CN108609206A - 一种燃料站对接装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种燃料站对接装置及其方法,包括设置在燃料站上的主动座和设置在目标飞行器上的被动座,所述主动座、被动座均为杯状的框体结构,且所述主动座与被动座同轴设置,所述主动座上设置有对接锁紧机构和动力驱动组件,所述被动座上同轴设置有浮动对接插件,所述浮动对接插件沿被动座的轴线方向弹性伸缩位移;所述浮动对接插件上圆周向发散式设置有若干锁柄横杆,且各个所述锁柄横杆的端部分别设置有浮动缓冲机构;通过对接锁紧机构锁紧若干锁柄横杆使主动座与被动座贴合对接。本发明提供一种燃料站对接装置及其方法,其整体结构简单,可快速对接完成。
Description
技术领域
本发明属于空间站对接设备,特别涉及一种燃料站对接装置及其方法。
背景技术
目前在轨应用的空间对接机构主要是两个航天器之间或大型载荷设备与空间站之间的大型对接结构,可实现机、电、热、流体等资源传输,在我国空间站舱外试验中,空间对接机构多种,但是其大多结构复杂,成本高。
发明内容
发明目的:为了克服现有技术中存在的不足,本发明提供一种燃料站对接装置及其方法,其整体结构简单,可快速对接完成。
技术方案:为实现上述目的,本发明的技术方案如下:
一种燃料站对接装置,包括设置在燃料站上的主动座和设置在目标飞行器上的被动座,所述主动座、被动座均为杯状的框体结构,且所述主动座与被动座同轴设置,所述主动座上设置有对接锁紧机构和动力驱动组件,所述对接锁紧机构设置在朝向被动座的一侧,所述对接锁紧机构通过动力驱动组件驱动设置,所述主动座与对接锁紧机构同侧设置有定位机构;所述被动座上同轴设置有浮动对接插件,所述浮动对接插件沿被动座的轴线方向弹性伸缩位移;所述浮动对接插件上圆周向发散式设置有若干锁柄横杆,且各个所述锁柄横杆的端部分别设置有浮动缓冲机构;通过对接锁紧机构锁紧若干锁柄横杆使主动座与被动座贴合对接。
进一步的,所述对接锁紧机构包括依次从外圈至内圈环设的第一转杯、第二转杯和第三转杯,且所述第一转杯、第二转杯和第三转杯分别穿过主动座的安装孔,所述第一转杯靠近安装孔设置,所述第二转杯固定设置在主动座上,所述第一转杯、第三转杯分别绕主动座的轴线转动设置在主动座上,且所述第三转杯与第一转杯的转动方向相反;
所述第一转杯上包含若干圆周阵列设置的第一卡臂,所述第二转杯上包含若干圆周阵列设置的第二卡臂,若干第二卡臂周向间距设置,且若干两两相邻的第二卡臂之间形成锁紧卡槽,所述第三转杯上包含若干圆周阵列设置的第三卡臂,且所述第一卡臂与第三卡臂交叉设置,且所述第一卡臂与第三卡臂分别位于锁紧卡槽的两侧;
所述第一转杯与第三转杯相互转动时,所述第一卡臂、第三卡臂分别压覆锁柄横杆向锁紧卡槽内位移运动。
进一步的,所述第一卡臂与第三卡臂的交叉点在主动座轴线方向上的投影落入在锁紧卡槽内,所述锁紧卡槽的宽度值与锁柄横杆的直径值相等。
进一步的,所述第一卡臂与第三卡臂的形状结构相同;所述第一转杯包含环状的底盘和三个螺旋状圆周阵列设置在底盘上的第一卡臂,所述第一卡臂包括连接部和压合部,所述压合部通过连接部一体设置在底盘上,所述压合部为刀状或人脚状结构,所述压合部与锁柄横杆接触的一侧包含斜面结构和水平面结构,所述水平面结构与底盘间距设置,且所述水平面结构与底盘之间形成压合槽。
进一步的,所述动力驱动组件包括第一齿圈、第二齿圈、固定架和动力机构,所述第一齿圈套设在第一转杯的底部,所述第三转杯的底部设置有固定架,所述固定架为凸台状的环状壳体,所述固定架的底部套设有第二齿圈,所述主动座平行间距轴线设置有动力机构,所述动力机构为齿轮组,所述第一齿圈、第二齿圈分别通过动力机构同步传动设置,所述第一齿圈与第二齿圈转动方向相反。
