CN105366078B - 一种适用于卫星对接环对接的抱紧式捕获装置 - Google Patents

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

一种适用于卫星对接环对接的抱紧式捕获装置

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 (6)

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；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。

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。

3.一种如权利要求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：所述十字销轴(5)一端的十字形结构的三个自由端连接有滚轮。

4.一种如权利要求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。

5.一种如权利要求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：所述的抱紧机构为三组，以120°等角距分布在圆环支架上。

6.一种如权利要求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。