CN105366078A - 一种适用于卫星对接环对接的抱紧式捕获装置 - Google Patents
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Abstract
一种适用于卫星对接环对接的抱紧式捕获装置,包括圆环支架、压紧部件(1)、运动转接件(2)、固定于圆环支架上的平移导轨(3)、转动座(4)和十字销轴(5);压紧部件(1)和运动转接件(2)配合,相对运动转接件(2)做径向运动,使抱紧部抱紧目标卫星的对接环,运动转接件(2)和平移导轨(3)配合,相对于平移导轨(3)做轴向运动,拉近目标卫星;十字销轴(5)一端固定在转动座(4)上,另一端在压紧部件(1)上的曲线槽中运动;转动座(4)带动十字销轴(5)周向运动,曲线槽的形状使压紧部件(1)做径向或轴向运动。压紧部件曲线槽为复合结构,曲线槽的形状决定压紧部件径向运动和轴向运动,对装置的设计灵活方便。
Description
技术领域
本发明属于航天器在轨服务技术领域,特别涉及一种用于对目标卫星对接环对接的抱紧捕获装置。
背景技术
地球静止轨道(GEO)卫星在轨发生故障或失效后将造成空间资源的巨大浪费,对其抓捕、刚性连接后可实施维修或离轨等操作,使故障卫星载荷任务能力得以延续,或释放重要轨道资源,可取得十分重要的经济效益和社会效益。因此卫星对接机构的设计,是卫星捕获的核心部件,是影响对其能否进行正常修复的重要因素之一。
由于目前在轨和在研的GEO卫星并未针对接受在轨服务设计,不具备合作的对接接口。因此,结合对该类卫星的救援服务与离轨操作需求,需要采用机械臂、锥杆等方式的抓捕机构,建立两飞行器的软抓捕状态,同时设计锁紧与释放分离机构,在受到卫星翻滚和抓捕机构收回动作的动态环境下,完成两飞行器的进一步精确捕获和刚性连接,使两飞行器固连在一起,进而接管目标卫星的控制与推进,为故障卫星轨道救援、废弃卫星主动清除等任务做好准备。
目前,国外针对于高轨非合作卫星对接技术的典型研究项目包括美国FREND机械臂+可更换末端执行器方案、德国DEOS和欧洲SMART-OLEV锥杆式抓捕机构方案。其中,FREND机械臂+可更换末端执行器方案主要抓捕点仅限于承载结构,如太阳翼锁定点等,锥杆式抓捕机构主要针对GEO卫星通用的远地点发动机进行抓捕。但此类项目并没有描述完成抓捕动作后的刚性连接过程,而为了承受恶劣的力学环境,抓捕后的刚性连接又是实施维修或离轨等操作的必要条件。
卫星对接机构刚性连接前通常需要实施进一步的精确捕获动作,为刚性连接提供必要的位置条件。因此有必要设计一种对非合作目标卫星刚性连接前的捕获装置。
发明内容
本发明要解决的技术问题是:克服现有技术的不足,提供一种用于对目标卫星对接环对接的抱紧捕获装置。
本发明所采用的技术方案是:
一种适用于卫星对接环对接的抱紧式捕获装置,包括圆环支架和两组及以上抱紧机构;圆环支架与捕获卫星固定连接;抱紧机构包括压紧部件、运动转接件、平移导轨、转动座和十字销轴;平移导轨固定于圆环支架上,转动座绕圆环支架周向运动;压紧部件包括固定连接在一起的连接部与压紧板,连接部与运动转接件配合,相对运动转接件做径向运动,使压紧板抱紧或释放目标卫星对接环,运动转接件与平移导轨配合,相对于平移导轨轴向运动,使压紧板拉近或推远目标卫星对接环;压紧板为与对接环曲率相同的弧形板;连接部上有曲线槽,十字销轴一端固定在转动座上,另一端在曲线槽中运动;转动座带动十字销轴周向运动,十字销轴推动压紧部件沿运动转接件做径向运动,或推动压紧部件,由压紧部件带动运动转接件沿平移导轨做轴向运动。
所述曲线槽包括在轴向上平直,在径向上向背离轴心的方向倾斜的槽;在轴向上向上倾斜,在径向上平直的槽;在轴向上平直,在径向上向轴心的方向倾斜的槽,分别使压紧部件做径向抱紧、轴向拉近和径向释放的运动。
所述曲线槽的截面为十字形,所述十字销轴在曲线槽中运动的一端为十字形结构,与曲线槽的截面相配合。
所述十字销轴一端的十字形结构的三个自由端连接有滚轮。