进一步的,还包括触发传感组件,两个触发传感组件绕主动座的轴线圆周向设置,一个触发传感组件位于对接锁紧机构的转动起始端,另一个触发传感组件位于对接锁紧机构的转动终止端;所述触发传感组件包括固定块、接线端子、应变片和接触头,所述主动座上凹设有凹槽,所述固定块设置在凹槽内,所述接线端子设置在固定块上,所述接线端子靠近主动座轴线的一侧设置有应变片,所述第一转杯沿径向设置有一个接触头,所述接触头凸出第一转杯的外臂,且所述第一转杯转动时,接触头接触抵压应变片。
进一步的,所述定位机构包括浮动头和相邻所述浮动头设置的精定位销,所述浮动头设置在主动座朝向被动座的一面上,且所述浮动头为沿主动座轴向位移的弹性柱结构,所述被动座朝向主动座的一面上对应设置有粗定位孔和精定位孔,所述粗定位孔与浮动头对应设置,所述精定位孔与精定位销对应设置。
一种燃料站对接装置的方法,包括以下步骤:
S1:在燃料站与目标飞行器准备对接时,动力驱动组件驱动对接锁紧机构运转,所述第一转杯和第二转杯周向转动,且第一转杯与第二转杯转动方向相反;
S2:第一卡臂和第三卡臂持续转动,且第一卡臂和第三卡臂的形成交叉的结构并压覆锁紧横杆朝向主动座位移,直至锁紧横杆压紧在锁紧卡槽中,被动座与主动座贴合对接,浮动对接插件与燃料站对接,动力驱动组件停止,第一转杯和第三转杯停止转动;
S3:补加完成后,动力驱动组件运转,第一转杯和第三转杯均方向转动,第一转杯和第三转杯分别顶起锁紧横杆,使锁紧横杆顶出锁紧卡槽,其直至完全脱离对接锁紧机构。
有益效果:本发明的整体结构简单,可快速对接完成;通过对接锁紧机构对锁紧横杆的锁紧,可保证精准的定位精度及对接精度,而且还能防止在对接后,主动座与被动座的松动,保证两者始终贴合紧密。
附图说明
附图1为本发明的整体结构的对接状态的结构示意图;
附图2为本发明的整体结构准备对接状态的结构示意图;
附图3为本发明的另一视角的准备对接状态的结构示意图;
附图4为本发明的对接锁紧机构与锁紧横杆准备对接时的结构示意图;
附图5为本发明的对接锁紧机构与锁紧横杆正在对接时的结构示意图;
附图6为本发明的锁紧横杆准备对接在锁紧卡槽时的结构示意图;
附图7为本发明的对接锁紧机构与锁紧横杆对接完成后的结构示意图;
附图8为本发明的对接锁紧机构的爆炸结构示意图;
附图9为本发明的第一转杯的结构示意;
附图10为本发明的整体结构的半剖结构示意图;
附图11为本发明的主动座结构的俯视图;
附图12为本发明的触发传感组件的结构示意图;
附图13为本发明的锁紧横杆及浮动对接插件的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如附图1至附图3所示,一种燃料站对接装置,包括设置在燃料站上的主动座1和设置在目标飞行器上的被动座2,所述主动座1、被动座2均为杯状的筐体结构,且所述主动座1与被动座2同轴设置,所述主动座1上设置有对接锁紧机构3和动力驱动组件4,所述对接锁紧机构3设置在朝向被动座2的一侧,所述对接锁紧机构3通过动力驱动组件4驱动设置,所述主动座1与对接锁紧机构3同侧设置有定位机构8;通过定位机构8使对接后的主动座与被动座之间精确对接,所述被动座2上同轴设置有浮动对接插件5;所述浮动对接插件5沿被动座2的轴线方向弹性伸缩位移;浮动对接插件通过复位弹簧29以及穿设在复位弹簧29内的导向杆相对于被动座弹性伸缩,所述浮动对接插件5上圆周向发散式设置有若干锁柄横杆6,且各个所述锁柄横杆6的端部分别设置有浮动缓冲机构7,当主动座与被动座对接时,通过浮动缓冲机构7对浮动对接插件和锁柄横杆进行缓冲,防止对接时受力过大对元件造成损伤;通过对接锁紧机构3锁紧若干锁柄横杆6使主动座1与被动座2贴合对接。本发明的整体结构简单,可快速对接完成;通过对接锁紧机构对锁紧横杆的锁紧,可保证精准的定位精度及对接精度,而且还能防止在对接后,主动座与被动座的松动,保证两者始终贴合紧密。
