CN106428647A - 一种杆销式盲对准空间对接机构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种杆销式盲对准空间对接机构,外截顶圆锥和内截顶圆锥分别安装在两个航天器上,丝杠推杆一端为外螺纹,穿过法兰的中心孔与直螺纹套筒螺纹连接,且丝杠推杆侧壁的凸台与法兰中心孔内壁的轴向凹槽配合;丝杠推杆另一端为锥面;外截顶圆锥的锥面上开有径向通孔,销钉通过压缩弹簧安装在通孔内;内截顶圆锥内壁沿轴向有一环形凹槽,法兰固定在外截顶圆锥的底面上,直螺纹套筒转动时推动丝杠推杆在外截顶圆锥作轴向运动,推动销钉克服弹簧伸出外截顶圆锥外锥面与环形凹槽间隙配合。本发明能够双向主动对接,对接可靠性高,对接速度快,可重复工作。
Description
技术领域
本发明涉及一种空间对接机构,属于航天器在轨服务领域。
背景技术
近年来,随着空间科学技术的进步,探索未知星体以及开发外太空资源已经成为人类文明发展的重要方向。不论是空间在轨服务还是深空探测,经常会涉及到两个航天器的交会对接,目前国际上的航天器对接机构大致分为四种:环锥式、杆锥式、异体同构周边式、抓手碰撞锁式。环锥式是最早采用的对接机构,它由内截顶圆锥和外截顶圆锥组成,内截顶圆锥安装在一系列缓冲器上,能吸收冲击能量,美国的“双子星座”飞船之间就采用了这种方式。杆锥式与环锥式在本质上是相同的,这两种对接机构虽然结构简单可靠、质量轻,但也存在明显的缺点。带杆的航天器只能主动去靠近带锥的航天器,反过来则不行,这是不利于实施太空营救的。美国的“阿波罗”登月舱与指令舱之间,苏联“联盟”飞船与“礼炮”号空间站之间,“联盟TM”飞船与“和平”号空间站之间,都曾采用这种对接机构。为使航天员和货物能够直接通过对接通道实现转移,苏联和美国1975年共同研制出异体同构周边式对接机构,当两个航天器接近时,三块导向瓣分别插入对方的导向瓣间隙处,这种对接机构有效克服了杆锥式机构的缺点,但是多块导向瓣及其动作机构导致结构复杂,对接困难。欧空局研制的十字形对接机构与日本研制的三点式对接机构均属于抓手碰撞锁式机构,二者只是撞锁与连接器布局上的差别,这种对接机构都是无密封性能、无通道口的设计,仅适用于无人航天器的对接。
发明内容
为了克服现有技术的不足,本发明提供一种杆销式盲对准空间对接机构,能够双向主动对接,对接可靠性高。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种杆销式盲对准空间对接机构,包括直螺纹套筒、丝杠推杆、法兰、销钉、压缩弹簧、外截顶圆锥和内截顶圆锥。
所述的外截顶圆锥和内截顶圆锥分别安装在两个需要对接的航天器上,所述的丝杠推杆一端为外螺纹,穿过法兰的中心孔与直螺纹套筒螺纹连接,且丝杠推杆侧壁的凸台与法兰中心孔内壁的轴向凹槽配合,限制丝杠推杆的周向转动;丝杠推杆另一端为锥面;所述的直螺纹套筒固接在舵机的舵盘上;所述外截顶圆锥的锥面上开有径向通孔,销钉通过压缩弹簧安装在通孔内;所述的法兰固定在外截顶圆锥的底面上,直螺纹套筒转动时推动丝杠推杆在外截顶圆锥作轴向运动,推动销钉克服弹簧伸出外截顶圆锥外锥面或在弹簧作用下缩回通孔内;所述的内截顶圆锥内壁沿轴向有一环形凹槽,内截顶圆锥内壁与外截顶圆锥外锥面配合,销钉伸出外截顶圆锥外锥面时与环形凹槽间隙配合。
所述丝杠推杆的凸台有2个,对称分布在丝杠推杆外壁上。
所述法兰中心孔的凹槽与所述丝杠推杆的凸台为间隙配合。
所述的销钉有4个,均为柱形圆顶销钉,其一端有环形凸台,用于固定弹簧。
