CN107140235B - 空间站舱内滑轨用固定和位移装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种空间站舱内滑轨用固定和位移装置，用于解决现有空间站舱内滑轨用固定和位移装置实用性差的技术问题。技术方案是包括第一卡子、第二卡子和卡子外曲壳；第一卡子与第二卡子形状和结构相同、方向相反，都包裹在卡子外曲壳中；第一卡子与第二卡子之间焊接压缩弹簧，且每个卡子都含有一个卡子咬合键和一个卡子控制键，卡子咬合键横截面为半圆形；卡子外曲壳对称两侧各有一个卡子控制键孔，卡子外曲壳的舱内滑轨接触面上有一个卡子咬合键孔，卡子外曲壳的固定物接触面上有一个固定物连接孔，用于连接需要固定的人员或物品，在零重力环境下，完成定点作业或移动作业，实用性好。
Description
技术领域
本发明属于空间站舱内设备和人员固定及位移技术领域，特别是涉及一种空间站舱内滑轨用固定和位移装置。
背景技术
随着世界各国，尤其是中国，在空间站设计与制造技术领域研究的不断深入，同时对宇航员在空间站舱内的科研工作及日常生活质量的保障等方面的研究也在不断深入。空间站等载人航天器的轨道飞行是属于围绕天体的惯性飞行，因此宇航员、位置非固定设备及辅助器械在零重力环境下进行相对位置固定和位移等活动的安全性和稳定性也成为了上述研究的重点。为了实现宇航员、位置非固定设备及辅助器械在空间站舱内进行安全与稳定的相对位置固定及位移，空间站舱内布置了大量的凹型滑轨。宇航员、位置非固定设备及辅助器械通过固定和位移装置连接滑轨，进行零重力环境下的一系列作业活动。
文献1“发明名称是Removable Hand Hold，申请公布号是US005127131A的美国专利”公开一种适用于空间站舱内外活动的、带有滑轨的可移动扶手，其特征在于：使用两个固定/位移模块与任意长度的手握杆通过螺钉进行连接，固定/位移模块内嵌在C型或U型的凹型舱内滑轨内，当固定/位移模块需要位置固定时，使用别针卡住固定/位移模块和舱内滑轨。固定/位移模块定向用于固定手握杆，且不能从舱内滑轨上拆卸，一旦发生损坏必须拆除部分舱内滑轨才能更换。
文献2“Jerry R.Goodman，Design/Development of Spacecraft&Module CrewCompartments，https://ntrs.nasa.gov/search.Document ID:20100031059，p62-65”介绍了一种用于国际空间站凹型舱内滑轨的固定及位移装置，其特征在于：通过不同数量的固定/位移模块连接宇航员足部固定器、手握杆和其他辅助设施，用于辅助宇航员在空间站内的活动；固定/位移模块可拆卸，在需要位置固定时通过旋钮旋转固定/位移模块挤压C型或U型舱内滑轨进行相对位置固定。旋钮旋转固定/位移模块容易造成舱内滑轨限位区域结构形变，甚至损坏，不利于频繁的位移与固定作业。
发明内容
为了克服现有空间站舱内滑轨用固定和位移装置实用性差的不足，本发明提供一种空间站舱内滑轨用固定和位移装置。该装置包括第一卡子、第二卡子和卡子外曲壳；第一卡子与第二卡子形状和结构相同、方向相反，都包裹在卡子外曲壳中；第一卡子与第二卡子之间焊接压缩弹簧，且每个卡子都含有一个卡子咬合键和一个卡子控制键，卡子咬合键横截面为半圆形；卡子外曲壳对称两侧各有一个卡子控制键孔，卡子外曲壳的舱内滑轨接触面上有一个卡子咬合键孔，卡子外曲壳的固定物接触面上有一个固定物连接孔，用于连接需要固定的人员或物品，在零重力环境下，完成定点作业或移动作业。本发明适用横截面为C型或U型的凹型空间站舱内滑轨，宇航员通过两个手指按压卡子控制键，控制整个装置与滑轨之间的咬合程度，具有安装与拆卸便捷，且与固定物连接方式灵活等有点，不易对舱内滑轨造成形变或损坏，实用性好。