如附图13所示,所述浮动缓冲机构7包括固定筒35、弹簧36、缓冲杆39和套筒37,所述固定筒垂直设置在被动座2远离主动座1的一侧,所述缓冲杆39穿设在固定筒35中,所述缓冲杆39上固定套设有套筒37,所述套筒37与锁紧横杆6连接,且所述锁紧横杆6垂直于缓冲杆39,所述套筒与固定筒的顶部之间设置有弹簧36,所述弹簧36套设在缓冲杆39上,所述缓冲杆朝向主动座的一端上还设置有碟形弹簧,用于增加锁柄横杆的缓冲强度,且所述缓冲杆的另一端伸出至固定筒外且端部设置有限位挡板701,以限位套筒自由状态下的位置,固定筒朝向锁柄横杆的一侧开设有避位槽702以保证锁柄横杆的轴向位移。通过浮动缓冲机构一方面缓冲主动座与被动座在对接时的相互作用力,另一方面用于保证锁柄横杆在轴向的弹性伸缩位移以及平衡,使对接时锁柄横杆能被锁紧机构拉出。
如附图4至附图9所示,所述对接锁紧机构3包括依次从外圈至内圈环设的第一转杯10、第二转杯11和第三转杯12,且所述第一转杯10、第二转杯11和第三转杯12分别穿过主动座1的安装孔9,该安装孔9为贯穿主动座轴向的通孔,所述第一转杯10靠近安装孔9设置,所述第二转杯11固定设置在主动座1上,所述第一转杯10、第三转杯12分别绕主动座1的轴线转动设置在主动座1上,且所述第三转杯12与第一转杯10的转动方向相反;
所述第一转杯10上包含若干圆周阵列设置的第一卡臂101,所述第二转杯11上包含若干圆周阵列设置的第二卡臂111,若干第二卡臂111周向间距设置,且若干两两相邻的第二卡臂111之间形成锁紧卡槽112,所述第二卡臂为拱形的形状,且第二卡臂靠近两个端部的位置为直线部,形成的锁紧卡槽112为直槽结构,所述第三转杯12上包含若干圆周阵列设置的第三卡臂121,且所述第一卡臂101与第三卡臂121交叉设置,且所述第一卡臂101与第三卡臂121分别位于锁紧卡槽112的两侧;
所述第一转杯11与第三转杯12相互转动时,所述第一卡臂101、第三卡臂121分别压覆锁柄横杆6向锁紧卡槽112内位移运动。在第一转杯10和第三转杯12相对转动时,两个伸出卡臂形成叉形结构,对锁紧横杆形成三个方向的自由度限制,促使锁柄横杆向主动座的方向位移。该结构具有自动捕获的作用,在主动座与被动座准备对接时,无论锁柄横杆在哪个角度,均为使两个卡臂形成的若干组卡臂组件对锁柄横杆进行拉动,且在拉动的过程中还能调整主动座与被动座之间的周向相对位置。
其中:附图4为对接锁紧机构与锁紧横杆准备对接时的结构示意图;为准备对接阶段;附图5为对接锁紧机构与锁紧横杆正在对接时的结构示意图;通过第一卡臂和第三卡臂使锁柄横杆向锁紧卡槽位移,且该过程中可完成被动座与主动座的周向的相对位置的调整,也即完成粗定位,同时通过两个卡臂对锁柄横杆进行导向;附图6为锁紧横杆准备对接在锁紧卡槽时的结构示意图;通过锁紧卡槽对锁紧横杆的进一步定位,完成锁紧横杆的次级定位,保证定位精度;附图7为对接锁紧机构与锁紧横杆对接完成后的结构示意图;此时主动座与被动座对接完成,并通过定位机构8完成主动座与被动座的精定位。
如附图2和附图3所示,所述定位机构8包括浮动头31和相邻所述浮动头31设置的精定位销30,所述浮动头31设置在主动座1朝向被动座2的一面上,且所述浮动头31为沿主动座1轴向位移的弹性柱结构,所述被动座2朝向主动座1的一面上对应设置有粗定位孔33和精定位孔34,所述粗定位孔33与浮动头31对应设置,所述精定位孔34与精定位销30对应设置。在主动座与被动座的对接末期,通过浮动头与粗定位孔再一次进行导向,保证精定位销的精确定位,通过两个卡臂对锁柄横杆的压覆完成第一次的粗定位和导向,通过锁紧卡槽完成主动座与被动座的次级定位,通过锁紧卡槽校正主动座与被动座的周向相对位置;通过浮动头和精定位销,进一步的校正位移偏差,保证主动座与被动座的对接有非常高的对接精度。