所述外截顶圆锥的锥面上开有4个径向通孔,沿周向均匀分布,孔径与销钉直径一致,径向通孔与销钉间隙配合,每个孔内靠近外锥面的一端都有环形凸台,用于支撑弹簧。
本发明的有益效果是:
(1)航天器既可以作为主动方,也可以作为被动方进行交会对接,这对实施太空营救是非常有利的。
(2)对接过程中不需要对销钉进行精确定位,而是以盲对准的方式将销钉插入内截顶圆锥内壁的环槽中压紧,从而同时实现轴向和周向锁紧,具有对接速度快、对接可靠性高、可重复工作等优点。
附图说明
图1是杆销式盲对准空间对接机构爆炸示意图;
图2是杆销式盲对准空间对接机构剖面示意图;
图3是杆销式盲对准空间对接机构对接前的示意图;
图4是杆销式盲对准空间对接机构对接后的示意图;
图5是杆销式盲对准空间对接机构外观示意图;
图中,1-直螺纹套筒,2-丝杠推杆,3-法兰,4-销钉,5-压缩弹簧,6-外截顶圆锥,7-内截顶圆锥。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明,本发明包括但不仅限于下述实施例。
本发明提供了一种新型的杆销式盲对准空间对接机构,包括主动对接机构和被动件,主动对接机构安装于追踪航天器上,被动件安装于目标航天器上。所述主动对接机构包括:直螺纹套筒1、丝杠推杆2、法兰3、销钉4、压缩弹簧5和外截顶圆锥6,被动件为内截顶圆锥7。
所述直螺纹套筒,其端面有4个沉头孔,一端通过螺丝固定在舵机的舵盘上,另一端与丝杠推杆通过螺纹连接。
所述丝杠推杆一端攻有螺纹,与直螺纹套筒实现螺纹配合,另一端为锥面,目的是改变力的传递方向,丝杠中间有两个较小的凸台,呈对称分布。
所述法兰中心孔的内壁上有两条贯穿的凹槽,凹槽的宽度与丝杠上凸台的宽度一致,深度与丝杠推杆上凸台的高度一致,凹槽与凸台为间隙配合。
所述销钉有4个,均为柱形圆顶销钉,其一端有环形凸台,用于固定弹簧。
所述外截顶圆锥,其锥面上开有4个孔,呈周向对称分布,孔径与销钉直径一致,二者为间隙配合,每个孔内靠近外锥面的一端都有环形凸台,用于支撑弹簧。
所述的内截顶圆锥内壁有一圆环形凹槽,圆环的宽度与销钉直径一致,二者为间隙配合。
如图1所示,该对接机构包括直螺纹套筒1、丝杠推杆2、法兰3、销钉4、压缩弹簧5、外截顶圆锥6和内截顶圆锥7,其中直螺纹套筒1、丝杠推杆2、法兰3、销钉4、压缩弹簧5、外截顶圆锥安装在跟踪航天器(主动方)上,内截顶圆锥7安装在目标航天器上(被动方)。
如图2所示,直螺纹套筒1的端面有4个沉头螺丝孔,一端通过螺丝固定在舵机的舵盘上,另一端与2通过螺纹连接;丝杠推杆2的一端攻有螺纹,与直螺纹套筒1实现螺纹配合,其另一端为锥面,目的是改变力的传递方向,中间有两个较小的凸台,呈对称分布;法兰3的中心孔的内壁上有两条贯穿的凹槽,凹槽的宽度与丝杠推杆2上面凸台的宽度一致,深度与丝杠推杆2上面凸台的高度一致,凹槽与凸台为间隙配合,通过此配合实现丝杠推杆2与法兰3的连接,目的是限制丝杠推杆2的周向运动,使丝杠推杆2只能沿着凹槽滑动;销钉4一共有4个,均为柱形圆顶销钉,其一端有环形凸台,用于固定压缩弹簧5;压缩弹簧5一端固定在销钉4,另一端自由放置于外截顶圆锥6的锥面孔处;外截顶圆锥6的锥面上开有4个孔,呈周向对称分布,孔径与销钉4上面的环形凸台外径一致,二者为间隙配合,每个孔内靠近外锥面的一端都有环形凸台,用于支撑压缩弹簧5;内截顶圆锥7的内壁有一圆环形凹槽,圆环的宽度与销钉4的直径一致,二者为间隙配合。