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种空间站舱内滑轨用固定和位移装置，其特点是包括第一卡子控制键1、第一卡子咬合键2、第一卡子3、第二卡子咬合键4、第二卡子5、第二卡子控制键6、卡子外曲壳9和压缩弹簧10；所述的第一卡子3和所述的第二卡子5形状和结构相同、方向相反；所述的第一卡子3与所述的第二卡子5之间焊接有压缩弹簧10，用于控制第一卡子3与第二卡子5之间的间距；第一卡子3和所述的第二卡子5包裹在卡子外曲壳9中。第一卡子咬合键2和第一卡子控制键1位于第一卡子3的两端，第二卡子咬合键4和第二卡子控制键6位于第二卡子5的两端；第一卡子咬合键2和第二卡子咬合键4形状和结构相同、方向相反；第一卡子控制键1和第二卡子控制键6形状和结构相同、方向相反。第一卡子咬合键2和第二卡子咬合键4的横截面为半圆形且方向相反。所述的卡子外曲壳9是圆柱体；卡子外曲壳9的曲面对称左右两侧分别开有第一卡子控制键孔13和第二卡子控制键孔14，用于固定第一卡子控制键1和第二卡子控制键6的相对位置；第一卡子控制键1和第二卡子控制键6分别从第一卡子控制键孔13和第二卡子控制键孔14伸出。所述的卡子外曲壳9上的舱内滑轨接触面8开有卡子咬合键孔7，用于限定第一卡子3与第二卡子5间的最大间距，第一卡子咬合键2和第二卡子咬合键4从卡子咬合键孔7伸出。所述的卡子外曲壳9上的固定物接触面11开有固定物连接孔12。
所述第一卡子3、第二卡子5和卡子外曲壳9选用高强轻质铝合金材料、陶瓷材料或碳纤维复合材料的任一种或任几种。
所述压缩弹簧10优选圆柱形螺旋弹簧。
所述固定物连接孔12是螺纹孔。
杆式固定机构18的一端与固定物连接孔12螺纹连接，杆式固定机构18的另一端与位置非固定设备或辅助器械进行连接。
环式固定机构19的一端与固定物连接孔12螺纹连接，环式固定机构19的另一端与宇航员舱内服上的锁扣进行连接，固定宇航员在舱内的位置。
本发明的有益效果是：该装置包括第一卡子、第二卡子和卡子外曲壳；第一卡子与第二卡子形状和结构相同、方向相反，都包裹在卡子外曲壳中；第一卡子与第二卡子之间焊接压缩弹簧，且每个卡子都含有一个卡子咬合键和一个卡子控制键，卡子咬合键横截面为半圆形；卡子外曲壳对称两侧各有一个卡子控制键孔，卡子外曲壳的舱内滑轨接触面上有一个卡子咬合键孔，卡子外曲壳的固定物接触面上有一个固定物连接孔，用于连接需要固定的人员或物品，在零重力环境下，完成定点作业或移动作业。本发明适用横截面为C型或U型的凹型空间站舱内滑轨，宇航员通过两个手指按压卡子控制键，控制整个装置与滑轨之间的咬合程度，具有安装与拆卸便捷，且与固定物连接方式灵活等有点，不易对舱内滑轨造成形变或损坏，实用性好。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。
附图说明
图1是本发明空间站舱内滑轨用固定和位移装置的等轴侧视图。
图2是本发明装置的主视图。
图3是本发明装置的俯视图。
图4是本发明装置的仰视图。
图5是图1中卡子外曲壳的结构示意图。
图6是图1中第一卡子的结构示意图。
图7是图1中卡子外曲壳上的固定物连接孔位置示意图。
图8是图1中卡子外曲壳等轴侧视图。
图9是本发明装置的固定与位移示意图。
图10是本发明装置的固定状态三视图。
图11是本发明实施例1杆式机构固定方式示意图。
图12是本发明实施例2环式机构固定方式示意图。