所述第一卡臂101与第三卡臂121的交叉点在主动座1轴线方向上的投影落入在锁紧卡槽112内,所述锁紧卡槽112的宽度值与锁柄横杆6的直径值相等。通过锁紧卡槽完成主动座与被动座的次级定位,通过锁紧卡槽校正主动座与被动座的周向相对位置。
如附图8和附图9所示,所述第一卡臂101与第三卡臂121的形状结构相同;所述第一转杯10包含环状的底盘106和三个螺旋状圆周阵列设置在底盘106上的第一卡臂101,所述第一卡臂101包括连接部103和压合部102,所述压合部102通过连接部103一体设置在底盘106上,所述压合部102为刀状或人脚状结构,所述压合部102与锁柄横杆6接触的一侧包含斜面结构107和水平面结构105,斜面结构107为弧状的光滑过渡面,斜面结构107和水平面结构105构成压合面;所述水平面结构105与底盘106间距设置,且所述水平面结构105与底盘106之间形成压合槽104,所述压合槽的宽度与锁柄横杆的直径大小相同;所述压合部102远离锁柄横杆的一侧为推出面108,所述推出面为陡坡状结构,在转杯翻转时,所述推出面108向上推动锁柄横杆6,使锁柄横杆退出锁紧卡槽。当第一转杯10和第三转杯12的卡臂转动到锁止点109时,锁柄横杆6被完全压入在锁紧卡槽112内,完成对接,该锁止点109为斜面结构107与水平面结构105的转折点,此时第一转杯与第三转杯继续转动,锁柄横杆卡入第一转杯与第三转杯上的压合槽104,以此对锁柄横杆进行锁紧和锁止,限制锁柄横杆的周向自由度,保证定位精准。
如附图10所示,所述动力驱动组件4包括第一齿圈17、第二齿圈15、固定架16和动力机构,所述第一齿圈17套设在第一转杯10的底部,所述第三转杯12的底部设置有固定架16,所述固定架16为凸台状的环状壳体,所述固定架16的底部套设有第二齿圈15,所述主动座1平行间距轴线设置有动力机构,所述动力机构为齿轮组,所述第一齿圈15、第二齿圈17分别通过动力机构同步传动设置,所述第一齿圈15与第二齿圈17转动方向相反。所述动力机构包括第一传动轴14,所述第一传动轴14上套设有主齿轮20,所述主齿轮20与第一齿圈啮合传动;间距第一传动轴14平行设置有第二传动轴,所述第二传动轴设套设有中间齿轮19和从动齿轮18,所述第二传动轴通过中间齿轮19啮合传动,所述从动齿轮18与第二齿圈17啮合传动,所述主齿轮、中间齿轮、从动齿轮的传动为1:1:1;通过齿轮组时第一齿圈与第二齿圈的转动方向相反,且同步转动,整体结构简单,减少动力驱动组件的设置,优化结构,且保证第一转杯与第三转杯的相对转动完全同步,在动力机构停转时,也可通过齿轮组反向限位于第一转杯和第三转杯,防止其方向转动,保证锁紧稳定。
如附图11和附图12所示,还包括触发传感组件21,两个触发传感组件21绕主动座1的轴线圆周向设置,一个触发传感组件21位于对接锁紧机构的转动起始端,另一个触发传感组件位于对接锁紧机构的转动终止端;所述触发传感组件包括固定块23、接线端子24、应变片26和接触头25,所述主动座1上凹设有凹槽22,所述固定块23设置在凹槽22内,所述接线端子24设置在固定块上,所述接线端子靠近主动座轴线的一侧设置有应变片26,所述第一转杯10沿径向设置有一个接触头26,所述接触头25凸出第一转杯的外臂,且所述第一转杯转动时,接触头25接触抵压应变片26,所述接线端子为位置传感器,通过对第一转杯的转动角度检测,以对转杯的转动进行启停控制。
如附图1至附图13所示,一种燃料站对接装置的方法,包括以下步骤:
