CN107000855B - 利用带将物体相连的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及连接装置(130)，其包括第一物体(40)和第二物体(41)，其特征在于，装置包括第一带(42)，所述第一带适于从绕着固定至所述第一物体(40)的保持件(43)绕轴线Z卷绕的构造改变至沿着与所述轴线Z大致垂直的轴线X展开的构造，所述带(42)具有将与所述第二物体(41)接触的端部(44)，以便将所述第一物体(40)连接至所述第二物体(41)。

Description

利用带将物体相连的装置

技术领域

本发明涉及通过带将物体联接的装置。该装置适用于任何将第一物体与第二物体联接的领域。本发明可以应用于自第一物体发送抛射体。本发明特别应用于太空领域。本发明还涉及炮以及用于旋转抛射体的装置。

背景技术

大的和小的太空碎片的量是不断增加的。增加量的太空碎片正在导致卫星之间的和/或与太空站的碰撞风险。某种碎片被视为是关键的，因为其尺寸和/或位于被称为危险区域的例如有用轨道的区域中。可以提及的示例包括潜在地位于有用轨道上的失败的卫星、火箭的级。将此类碎片从轨道去除以将其与有用轨道分开正变成一项急迫的问题。然后，问题就是了解如何从太空将这种碎片去除以高效地且安全地进行清洁。实际上，重要的是提供这样的装备和策略，能够可靠将碎片去除以消除产生不期望的碰撞以及因而甚至更多碎片的风险。

已经建议有各种方案。能够提及的那些方案包括用于抓持碎片的铰接臂、巨网或者机器人运载工具，所述机器人运载工具将捕获碎片并将其带回到地球或者将其停放在远离有用轨道的所谓的停放轨道中。这些方案是代价高的且很难执行。

另一种方案是用标枪叉住所关注的目标物体、即碎片，将其从危险区域拉出。一个主要问题涉及标枪的稳定性。实际上，可以被视为粘稠媒介的地球的大气产生空气阻力。相反地，在太空中，也就是说在几乎绝对真空中，其中移动的物体几乎完全没有空气阻力。这样的结果就是在这种物体上不会有气动效应。换句话说，在真空中，无法指望气动效应来维持标枪定向在其轨迹轴线中。在发射之后，大体上由线缆保持的标枪然后不再沿着期望的方向指向目标物体。因此，在为将用标枪叉住目标物体的装置设计技术方案时重要的是考虑与太空领域有关的附加的约束。此外，在解开线缆时，标枪与目标物体(也就是说碎片)之间的关联可以对标枪的轨迹产生干扰。并且，线缆在其被存放时也可以缠上。

发明内容

本发明旨在解决上述所有或一些技术问题，这通过提出一种将第一物体联接至第二物体、即抛射体而无缠绕问题的装置来实现，也就是说通过这样一种联接装置来实现，所述联接装置使得可以借助于带将第一物体联接至抛射体，所述带适于卷绕和解开从而不会妨碍抛射体的轨迹。

为此目的，本发明的技术方案是一种联接装置，其包括第一物体和第二物体，其特征在于，所述联接装置包括第一带，所述第一带适于从绕着固定至所述第一物体的支承件绕轴线Z卷绕的构造改变至沿着与所述轴线Z大致成直角的轴线X展开的构造，所述带具有将与所述第二物体接触的端部，以便将所述第一物体联接至所述第二物体。

根据一个实施例，所述第一带的端部通过联接元件被联接至所述第二物体，并且所述联接元件是允许所述第二物体绕轴线X旋转的机械部件。

根据另一个实施例，所述联接装置包括第一凸缘和第二凸缘，所述第一凸缘和第二凸缘在所述第一带的两侧上与平面XY大致平行地定位。

根据另一个实施例，所述联接装置包括围绕所述第一带定位的盖。

根据另一个实施例，所述联接装置还包括电机，所述电机具有沿着轴线Z联接至所述支承件的输出轴，将用于使得所述第一带卷绕和展开。

根据另一个实施例，所述联接装置包括用于所述第一带的引导装置。

根据另一个实施例，所述联接装置包括将切割所述第一带的切割装置。

根据另一个实施例，所述联接装置包括在所述第一带上叠置的第二带，适于从绕着固定至所述第一物体的支承件绕轴线Z卷绕的构造改变至沿着与所述轴线Z大致成直角的轴线X展开的构造，所述第二带具有将与第三物体接触的端部，从而将所述第一物体联接至所述第三物体。