其中，1-第一卡子控制键；2-第一卡子咬合键；3-第一卡子；4-第二卡子咬合键；5-第二卡子；6-第二卡子控制键；7-卡子咬合键孔；8-舱内滑轨接触面；9-卡子外曲壳；10-压缩弹簧；11-固定物接触面；12-固定物连接孔；13-第一卡子控制键孔；14-第二卡子控制键孔；15-舱内滑轨；16-舱内滑轨咬合区；17-舱内滑轨滑行区；18-杆式固定机构；19-环式固定机构。
具体实施方式
以下实施例参照图1～12。
本发明的目的是提供一种空间站舱内滑轨用固定和位移装置，安装在载人航天器舱内滑轨上，特别的，用于安装在空间站舱内滑轨上，宇航员通过两个手指按压卡子控制键，控制整个装置与滑轨之间的咬合程度，从而实现宇航员、位置非固定设备及辅助器械借助舱内滑轨在空间站舱内进行零重力环境下的相对位置固定及位移，装置安装与拆卸便捷，且与固定物连接方式灵活，不易对舱内滑轨造成形变或损坏。
实施例1：
该实施例是针对空间站内需要通过位置移动来完成作业任务的位置非固定设备以及扶手等辅助器械，利用空间站舱内滑轨进行固定相对位置及作直线位移等活动的解决方案。
本实施例空间站舱内滑轨用固定和位移装置包括第一卡子3、第二卡子5和卡子外曲壳9；所述的第一卡子3和所述的第二卡子5形状和结构相同、方向相反；所述的第一卡子3与所述的第二卡子5之间焊接压缩弹簧10，用于控制两个卡子之间的间距；所述的第一卡子3和所述的第二卡子5包裹在所述的卡子外曲壳9中，所述的卡子外曲壳9用于保护所述的第一卡子3和所述的第二卡子5。
进一步的，所述的第一卡子3、第二卡子5和卡子外曲壳9选用高强轻质铝合金材料、陶瓷材料和碳纤维复合材料等常用航天材料中的一种或几种，耐高温、高比强、抗疲劳、耐腐蚀、成本低；压缩弹簧10选用圆柱形螺旋弹簧，当弹簧受到外载荷时弹簧收缩变形，储存形变能，使得两个卡子的卡子咬合键在固定状态下卡在舱内滑轨15内，不易对舱内滑轨15的限位区域结构造成形变或损坏。
进一步的，空间站舱内滑轨15选用横截面为C型或U型的凹型滑轨，限位区域结构为齿型或者波浪型，限位区域由舱内滑轨咬合区16和舱内滑轨滑行区17组成。
进一步的，当所述的压缩弹簧10的弹簧节距最小时，所述的第一卡子3的横截面宽度、所述的第二卡子5的横截面宽度与所述的压缩弹簧10的宽度之和应小于空间站舱内轨道15限位区域的最窄宽度。
所述的第一卡子3包含第一卡子咬合键2和第一卡子控制键1，位于所述的第一卡子3的两端；所述的第二卡子5包含第二卡子咬合键4和第二卡子控制键6，位于所述第二卡子5的两端；所述的第一卡子咬合键2和所述的第二卡子咬合键4形状和结构相同、方向相反；所述的第一卡子控制键1和所述的第二卡子控制键6形状和结构相同、方向相反。
所述的第一卡子咬合键2和所述的第二卡子咬合键4用于咬合空间站舱内滑轨15限位区域中的舱内滑轨咬合区16，使得整个装置固定在舱内滑轨15上；所述的第一卡子控制键1和所述的第二卡子控制键6用于控制卡子咬合键1与舱内滑轨咬合区16的咬合程度；当所述的压缩弹簧10在外力做用下，弹簧节距最小时，所述的第一卡子3的横截面宽度、所述的第二卡子5的横截面宽度与所述的压缩弹簧10的宽度之和小于空间站舱内轨道15限位区域的最窄宽度，从而顺利通过舱内滑轨滑行区17，实现整个装置的安装、拆卸和在空间站舱内滑轨15上进行直线位移。
所述的第一卡子咬合键2和所述的第二卡子咬合键4的横截面为半圆形且方向相反，比同面积矩形横截面的咬合面积大。
所述的卡子外曲壳9为圆柱体；所述的卡子外曲壳9的曲面对称左右两侧分别有第一卡子控制键孔13和第二卡子控制键孔14，用于固定所述的第一卡子控制键1和所述的第二卡子控制键6的相对位置；所述的第一卡子控制键1和所述的第二卡子控制键6分别从所述的第一卡子控制键孔13和所述的第二卡子控制键孔14伸出。
所述的卡子外曲壳9的舱内滑轨接触面8包含卡子咬合键孔7，用于固定所述的第一卡子3和所述的第二卡子5间的最大间距，所述的第一卡子咬合键2和所述的第二卡子咬合键4从所述的卡子咬合键孔7伸出。