S1:在燃料站与目标飞行器准备对接时,动力驱动组件驱动对接锁紧机构运转,所述第一转杯和第二转杯周向转动,且第一转杯与第二转杯转动方向相反;
S2:第一卡臂和第三卡臂持续转动,且第一卡臂和第三卡臂的形成交叉的结构并压覆锁紧横杆朝向主动座位移,直至锁紧横杆压紧在锁紧卡槽中,被动座与主动座贴合对接,浮动对接插件与燃料站对接,动力驱动组件停止,第一转杯和第三转杯停止转动;
S3:补加完成后,动力驱动组件运转,第一转杯和第三转杯均方向转动,第一转杯和第三转杯分别顶起锁紧横杆,使锁紧横杆顶出锁紧卡槽,其直至完全脱离对接锁紧机构。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出:对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种燃料站对接装置,其特征在于:包括设置在燃料站上的主动座(1)和设置在目标飞行器上的被动座(2),所述主动座(1)、被动座(2)均为杯状的框体结构,且所述主动座(1)与被动座(2)同轴设置,所述主动座(1)上设置有对接锁紧机构(3)和动力驱动组件(4),所述对接锁紧机构(3)设置在朝向被动座(2)的一侧,所述对接锁紧机构(3)通过动力驱动组件(4)驱动设置,所述主动座(1)与对接锁紧机构(3)同侧设置有定位机构(8);所述被动座(2)上同轴设置有浮动对接插件(5),所述浮动对接插件(5)沿被动座(2)的轴线方向弹性伸缩位移;所述浮动对接插件(5)上圆周向发散式设置有若干锁柄横杆(6),且各个所述锁柄横杆(6)的端部分别设置有浮动缓冲机构(7);通过对接锁紧机构(3)锁紧若干锁柄横杆(6)使主动座(1)与被动座(2)贴合对接。
2.根据权利要求1所述的一种燃料站对接装置,其特征在于:所述对接锁紧机构(3)包括依次从外圈至内圈环设的第一转杯(10)、第二转杯(11)和第三转杯(12),且所述第一转杯(10)、第二转杯(11)和第三转杯(12)分别穿过主动座(1)的安装孔(9),所述第一转杯(10)靠近安装孔(9)设置,所述第二转杯(11)固定设置在主动座(1)上,所述第一转杯(10)、第三转杯(12)分别绕主动座(1)的轴线转动设置在主动座(1)上,且所述第三转杯(12)与第一转杯(10)的转动方向相反;
所述第一转杯(10)上包含若干圆周阵列设置的第一卡臂(101),所述第二转杯(11)上包含若干圆周阵列设置的第二卡臂(111),若干第二卡臂(111)周向间距设置,且若干两两相邻的第二卡臂(111)之间形成锁紧卡槽(112),所述第三转杯(12)上包含若干圆周阵列设置的第三卡臂(121),且所述第一卡臂(101)与第三卡臂(121)交叉设置,且所述第一卡臂(101)与第三卡臂(121)分别位于锁紧卡槽(112)的两侧;
所述第一转杯(11)与第三转杯(12)相互转动时,所述第一卡臂(101)、第三卡臂(121)分别压覆锁柄横杆(6)向锁紧卡槽(112)内位移运动。
3.根据权利要求2所述的一种燃料站对接装置,其特征在于:所述第一卡臂(101)与第三卡臂(121)的交叉点在主动座(1)轴线方向上的投影落入在锁紧卡槽(112)内,所述锁紧卡槽(112)的宽度值与锁柄横杆(6)的直径值相等。
4.根据权利要求2所述的一种燃料站对接装置,其特征在于:所述第一卡臂(101)与第三卡臂(121)的形状结构相同;所述第一转杯(10)包含环状的底盘(106)和三个螺旋状圆周阵列设置在底盘(106)上的第一卡臂(101),所述第一卡臂(101)包括连接部(103)和压合部(102),所述压合部(102)通过连接部(103)一体设置在底盘(106)上,所述压合部(102)为刀状或人脚状结构,所述压合部(102)与锁柄横杆(6)接触的一侧包含斜面结构(107)和水平面结构(105),所述水平面结构(105)与底盘(106)间距设置,且所述水平面结构(105)与底盘(106)之间形成压合槽(104)。