所述压紧部件的连接部与运动转接件通过燕尾槽结构相配合。
所述的抱紧机构为三组,以120°等角距分布在圆环支架上。
所述的抱紧机构为三组,以120°等角距分布在圆环支架上。
本发明与现有技术相比的优点在于:
1)该抱紧对接装置由一套凸轮式传动机构(压紧部件1上的曲线槽相当于凸轮)顺序实现对接装置的径向和轴向运动,锁紧机理简单,结构上易于实现,操作方便,径向容差大。
2)压紧部件曲线槽为复合结构,可实现压紧部件的径向运动和轴向运动,曲线槽的形状和尺寸决定压紧部件径向运动和轴向运动的距离,对装置的设计灵活方便。
3)本发明中的抱紧对接装置除能够实现径向运动的抱紧动作外,还具备轴向运动能力,在抱紧目标卫星后,将捕获卫星与目标卫星拉近,为捕获目标后实施维修等操作提供便利条件。
4)本发明中的抱紧对接装置用于对目标卫星对接环的抱紧捕获,该装置采用周边式结构,从目标卫星的四周进行抱紧操作,避开目标卫星的关键部件,如远地点发动机;压紧板为与对接环曲率相同的弧形板,充分利用非合作目标卫星对接环的外部特征。
5)该抱紧对接装置适用于非合作目标卫星对接环,如1194mm直径的对接环,经适应性设计还可适用于其它直径的卫星对接环,设计上具有很强的灵活性,而且目标卫星发动机喷管不影响对接效果。
6)压紧部件的连接部与运动转接件通过燕尾槽结构相配合,精度高、可靠性高。
7)本发明的压紧装置以120°等角距分布固定在圆环支架上,受力更均匀,使抱紧式捕获的可靠性更高。
附图说明
图1是本发明中对接环抱紧捕获装置安装位置示意图;
图2是本发明中抱紧装置的结构示意图;
图3是本发明中压紧部件曲线槽的俯视图;
图4是本发明中压紧部件曲线槽的正视图;
图5是本发明中压紧部件的示意图;
图6是本发明中运动转接件的示意图;
图7是本发明中平移导轨的示意图;
图8是本发明中转动座的示意图;
图9是本发明中十字销轴的示意图;
图10是本发明压紧部件截面的示意图。
具体实施方式
如图1、图2所示,一种适用于卫星对接环的抱紧式捕获装置,包括圆环支架和两组以上抱紧机构;圆环支架与捕获卫星固定连接;抱紧机构包括压紧部件1、运动转接件2、平移导轨3、转动座4、十字销轴5,均由铝合金材料制成,抱紧机构安装在圆环支架的上表面和侧面,用于抱紧目标卫星的对接环,为后续刚性连接提供必要条件。本实施例中,抱紧机构以120°等角距分布固定在圆环支架上,共三组。平移导轨3固定于圆环支架上,转动座4能够绕圆环支架周向运动。如图5所示,压紧部件1分为连接部和压紧板。如图6所示,连接部位于运动转接件2内,连接部和运动转接件2通过燕尾槽结构相配合,连接部相对运动转接件2做径向运动,两者采用间隙配合,实现压紧板对对接环的抱紧。压紧板与目标卫星对接环有相同曲率。如图7所示,运动转接件2与平移导轨3配合,相对于平移导轨3做轴向运动,使压紧板拉近或推远目标卫星。平移导轨3通过螺钉固定在圆环支架上表面对应凹槽内,作为运动转接件2轴向运动的直线导轨。压紧部件1的连接部上有曲线槽,曲线槽为复合结构,可实现压紧部件1的径向运动和轴向运动,曲线槽的形状和尺寸决定压紧部件径向运动和轴向运动的距离。图3为压紧部件1的俯视图,图4为正视图。
如图9所示,十字销轴由主轴51、滚轮固定螺栓52、第一滚轮53、第二滚轮54、第三滚轮55、销轴固定螺栓56等组成。
销轴固定螺栓56在主轴51的一端,将主轴51与转动座4固定连接,主轴51的另一端固定连接有第一滚轮53。滚轮固定螺栓52固定连接于主轴51的连接有第一滚轮53的一侧,与主轴51相互垂直,构成“十”字形结构。第二滚轮54与第三滚轮55分别连接于滚轮固定螺栓52的两侧。
主轴51连接有第一滚轮53的一侧在压紧部件1的曲线槽中运动,曲线槽截面为镂空的十字形孔,如图10所示。第二滚轮54与第三滚轮55分别在上下两个槽滚动,第一滚轮53在靠近压紧板一侧的槽中滚动。