本发明的具体工作过程如下:
首先,如图3所示,对接前,舵机不动,因此直螺纹套筒1不动,丝杠推杆2的端面与直螺纹套筒1的端面保持平齐,丝杠推杆2柱面上的小凸台位于法兰3中心孔内壁凹槽的上端,此时,通过伺服电机驱动舵盘转动一个小角度,固定在舵盘上的直螺纹套筒1带动丝杠推杆2转动,由于周向运动被限制,因此丝杠推杆2只能沿着法兰3中心孔的凹槽向下滑动,销钉4在丝杠推杆2的锥面的作用力和压缩弹簧5的弹力作用下保持固定。然后,跟踪航天器在推力作用下主动靠近目标航天器,并在视觉导航的辅助下使得跟踪航天器上的外截顶圆锥6的端面和目标航天器上的内截顶圆锥7的端面大致对准。对准后,主动对接机构继续靠近目标航天器的对接口,外截顶圆锥6的外锥面沿着内截顶圆锥7的内壁滑动,直至二者完全靠紧。
当外截顶圆锥6与内截顶圆锥7完全靠紧时,如图4所示,此时,我们通过伺服电机驱动舵盘连续转动,销钉4在丝杠推杆2的推力作用下向孔外运动,直至插入内截顶圆锥7的内壁上的圆环形凹槽,插入后还需继续给销钉4施加推力使得销钉的圆顶与凹槽充分压紧,在压紧力的作用下便会限制追踪航天器与目标航天器的相对转动。这样一来,就省去了使用销钉孔时需要对销钉孔和销钉进行定位的麻烦。压紧后,电机停止转动,当我们需要再次释放目标航天器时,只需反方向转动电机,丝杠推杆2对销钉4的推力就会减小,销钉4在压缩弹簧5的弹力作用下回到最初的位置,然后主动对接机构可以直接脱离目标航天器的对接口,从而实现释放任务。
Claims (5)
1.一种杆销式盲对准空间对接机构,包括直螺纹套筒、丝杠推杆、法兰、销钉、压缩弹簧、外截顶圆锥和内截顶圆锥,其特征在于:所述的外截顶圆锥和内截顶圆锥分别安装在两个需要对接的航天器上,所述的丝杠推杆一端为外螺纹,穿过法兰的中心孔与直螺纹套筒螺纹连接,且丝杠推杆侧壁的凸台与法兰中心孔内壁的轴向凹槽配合,限制丝杠推杆的周向转动;丝杠推杆另一端为锥面;所述的直螺纹套筒固接在舵机的舵盘上;所述外截顶圆锥的锥面上开有径向通孔,销钉通过压缩弹簧安装在通孔内;所述的法兰固定在外截顶圆锥的底面上,直螺纹套筒转动时推动丝杠推杆在外截顶圆锥作轴向运动,推动销钉克服弹簧伸出外截顶圆锥外锥面或在弹簧作用下缩回通孔内;所述的内截顶圆锥内壁沿轴向有一环形凹槽,内截顶圆锥内壁与外截顶圆锥外锥面配合,销钉伸出外截顶圆锥外锥面时与环形凹槽间隙配合。
2.根据权利要求1所述的杆销式盲对准空间对接机构,其特征在于:所述丝杠推杆的凸台有2个,对称分布在丝杠推杆外壁上。
3.根据权利要求1所述的杆销式盲对准空间对接机构,其特征在于:所述法兰中心孔的凹槽与所述丝杠推杆的凸台为间隙配合。
4.根据权利要求1所述的杆销式盲对准空间对接机构,其特征在于:所述的销钉有4个,均为柱形圆顶销钉,其一端有环形凸台,用于固定弹簧。
5.根据权利要求1所述的杆销式盲对准空间对接机构,其特征在于:所述外截顶圆锥的锥面上开有4个径向通孔,沿周向均匀分布,孔径与销钉直径一致,径向通孔与销钉间隙配合,每个孔内靠近外锥面的一端都有环形凸台,用于支撑弹簧。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20190118 Termination date: 20201123 |
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CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |