CN107031872A - 用于空间绳系编队飞行的可重组机构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于空间绳系编队飞行的可重组机构。由四个结构相同的子机构构成，每个子机构均包括弹射‑对接部件和系绳控制部件；弹射‑对接部件，包括锥筒、四根弹簧、四根导轨杆、四个导轨筒、锥杆和外壳；系绳控制部件，包括系绳、编码器、电磁刹车、伺服电机、张力传感器、减速器、两个轴承座、卷绳筒、辅助导轮、张力测量轮、绳长测量轮、张力预紧器、走绳板、底板和绳长编码器；系绳一端从外壳外由锥筒中心孔进入后，经张力预紧器、绳长测量轮、张力测量轮和辅助导轮后，固定在卷绳筒上，系绳另一端与相邻一套子机构的锥杆的中部连接。本发明可提高绳系编队飞行的可靠性、降低控制的复杂性。

Description

用于空间绳系编队飞行的可重组机构
技术领域
本发明涉及绳系编队飞行，尤其是涉及一种用于空间绳系编队飞行的可重组机构。
背景技术
航天器绳系编队飞行通过控制航天器之间系绳的张力来保持或控制编队构形，是近二三十年内形成的一个较新的领域。虽然绳系编队飞行研究起步较晚，但其在空间干涉测量、空间成像、在轨捕获等方面的巨大应用价值与前景得到了人们的广泛认可。多航天器编队飞行传统实现方式为喷气力控制维持编队队形，在队形控制过程中需要消耗大量的燃料。为解决传统航天器编队飞行燃料消耗问题，研究人员提出了多种航天器编队飞行方案，如库仑力编队飞行、电磁编队飞行以及绳系卫星编队飞行等。空间绳系编队飞行能更加精确地测量编队飞行航天器器之间的相对位置，提高姿轨控制的精度，增加系统稳定性。但多绳系结构也使得编队系统的动力学结构更加复杂，对空间航天器的同步控制能力和燃料消耗也提出了更高的要求。特别是在编队前，由于各编队航天器之间的系绳没有起到连接作用使得系统由多个离散的刚体组成，需保证各个编队飞行器高度同步；在编队后的长距离离轨、变轨过程中也需要保证编队飞行器的高度同步性。
发明内容
为了克服背景技术领域中空间绳系编队飞行在编队前、后的同步性问题，本发明的目的在于提供一种用于空间绳系编队飞行的可重组机构，是一种分步式可重组机构。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
本发明的可重组机构由四个结构相同的子机构构成，每个子机构均包括弹射-对接部件和系绳控制部件。
所述弹射-对接部件，包括：锥筒、四根弹簧、四根导轨杆、四个导轨筒、锥杆和外壳；在外壳内，锥筒大端安装在外壳的左侧板外侧，四个导轨筒垂直均布在外壳的中间板侧面上，每根导轨杆与各自导轨筒为滑动配合，每根弹簧套于各自导轨杆上，导轨杆的端部与锥筒大端部端面连接，每根弹簧两端分别由导轨筒的凸出台阶和锥筒大端部端面进行限位，锥杆大端固定在外壳后板外侧的中心处；
所述系绳控制部件，包括：系绳、编码器、电磁刹车、伺服电机、张力传感器、减速器、第一轴承座、卷绳筒、第二轴承座、辅助导轮、张力测量轮、绳长测量轮、张力预紧器、走绳板、底板和绳长编码器；在外壳内，编码器的安装面与电磁刹车的一端连接，电磁刹车的另一端与伺服电机的一端连接，伺服电机的另一端与减速器的一端连接，减速器的另一端固定在第一轴承座上，减速器输出轴穿过第一轴承座轴承内圈经卷绳筒中心孔与第二轴承座轴承内圈转动连接，第一轴承座与第二轴承座的底部均安装在固定底板上，固定底板上垂直装有走绳板，走绳板与锥筒轴线平行，走绳板从左至右依次安装有张力预紧器、带有绳长测量轮的绳长编码器、带有张力测量轮的张力传感器和辅助轮；
系绳的一端从外壳外由锥筒中心孔进入后，依次经过张力预紧器、绳长测量轮、张力测量轮和辅助导轮后，固定在卷绳筒内壁处，系绳的另一端与相邻一套子机构的锥杆的中部连接。
本发明具有的有益效果是：
1、本发明提供的可重组机构，可提高绳系编队飞行的可靠性、降低控制的复杂性。
2、本发明提供的可重组机构，利用系绳引导实现可重组机构间的对接，可提高对接的准确性。
附图说明