附图说明

在阅读借助于示例给出的实施例的详细说明时将更好地理解本发明并且将清楚其它优点，说明由附图示出，其中：

图1示出了用于发射抛射体的装置的第一实施例的在平面XY中的剖视图，以及在与平面XY成直角的平面YZ中的抛射体的区段的剖视图；

图2a和2b示出了用于发射抛射体的装置的第二实施例的位于平面XY中的剖视图；

图3示出了用于发射抛射体的装置的第三实施例的位于平面XY中的剖视图；

图4a和4b示出了用于发射抛射体的装置的第四实施例的位于平面XY中的剖视图；

图5示出了根据本发明的将第一物体与第二物体联接的联接装置的第一实施例的位于平面XY中的剖视图；

图6a和6b示出了根据本发明的联接装置的第二实施例的位于平面XY中的剖视图；

图7a和7b示出了根据本发明的联接装置的第三实施例的位于平面XY中的剖视图；

图8示出了根据本发明的联接装置的第四实施例的位于平面XY中的剖视图；

图9示出了根据本发明的联接装置的第五实施例的位于平面XY中的剖视图；

图10示出了包括联接装置的用于发射抛射体的装置的第五实施例的位于平面XY中的剖视图；

图11a和11b示出了根据本发明的联接装置的两个实施例的位于平面XY中的剖视图；

图12示出了包括联接装置的用于发射抛射体的装置的第二实施例的位于平面XY中的剖视图。

具体实施方式

出于清楚的原因，在不同的附图中，相同的元件将有相同的附图标记表示。

注意，本发明在太空领域的使用范畴中被描述。然而，本发明还适用于地球的大气中，例如船舶上，以便回收水中的碎片或者水面上或地面上的浮物，从而牵拉物体。

并且更大体地，本发明适用于第一物体与第二物体联接的所有特殊的情况。

图1示出了用于发射抛射体11的装置10以及炮18的第一实施例的位于平面XY中的剖视图以及抛射体11的位于与平面XY成直角的平面YZ中的剖视图。抛射体11沿着轴线X在两个端部12、13之间延伸。抛射体11能够在具有轴线X的大致筒形炮18中定位。抛射体11包括中空部分14位于其中心，在抛射体11的两个端部的第一端部12处出现，将用于接收压缩流体。抛射体11包括多个通孔15，所述通孔从中空部分14与轴线X大致成直角地穿过抛射体11并具有大致径向出口，将用于与抛射体11大致切向地排出压缩流体。优选但非必需地，压缩流体可以是压缩气体。压缩流体通过中空部分14进入到抛射体11中，并且通过通孔15相对于抛射体11的横截面切向地离开。压缩流体通过通孔15相对于抛射体11的横截面切向排出在抛射体上产生力矩，这使得抛射体本身旋转。换句话说，抛射体11被制造成绕轴线X本身旋转。压缩流体在进入到抛射体11中时造成了抛射体内的压力增加。这种压力增加产生了抛射体沿着轴线X平移，这允许抛射体11的抛射。同时，流体的压力以及通孔中的流体流产生了抛射体本身的旋转。因而，抛射体11的中空部分14以及通孔15允许抛射体11沿着轴线X的平移运动以及绕轴线X的旋转运动。在图1的位于平面YZ中的剖视图中，抛射体11包括三个通孔。为了使得抛射体11正确地旋转，需要至少两个通孔，但是也可以是具有三个或更多个通孔。

抛射体11包括头部16以及本体17。抛射体11的头部从抛射体11的两个端部的第二端部13延伸至多个通孔15。抛射体11的本体17从头部16延伸至抛射体11的第一端部12。