5.根据权利要求2所述的一种燃料站对接装置,其特征在于:所述动力驱动组件(4)包括第一齿圈(17)、第二齿圈(15)、固定架(16)和动力机构,所述第一齿圈(17)套设在第一转杯(10)的底部,所述第三转杯(12)的底部设置有固定架(16),所述固定架(16)为凸台状的环状壳体,所述固定架(16)的底部套设有第二齿圈(15),所述主动座(1)平行间距轴线设置有动力机构,所述动力机构为齿轮组,所述第一齿圈(15)、第二齿圈(17)分别通过动力机构同步传动设置,所述第一齿圈(15)与第二齿圈(17)转动方向相反。
6.根据权利要求2所述的一种燃料站对接装置,其特征在于:还包括触发传感组件(21),两个触发传感组件(21)绕主动座(1)的轴线圆周向设置,一个触发传感组件(21)位于对接锁紧机构的转动起始端,另一个触发传感组件位于对接锁紧机构的转动终止端;所述触发传感组件包括固定块(23)、接线端子(24)、应变片(26)和接触头(25),所述主动座(1)上凹设有凹槽(22),所述固定块(23)设置在凹槽(22)内,所述接线端子(24)设置在固定块上,所述接线端子靠近主动座轴线的一侧设置有应变片(26),所述第一转杯(10)沿径向设置有一个接触头(26),所述接触头(25)凸出第一转杯的外臂,且所述第一转杯转动时,接触头(25)接触抵压应变片(26)。
7.根据权利要求1所述的一种燃料站对接装置,其特征在于:所述定位机构(8)包括浮动头(31)和相邻所述浮动头(31)设置的精定位销(30),所述浮动头(31)设置在主动座(1)朝向被动座(2)的一面上,且所述浮动头(31)为沿主动座(1)轴向位移的弹性柱结构,所述被动座(2)朝向主动座(1)的一面上对应设置有粗定位孔(33)和精定位孔(34),所述粗定位孔(33)与浮动头(31)对应设置,所述精定位孔(34)与精定位销(30)对应设置。
8.一种燃料站对接装置的方法,其特征在于:包括以下步骤:
S1:在燃料站与目标飞行器准备对接时,动力驱动组件驱动对接锁紧机构运转,所述第一转杯和第二转杯周向转动,且第一转杯与第二转杯转动方向相反;
S2:第一卡臂和第三卡臂持续转动,且第一卡臂和第三卡臂的形成交叉的结构并压覆锁紧横杆朝向主动座位移,直至锁紧横杆压紧在锁紧卡槽中,被动座与主动座贴合对接,浮动对接插件与燃料站对接,动力驱动组件停止,第一转杯和第三转杯停止转动;
S3:补加完成后,动力驱动组件运转,第一转杯和第三转杯均方向转动,第一转杯和第三转杯分别顶起锁紧横杆,使锁紧横杆顶出锁紧卡槽,其直至完全脱离对接锁紧机构。
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Cited By (3)
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CN110104222A (zh) * | 2019-04-25 | 2019-08-09 | 北京控制工程研究所 | 一种基于混合模式推进的模块化推进服务系统 |
CN110416775A (zh) * | 2019-06-03 | 2019-11-05 | 中国航天时代电子有限公司 | 一种机电对接接口及基于该接口的在轨可重构飞行器单元 |
CN113353235A (zh) * | 2021-04-01 | 2021-09-07 | 南京航空航天大学 | 一种可实现组合体飞行器之间的锁紧分离机构及工作方法 |
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