图1是本发明的子机构的平面图。
图2是本发明的子机构压缩状态时的三维图。
图3是本发明的可重组机构完全收缩时的示意图。
图4是本发明的可重组机构完全展开时的示意图。
图中： 1、锥筒，2、弹簧，3、导轨杆，4、导轨筒，5、锥杆，6、外壳，7、系绳，8、编码器，9、电磁刹车， 10、伺服电机，11、张力传感器，12、减速器，13、第一轴承座，14、卷绳筒，15、第二轴承座，16、辅助导轮，17、张力测量轮，18、绳长测量轮，19、张力预紧器，20、走绳板，21、固定底板，22、绳长编码器。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1、图2所示，本发明的可重组机构由四个结构相同的子机构a、b、c、d构成，每个子机构均包括弹射-对接部件和系绳控制部件。
所述弹射-对接部件，包括：锥筒1、四根弹簧2、四根导轨杆3、四个导轨筒4、锥杆5和外壳6；在外壳6内，锥筒1大端安装在外壳6的左侧板外侧，四个导轨筒4垂直均布在外壳6的中间板侧面上，每根导轨杆3与各自导轨筒4为滑动配合，每根弹簧2套于各自导轨杆3上，导轨杆3的端部与锥筒1大端部端面连接，每根弹簧2两端分别由导轨筒4的凸出台阶和锥筒1大端部端面进行限位，锥杆5大端固定在外壳6后板外侧的中心处。
所述系绳控制部件，包括：系绳7、编码器8、电磁刹车9、伺服电机10、张力传感器11、减速器12、第一轴承座13、卷绳筒14、第二轴承座15、辅助导轮16、张力测量轮17、绳长测量轮18、张力预紧器19、走绳板20、底板21和绳长编码器22；在外壳6内，编码器8的安装面与电磁刹车9的一端连接，电磁刹车9的另一端与伺服电机10的一端连接，伺服电机10的另一端与减速器12的一端连接，减速器12的另一端固定在第一轴承座13上，减速器12输出轴穿过第一轴承座13轴承内圈经卷绳筒14中心孔与第二轴承座15轴承内圈转动连接，第一轴承座13与第二轴承座15的底部均安装在固定底板21上，固定底板21上垂直装有走绳板20，走绳板20与锥筒2轴线平行，走绳板20从左至右依次安装有张力预紧器19、带有绳长测量轮18的绳长编码器22、带有张力测量轮17的张力传感器11和辅助轮16。
系绳7的一端从外壳6外由锥筒1中心孔进入后，依次经过张力预紧器19、绳长测量轮18、张力测量轮17和辅助导轮16后，固定在卷绳筒14内壁处，系绳7的另一端与相邻一套子机构的锥杆5的中部连接。
如图3所示，可重组机构完全收缩时，第一子机构a的锥杆5嵌套在第四子机构d的锥筒1内，第四子机构d的锥杆5嵌套在第三子机构c的锥筒1内，第三子机构c的锥杆5嵌套在第二子机构b的锥筒1内，第二子机构b的锥杆5嵌套在第一子机构a的锥筒1内。
如图4所示，可重组机构完全展开时，第一子机构(a)的锥杆5与第四子机构d的锥筒1、第三子机构c的锥杆5与第二子机构b的锥筒1完全分离；第四子机构d的锥杆5与第三子机构c的锥筒1、第二子机构b的锥杆5与第一子机构a的锥筒1完全分离；四个互不接触的子机构通过系绳7相互连接，系绳7处于完全释放状态。
本发明的工作原理：
如图2、图3所示，在编队飞行前，每个子机构a、b、c、d的弹簧2均处于压缩状态，通过每个系绳控制部件的电磁刹车9锁死系绳7实现子机构间的可靠连接；即第一子机构a的锥杆5嵌套在第四子机构d的锥筒1内，第四子机构d的锥杆5嵌套在第三子机构c的锥筒1内，第三子机构c的锥杆5嵌套在第二子机构b的锥筒1内，第二子机构b的锥杆5嵌套在第一子机构a的锥筒1内。
如图3、图4所示，在弹射展开时，每个系绳控制部件的电磁刹车9解锁系绳7，每个系绳控制部件释放系绳7，每个子机构a、b、c、d的弹簧2均逐步恢复原长，实现可重组机构的相互分离；即第一子机构a的锥杆5与第四子机构d的锥筒1、第三子机构c的锥杆5与第二子机构b的锥筒1先同时分离；而后第四子机构d的锥杆5与第三子机构c的锥筒1、第二子机构b的锥杆5与第一子机构a的锥筒1再同时分离。即可重组机构通过“一分为二”再“二分为四”的过程实现分离展开。