炮18具有两个端部19、20，在所述炮中定位抛射体11，炮18的两个端部中的第一端部19允许压缩流体进入到炮18中，两个端部中的第二端部20允许抛射体11离开。

最后，用于旋转抛射体11的装置10包括压缩流体的罐21，其与抛射体11位于其中的炮18的第一端部19联接，从而向抛射体11供应压缩流体。

图2a和2b示出了用于发射抛射体11的装置100的第二实施例的位于平面XY中的剖视图。炮18包括两个螺旋联接元件23、24中的第一螺旋联接元件23。抛射体11包括两个螺旋联接元件23、24中的在抛射体11的中空部分14中固定的第二螺旋联接元件24，第一螺旋联接元件23和第二螺旋联接元件24形成了组合的运动机构22，从而同时地产生抛射体11相对于炮18的绕轴线X的旋转以及沿着轴线X的平移。组合的运动机构22可以是丝杠螺母组件，或者优选地是具有滚珠丝杠或滚柱丝杠的组件以限制两个联接元件23、24之间的摩擦。压缩的流体的压力将抛射体11推出到炮18之外。正如之前那样，具有大致径向出口的通孔15使得可以产生抛射体11绕轴线X的旋转运动。现在，因为期望的是抛射体维持其在其轴线上的轨迹、沿着轴线的轨迹，所以期望抛射体绕其轴线X旋转被正确地加速，以便其总是保持在同一方向上定向。两个元件23或24之一可以好比具有螺纹的杆，并且两个元件23或24之另一可以好比螺母。取决于螺母在具有螺纹的杆上接合的圈数，抛射体11将在其本身上履行同样的圈数N，因此如图2a所示N圈旋转运动，这是在如图2b所示被平移释放且能够被发射之前。联接机构22因此允许抛射体11在沿着轴线X平移加速之前接受绕轴线X更大的角加速。

应当注意的是在图2a和2b中，丝杠被固定至炮18并且螺母被固定在抛射体11的中空部分14中。然而，优选地可能的是使得它们颠倒，也就是说将丝杠固定在抛射体11的中空部分14中并且将螺母固定至炮18。

图3示出了用于发射抛射体11的包括炮18的装置110的第三实施例的位于平面XY中的剖视图。炮18包括第一大致径向开口25。该大致径向开口25允许压缩的流体在其已经流经抛射体11之后离开炮18。

炮18包括头部26以及本体27，炮18的头部26自炮18的两个端部中的第二端部20延伸至开口25，炮18的本体27自炮18的头部26延伸至炮18的两个端部中的第一端部19。

还可以注意到的是，炮18的本体27的直径小于炮18的头部26的直径。此外，发射体11的本体17的直径小于发射体11的头部16的直径。并且，发射体11的本体17的直径小于炮18的本体27的直径，并且，发射体11的头部16的直径小于炮18的头部26的直径。

换句话说，炮28的头部26的直径大致大于发射体11的头部16的直径，并且，炮18的本体27的直径大致大于发射体11的本体17的直径。

相应地各本体与各头部之间的直径差异构成了用于发射体11的引导系统。实际上，因为各本体对应于第一直径比与头部对于的第二直径小，所以在发射之后抛射体11在本体以及头部的级别上被同时释放。这种构造因而避免了可能由炮中的振动产生的抛射体11的轨迹中的任何干扰。

图4a和4b示出了用于发射抛射体11的包括炮18的装置120的第四实施例的位于平面XY中的剖视图。炮18包括具有两个端部29、30的排出通道28。炮18包括位于炮18的第一开口25与炮18的两个端部中的第二端部20之间的第二开口31。排出通道28的两个端部中的第一端部29联接至炮18的第一开口25，并且排出通道28的两个端部中的第二端部30联接至炮18的第二开口31。具有特定的压力以及特定的流速的压缩的流体在其经过抛射体11之后将必须从炮18被排出。正如参照图3之前所解释的，压缩的流体可以简单地通过炮18的径向开口25被排出。在这种情况中，压缩的流体被向外释放(朝向太空，大气，也就是说被释放到为了旋转抛射体的装置所使用的空间中)。还可以的是使用压缩的流体的排出以在抛射体11上产生空气动力学效应，如图4a和4b所示。在图4a中，抛射体11处于角加速阶段。组合的运动机构22促进了抛射体11的旋转加速，并且径向开口25与至少一个通孔15大致相对地定位。压缩的流体通过通孔离开抛射体11，在抛射体11上产生力矩，并且使得抛射体本身旋转。压缩的流体然后通过第一端部29(也就是说通过径向开口25)进入到排出通道28中，并且通过第二端部30(也就是说第二开口31)自排出通道28重新出现。如图4b所示，在沿着轴线X的平移阶段中，组合的运动机构22的联接元件23、24彼此释放，也就是说，抛射体11已经获得了足够的角加速，抛射体11移动至炮18的端部20。通孔15然后与排出通道28的第二端部30相对地定位。压缩的流体然后通过第二端部30进入到排出通道28中，并且在排出通道28的第一端部29处通过径向开口25自排出通道28再次出现。压缩的流体至炮18的本体27的流将在炮18的本体27中产生压力增加，并且因而沿着轴线X在抛射体上产生附加的力，促进抛射体11沿着轴线X的平移加速。

