管(1)的柔性复合材料部分的外侧设置有加热层(1-1)，加热层(1-1)为电热丝；外套管(1)的管壁位于其螺旋形状的内侧部分采用弹性复合材料，弹性复合材料由内到外依次为编织层(1-2)和防滑层(1-3)，编织层(1-2)采用橡胶条(1-2-1)编织，或采用橡胶条(1-2-1)与芳纶纤维(1-2-2)编织，橡胶条(1-2-1)沿外套管(1)的周向设置，芳纶纤维(1-2-2)沿外套管(1)的轴向设置；防滑层(1-3)采用防滑橡胶材料。
3.如权利要求1所述一种多管组合螺旋式充气抓捕手，其特征在于在每根内充气支撑芯管(2)的后端均设置有气嘴。
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