如图3、图4所示，在对接组合时，每个系绳控制部件回收系绳7，每个子机构a、b、c、d的弹簧2逐步压缩，每个子机构a、b、c、d的锥杆5与锥筒1在系绳7的引导下逐步配合实现子机构间的相互对接；即第一子机构a的锥杆5与第四子机构d的锥筒1、第三子机构c的锥杆5与第二子机构b的锥筒1先同时对接；而后第四子机构d的锥杆5与第三子机构c的锥筒1、第二子机构b的锥杆5与第一子机构a的锥筒1再同时对接；在相邻子机构的锥杆5与锥筒1完全嵌套后系绳控制部件的电磁刹车9锁死，实现四个子机构a、b、c、d的可靠连接。即可重组机构通过“合四为二”再“合二为一”的过程实现对接收缩。

Claims (3)

1.一种用于空间绳系编队飞行的可重组机构，其特征在于：该可重组机构由四个结构相同的子机构(a、b、c、d)构成，每个子机构均包括弹射-对接部件和系绳控制部件；
所述弹射-对接部件，包括：锥筒(1)、四根弹簧(2)、四根导轨杆(3)、四个导轨筒(4)、锥杆(5)和外壳(6)；在外壳(6)内，锥筒(1)大端安装在外壳(6)的左侧板外侧，四个导轨筒(4)垂直均布在外壳(6)的中间板侧面上，每根导轨杆(3)与各自导轨筒(4)为滑动配合，每根弹簧(2)套于各自导轨杆(3)上，导轨杆(3)的端部与锥筒(1)大端的端面连接，每根弹簧(2)两端分别由导轨筒(4)的凸出台阶和锥筒(1)大端的端面进行限位，锥杆(5)大端固定在外壳(6)后板外侧的中心处；
所述系绳控制部件，包括：系绳(7)、编码器(8)、电磁刹车(9)、伺服电机(10)、张力传感器(11)、减速器(12)、第一轴承座(13)、卷绳筒(14)、第二轴承座(15)、辅助导轮(16)、张力测量轮(17)、绳长测量轮(18)、张力预紧器(19)、走绳板(20)、底板(21)和绳长编码器(22)；在外壳(6)内，编码器(8)的安装面与电磁刹车(9)的一端连接，电磁刹车(9)的另一端与伺服电机(10)的一端连接，伺服电机(10)的另一端与减速器(12)的一端连接，减速器(12)的另一端固定在第一轴承座(13)上，减速器(12)输出轴穿过第一轴承座(13)轴承内圈经卷绳筒(14)中心孔与第二轴承座(15)轴承内圈转动连接，第一轴承座(13)与第二轴承座(15)的底部均安装在固定底板(21)上，固定底板(21)上垂直装有走绳板(20)，走绳板(20)与锥筒(2)轴线平行，走绳板(20)从左至右依次安装有张力预紧器(19)、带有绳长测量轮(18)的绳长编码器(22)、带有张力测量轮(17)的张力传感器(11)和辅助轮(16)；
系绳(7)的一端从外壳(6)外由锥筒(1)中心孔进入后，依次经过张力预紧器(19)、绳长测量轮(18)、张力测量轮(17)和辅助导轮(16)后，固定在卷绳筒(14)内壁处，系绳(7)的另一端与相邻一套子机构的锥杆(5)的中部连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于空间绳系编队飞行的可重组机构，其特征在于：可重组机构完全收缩时，第一子机构(a)的锥杆(5)嵌套在第四子机构(d)的锥筒(1)内，第四子机构(d)的锥杆(5)嵌套在第三子机构(c)的锥筒(1)内，第三子机构(c)的锥杆(5)嵌套在第二子机构(b)的锥筒(1)内，第二子机构(b)的锥杆(5)嵌套在第一子机构(a)的锥筒(1)内。
3.根据权利要求1所述的一种用于空间绳系编队飞行的可重组机构，其特征在于：可重组机构完全展开时，第一子机构(a)的锥杆(5)与第四子机构(d)的锥筒(1)、第三子机构(c)的锥杆(5)与第二子机构(b)的锥筒(1)完全分离；第四子机构(d)的锥杆(5)与第三子机构(c)的锥筒(1)、第二子机构(b)的锥杆(5)与第一子机构(a)的锥筒(1)完全分离；四个互不接触的子机构通过系绳(7)相互连接，系绳(7)处于完全释放状态。
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