图5示出了包括第一物体40、第二物体41的根据本发明的联接装置130的第一实施例的位于平面XY中的剖视图。联接装置130包括第一带42，所述第一带适于从围绕着固定至第一物体40的支承件43绕轴线Z卷绕的构造改变至沿着与轴线Z大致成直角的轴线X展开的构造，带42具有将与第二物体41接触的端部44，从而将第一物体40与第二物体41联接。

带以最小体积卷绕构造的方式被容易卷绕和解开，这是因为带绕着轴线Z并且大致在平面XY中被卷绕，这避免了使得带变得纠缠。然而，还可以的是考虑线缆或绳缆替代带，线缆或绳缆像带那样能够从围绕着固定至第一物体40的支承件43绕轴线Z卷绕的构造改变至沿着与轴线X展开的构造。

图6a和6b示出了根据本发明的联接装置130的第二实施例的位于平面XY中的剖视图。联接装置130包括在第一带42的两侧上与平面XY大致平行定位的第一凸缘45和第二凸缘46、以及围绕第一带42定位的盖47。两个凸缘45、46允许带42在带42解开时不离开其卷绕。盖47也避免了使得带42解开太多。实际上，有时必须的是使得特定长度的带42可以迅速地与第二物体41接触或者牵拉第二物体。在这种情况中，必须的是在两个凸缘45、46之间解开带42，例如5至20米的带42，并且盖47使得可以围绕支承件43保持该展开的长度。这些示例可以在图7a和7b中看出。

图7a和7b示出了根据本发明的联接装置的第三实施例的位于平面XY中的剖视图。联接装置130包括用于第一带42的引导装置48。引导装置48可以包括位于带42的两侧上的两个简单承载表面，以在带展开时对带进行引导。简单承载表面可以是在带42上形成一次性联接的辊或者在带42的宽度上形成纵向联接的指部。

此外，联接装置130可以包括切割装置49，其将切割第一带42。这种切割可以是必须的，如果不再期望与第二物体接触的话或者如果不再期望出于安全或操纵的原因而对其牵拉的话。切割装置可以是火焰刀或者任何其它合适类型的刀。

图8示出了根据本发明的联接装置130的第四实施例的位于平面XY中的剖视图。联接装置130还可以包括电机50，其具有沿着轴线Z联接至支承件43的输出轴51，设计成卷绕和展开第一带42。

图9示出了根据本发明的联接装置130的第五实施例的位于平面XY中的剖视图。联接装置130可以包括在第一带42上叠置的至少一个第二带52，适于从围绕着固定至第一物体40的支承件43绕轴线Z卷绕的构造改变至沿着与轴线Z大致成直角的轴线X展开的构造，带52具有端部54，将与第三物体(未示出)接触，以便将第一物体40和第三物体联接。带52在带42上叠置。类似地，第三带53可以通过在带42和52上叠置而绕支承件434被卷绕。这种带卷绕构造是有利的，这是因为使得能够以最小化的体积卷绕将与多个物体接触的多个带。类似地，本发明还涉及联接装置130包括四个带或更多个带的构造，其中各带彼此叠置并且使得可以将第五物体或其它物体联接至第一物体40。