所述的卡子外曲壳9的固定物接触面11包含固定物连接孔12，用于连接需要固定的人员或物品，在零重力环境下完成定点作业或移动作业。
针对本实施例所述的固定物连接孔12为螺纹结构，与杆式固定机构18进行螺纹连接，再通过杆式固定机构18与位置非固定设备或辅助器械进行连接，在零重力环境下完成固定并进行移动作业。
实施例2：
该实施例是针对空间站宇航员在空间站内利用舱内滑轨上固定作业位置定及作直线位移等活动的解决方案。
本实施例空间站舱内滑轨用固定和位移装置包括第一卡子3、第二卡子5和卡子外曲壳9；所述的第一卡子3和所述的第二卡子5形状和结构相同、方向相反；所述的第一卡子3与所述的第二卡子5之间焊接压缩弹簧10，用于控制两个卡子之间的间距；所述的第一卡子3和所述的第二卡子5包裹在所述的卡子外曲壳9中，所述的卡子外曲壳9用于保护所述的第一卡子3和所述的第二卡子5。
进一步的，所述的第一卡子3、第二卡子5和卡子外曲壳9选用高强轻质铝合金材料、陶瓷材料和碳纤维复合材料等常用航天材料中的一种或几种，耐高温、高比强、抗疲劳、耐腐蚀、成本低；压缩弹簧10选用圆柱形螺旋弹簧，当弹簧受到外载荷时弹簧收缩变形，储存形变能，使得两个卡子的卡子咬合键在固定状态下卡在舱内滑轨15内，不易对舱内滑轨15的限位区域结构造成形变或损坏。
进一步的，空间站舱内滑轨15选用横截面为C型或U型的凹型滑轨，限位区域结构为齿型或者波浪型，限位区域由舱内滑轨咬合区16和舱内滑轨滑行区17组成。
进一步的，当所述的压缩弹簧10的弹簧节距最小时，所述的第一卡子3的横截面宽度、所述的第二卡子5的横截面宽度与所述的压缩弹簧10的宽度之和应小于空间站舱内轨道15限位区域的最窄宽度。
所述的第一卡子3包含第一卡子咬合键2和第一卡子控制键1，位于所述的第一卡子3的两端；所述的第二卡子5包含第二卡子咬合键4和第二卡子控制键6，位于所述第二卡子5的两端；所述的第一卡子咬合键2和所述的第二卡子咬合键4形状和结构相同、方向相反；所述的第一卡子控制键1和所述的第二卡子控制键6形状和结构相同、方向相反。
所述的第一卡子咬合键2和所述的第二卡子咬合键4用于咬合空间站舱内滑轨15限位区域中的舱内滑轨咬合区16，使得整个装置固定在舱内滑轨15上；所述的第一卡子控制键1和所述的第二卡子控制键6用于控制卡子咬合键1与舱内滑轨咬合区16的咬合程度；当所述的压缩弹簧10在外力做用下，弹簧节距最小时，所述的第一卡子3的横截面宽度、所述的第二卡子5的横截面宽度与所述的压缩弹簧10的宽度之和小于空间站舱内轨道15限位区域的最窄宽度，从而顺利通过舱内滑轨滑行区17，实现整个装置的安装、拆卸和在空间站舱内滑轨15上进行直线位移。
所述的第一卡子咬合键2和所述的第二卡子咬合键4的横截面为半圆形且方向相反，比同面积矩形横截面的咬合面积大。
所述的卡子外曲壳9为圆柱体；所述的卡子外曲壳9的曲面对称左右两侧分别有第一卡子控制键孔13和第二卡子控制键孔14，用于固定所述的第一卡子控制键1和所述的第二卡子控制键6的相对位置；所述的第一卡子控制键1和所述的第二卡子控制键6分别从所述的第一卡子控制键孔13和所述的第二卡子控制键孔14伸出。
所述的卡子外曲壳9的舱内滑轨接触面8包含卡子咬合键孔7，用于固定所述的第一卡子3和所述的第二卡子5间的最大间距，所述的第一卡子咬合键2和所述的第二卡子咬合键4从所述的卡子咬合键孔7伸出。
所述的卡子外曲壳9的固定物接触面11包含固定物连接孔12，用于连接需要固定的人员或物品，在零重力环境下完成定点作业或移动作业。
针对本实施例所述的固定物连接孔12为螺纹结构，与环式固定机构19进行螺纹连接，再通过环式固定机构19与宇航员舱内服上的锁扣进行连接，固定宇航员在舱内的位置，在零重力环境下完成定点作业或移动作业。