如图3、图4所示,曲线槽在包括4段,第一段6在轴向上平直,在径向上向背离轴心的方向倾斜;第二段7在轴向上向上倾斜,在径向上平直;第三段8在轴向上平直,在径向上向轴心的方向倾斜;第四段9在轴向上平直,在径向上平直,为空程,用于配合装置其他部件的动作。各段的倾斜角度影响压紧部件1相应的运动速度。在第一段6的纵向长度决定了压紧部件向轴心方向的径向运动距离,曲线槽第三段8的纵向长度决定了压紧部件离开轴心方向的径向运动距离,曲线槽二段的纵向长度决定了压紧部件轴向运动距离。
十字销轴5的运动速度也影响压紧部件1的运动速度;转动座4通过销螺钉固定于圆环支架侧面的旋转运动机构上;旋转运动机构转动带动转动座4和十字销轴5周向运动,在十字销轴5的作用下,压紧部件1沿运动转接件2做径向运动,实现对对接环的抱紧,运动转接件2沿平移导轨3做轴向运动,实现压紧部件1沿对接环轴向位移。转动座4如图8所示。
旋转运动机构带动转动座4上固定的十字销轴5沿压紧部件1曲线槽第一段6运动,压紧部件1在十字销轴5带动下,沿着运动转接件2滑动向轴心做径向移动,压紧部件1将目标卫星的对接环向轴心抱紧,调整目标卫星的方位,与服务卫星的轴线方向对齐;当目标卫星的对接环被压紧部件1抱紧后,十字销轴5继续在压紧部件1曲线槽第二段7运动,带动压紧部件1、运动转接件2和被压紧部件1抱紧的对接环沿平移导轨3向下做轴向运动;当需要释放目标卫星时,十字销轴5继续在压紧部件1曲线槽第三段8运动,压紧部件1在十字销轴5带动下,沿着运动转接件2滑动背离轴心做径向移动,压紧部件1将目标卫星释放。
本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知技术。
Claims (7)
1.一种适用于卫星对接环对接的抱紧式捕获装置,其特征在于:包括圆环支架和两组及以上抱紧机构;圆环支架与捕获卫星固定连接;抱紧机构包括压紧部件(1)、运动转接件(2)、平移导轨(3)、转动座(4)和十字销轴(5);平移导轨(3)固定于圆环支架上,转动座(4)绕圆环支架周向运动;压紧部件(1)包括固定连接在一起的连接部与压紧板,连接部与运动转接件(2)配合,相对运动转接件(2)做径向运动,使压紧板抱紧或释放目标卫星对接环,运动转接件(2)与平移导轨(3)配合,相对于平移导轨(3)轴向运动,使压紧板拉近或推远目标卫星对接环;压紧板为与对接环曲率相同的弧形板;连接部上有曲线槽,十字销轴(5)一端固定在转动座(4)上,另一端在曲线槽中运动;转动座(4)带动十字销轴(5)周向运动,十字销轴(5)推动压紧部件(1)沿运动转接件(2)做径向运动,或推动压紧部件(1),由压紧部件(1)带动运动转接件(2)沿平移导轨(3)做轴向运动。
2.一种如权利要求1所述的适用于卫星对接环对接的抱紧式捕获装置,其特征在于:所述曲线槽包括在轴向上平直,在径向上向背离轴心的方向倾斜的槽;在轴向上向上倾斜,在径向上平直的槽;在轴向上平直,在径向上向轴心的方向倾斜的槽,分别使压紧部件(1)做径向抱紧、轴向拉近和径向释放的运动。
3.一种如权利要求1或2所述的适用于卫星对接环对接的抱紧式捕获装置,其特征在于:所述曲线槽的截面为十字形,所述十字销轴(5)在曲线槽中运动的一端为十字形结构,与曲线槽的截面相配合。
4.一种如权利要求3所述的适用于卫星对接环对接的抱紧式捕获装置,其特征在于:所述十字销轴(5)一端的十字形结构的三个自由端连接有滚轮。
5.一种如权利要求1或2所述的适用于卫星对接环对接的抱紧式捕获装置,其特征在于:所述压紧部件(1)的连接部与运动转接件(2)通过燕尾槽结构相配合。
6.一种如权利要求1或2所述的适用于卫星对接环对接的抱紧式捕获装置,其特征在于:所述的抱紧机构为三组,以120°等角距分布在圆环支架上。
7.一种如权利要求3所述的适用于卫星对接环对接的抱紧式捕获装置,其特征在于:所述的抱紧机构为三组,以120°等角距分布在圆环支架上。
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