图10示出了用于通过压缩的流体来发射抛射体的装置140的第五实施例的位于平面XY中的剖视图，其中所述装置包括炮18、联接至炮18的两个端部中的第一端部19的具有压缩的流体的罐21。发射装置140包括如上所述的联接装置130，抛射体11然后是第二物体41。支承件43固定至装置140。第一带42的端部44通过联接元件55被联接至第二物体，也就是说抛射体11。联接元件55是允许抛射体11绕轴线X旋转的机械部件。联接元件可以是允许抛射体11绕轴线X旋转的滚珠轴承。因而，在带正在被展开以发射抛射体的同时，联接装置130允许抛射体本身旋转(自旋)。在太空中，为了回收太空碎片，以便确保捕获器的安全，捕获器必须被定位在离开待被叉住的卫星几百米远的地方。为此，不可能用简单展开的地球型的标枪进行叉住。换句话说，必须采用带的展开与抛射体或标枪的自旋的组合。实际上，在太空中，没有空气动力学效应使得能够维持标枪在其轨迹轴线中的定向。在发射之后，由带且借助于其本身旋转所保持的标枪被朝向目标物体的期望方向指向。这种构造使得能够在带绕其支承件卷绕时获得小的体积，并且借助于抛射体本身的旋转，可以叉住在较远距离处定位的碎片。因为抛射体本身的旋转允许其保持在其轨迹的轴线中，所以带无需具有特定的刚度像支柱那样。除了这种技术方案所体现的低成本以外，还容易执行。

支承件43在炮18中被固定。有利地，支承件43在炮18的两个端部中的第一端部19附近被固定。换句话说，联接装置130在炮18的后部分中被定位，在那里，形成压缩的流体的入口。因而，来自罐21的压缩的流体占据了炮18的后部分。压缩的流体然后在炮的端部19处进入炮18，然后进入到抛射体11的中空部分14中，以通过通孔15从那里再次出现，从而产生抛射体11本身的旋转运动以及抛射体沿着轴线X的平移。

图11a和11b示出了根据本发明的联接装置130的两个实施例的在平面XY中的剖视图。如之前所解释的，联接装置130在炮18中被定位。带42的端部44通过(在附图中未示出的)联接元件55被固定至抛射体11。换句话说，第一物体40是炮18，第二物体41是发射体11。因而，在抛射体11不再位于炮18中时，被固定至抛射体11的带42将不会干扰带的轨迹。此外，因为带42和抛射体联接在炮18内，所以不会发生流体的泄漏以及因此压力的泄漏。

图12示出了根据本发明用于发射抛射体11的包括联接装置130的装置140的第二实施例的位于平面XY中的剖视图。图12的所有元素与图11b的相同。该实施例使得可以可视化带42的端部44的以及抛射体11的联接元件55，正如参照图11a和11b之前描述那样。

Claims (6)

1.一种用于发射抛射体的组件，包括第一物体(40)和第二物体(41)和联接装置(130)，所述联接装置包括第一带(42)，所述第一带适于从绕着固定至所述第一物体(40)的支承件(43)绕轴线Z卷绕的构造改变至沿着与所述轴线Z大致成直角的轴线X展开的构造，所述带(42)具有将所述第一物体(40)联接至所述第二物体(41)的端部(44)，其特征在于，所述第一带(42)的端部(44)通过联接元件(55)被联接至所述第二物体(41)，并且所述联接元件(55)是允许所述第二物体(41)绕轴线X旋转的机械部件，并且其特征在于，所述联接装置包括在所述第一带(42)上叠置的第二带(53)，适于从绕着固定至所述第一物体(40)的支承件(43)绕轴线Z卷绕的构造改变至沿着与所述轴线Z大致成直角的轴线X展开的构造，所述第二带(53)具有将与第三物体接触的端部，从而将所述第一物体(40)联接至所述第三物体。

2.根据前述权利要求所述的组件，其特征在于，所述联接装置包括第一凸缘(45)和第二凸缘(46)，所述第一凸缘和第二凸缘在所述第一带(42)的两侧上与平面XY大致平行地定位。

3.根据前述权利要求任一所述的组件，其特征在于，所述联接装置包括围绕所述第一带(42)定位的盖(47)。

4.根据权利要求1至2任一所述的组件，其特征在于，所述联接装置还包括电机(50)，所述电机具有沿着轴线Z联接至所述支承件(43)的输出轴(51)，将用于使得所述第一带(42)卷绕和展开。

5.根据权利要求1至2任一所述的组件，其特征在于，所述联接装置包括用于所述第一带(42)的引导装置(48)。

6.根据权利要求1至2任一所述的组件，其特征在于，所述联接装置包括将切割所述第一带(42)的切割装置(49)。

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