本发明提供一种空间站舱内滑轨用固定和位移装置，其特征在于包括第一卡子、第二卡子和卡子外曲壳；第一卡子与第二卡子形状和结构相同、方向相反，都包裹在卡子外曲壳中；第一卡子与第二卡子之间焊接压缩弹簧，且每个卡子都含有一个卡子咬合键和一个卡子控制键，卡子咬合键横截面为半圆形；卡子外曲壳对称两侧各有一个卡子控制键孔，卡子外曲壳的舱内滑轨接触面上有一个卡子咬合键孔，卡子外曲壳的固定物接触面上有一个固定物连接孔，用于连接需要固定的人员或物品，在零重力环境下，完成定点作业或移动作业。本发明适用横截面为C型或U型的凹型空间站舱内滑轨，宇航员通过两个手指按压卡子控制键，控制整个装置与滑轨之间的咬合程度，宇航员通过两个手指按压卡子控制键，控制整个装置与滑轨之间的咬合程度，从而实现宇航员、位置非固定设备及辅助器械借助舱内滑轨在空间站舱内进行相对位置固定及位移等零重力环境下的作业活动，装置安装与拆卸便捷，且与固定物连接方式灵活，不易对舱内滑轨的限位区域结构造成形变或损坏。
Claims (4)
1.一种空间站舱内滑轨用固定和位移装置，其特征在于：包括第一卡子控制键（1）、第一卡子咬合键（2）、第一卡子（3）、第二卡子咬合键（4）、第二卡子（5）、第二卡子控制键（6）、卡子外曲壳（9）和压缩弹簧（10）；所述的第一卡子（3）和所述的第二卡子（5）形状和结构相同、方向相反；所述的第一卡子（3）与所述的第二卡子（5）之间焊接有压缩弹簧（10），用于控制第一卡子（3）与第二卡子（5）之间的间距；第一卡子（3）和所述的第二卡子（5）包裹在卡子外曲壳（9）中；第一卡子咬合键（2）和第一卡子控制键（1）位于第一卡子（3）的两端，第二卡子咬合键（4）和第二卡子控制键（6）位于第二卡子（5）的两端；第一卡子咬合键（2）和第二卡子咬合键（4）形状和结构相同、方向相反；第一卡子控制键（1）和第二卡子控制键（6）形状和结构相同、方向相反；第一卡子咬合键（2）和第二卡子咬合键（4）的横截面为半圆形且方向相反；所述的卡子外曲壳（9）是圆柱体；卡子外曲壳（9）的曲面对称左右两侧分别开有第一卡子控制键孔（13）和第二卡子控制键孔（14），用于固定第一卡子控制键（1）和第二卡子控制键（6）的相对位置；第一卡子控制键（1）和第二卡子控制键（6）分别从第一卡子控制键孔（13）和第二卡子控制键孔（14）伸出；所述的卡子外曲壳（9）上的舱内滑轨接触面（8）开有卡子咬合键孔（7），用于限定第一卡子（3）与第二卡子（5）间的最大间距，第一卡子咬合键（2）和第二卡子咬合键（4）从卡子咬合键孔（7）伸出；所述的卡子外曲壳（9）上的固定物接触面（11）开有固定物连接孔（12）；
所述第一卡子（3）、第二卡子（5）和卡子外曲壳（9）选用高强轻质铝合金材料、陶瓷材料或碳纤维复合材料的任一种或任几种；
所述压缩弹簧（10）圆柱形螺旋弹簧。
2.根据权利要求1所述的空间站舱内滑轨用固定和位移装置，其特征在于：所述固定物连接孔（12）是螺纹孔。
3.根据权利要求1所述的空间站舱内滑轨用固定和位移装置，其特征在于：杆式固定机构（18）的一端与固定物连接孔（12）螺纹连接，杆式固定机构（18）的另一端与位置非固定设备或辅助器械进行连接。
4.根据权利要求1所述的空间站舱内滑轨用固定和位移装置，其特征在于：环式固定机构（19）的一端与固定物连接孔（12）螺纹连接，环式固定机构（19）的另一端与宇航员舱内服上的锁扣进行连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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