CN109098275B - 基于带材连接成型的连续性桁架在轨建造系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种基于带材连接成型的连续性桁架在轨建造系统，该建造系统的机体安装于桁架外周，n个斜梁供给模块位于机体内部，n个斜梁供给模块与斜梁旋转架连接，斜梁旋转架模块带动斜梁供给模块做回转运动，n个纵梁送进模块固定于机体一端，横梁布置模块固定于机体另一端，n个连接固结装置固定于机体向外伸出的一端，用于将伸出的纵梁、斜梁和横梁的重叠接口处进行固定。解决现有技术中用于航空航天领域的大型空间桁架结构发射成本高、结构复杂、发射时占用体积大和无法实现百米级甚至千米级的长度的问题。本发明具有结构简单、重量较轻、发射时占用体积小的优点，突破火箭运输空间对桁架结构尺寸的限制，减少火箭运输单位长度桁架成本。

Description

基于带材连接成型的连续性桁架在轨建造系统

技术领域

本发明涉及一种基于带材连接成型的连续性桁架在轨建造系统，属于桁架建造设备技术领域。

背景技术

现有技术用于航空航天领域的大型空间桁架，如太阳能电池板支撑架、通讯天线阵列背架、大型空间反射镜背架，都是采用可折展型结构，在地面上制造完毕，收拢发射后在太空中进行展开。但这种折展型的空间大型桁架结构，有以下缺点：1)其尺寸受限于运载火箭的空间；2)随着空间桁架结构尺寸的增加，建造费用会急剧升高，同时稳定性降低；3)重量相对较重，空间利用率小，导致发射成本较高；4)空间桁架结构的长度难以达到百米级甚至千米级。

发明内容

本发明目的是为解决现有技术中用于航空航天领域的大型空间桁架结构发射成本高、结构复杂、发射时占用体积大以及无法实现百米级甚至千米级的长度的问题，提供一种基于带材连接成型的连续性桁架在轨建造系统，该建造系统具有结构简单、重量较轻、发射时占用体积小的优点，能够突破火箭运输空间对桁架结构尺寸的限制，并且减少火箭运输单位长度桁架的成本。

本发明为达此目的，采用以下技术方案：

本发明所述的基于带材连接成型的连续性桁架在轨建造系统包括机体、n个斜梁供给模块、横梁布置模块、n个纵梁送进模块、n个连接固结装置和斜梁旋转架模块，其中n＝桁架截面的多边形边数；所述机体安装于桁架的外周，n个所述斜梁供给模块位于机体内部，用于供给斜梁原料，n个所述斜梁供给模块与斜梁旋转架连接，所述斜梁旋转架模块位于机体的内部，用于带动斜梁供给模块做回转运动，所述斜梁旋转架模块的回转轴线与桁架的中心轴线重合；n个纵梁送进模块固定于机体的一端，用于供给与输送纵梁原料，所述横梁布置模块固定于机体的另一端，用于供给和布置横梁原料，n个所述连接固结装置固定于机体向外伸出的一端，用于将伸出的纵梁、斜梁和横梁的重叠接口处进行固定，形成桁架。

优选的，所述斜梁供给模块包括左旋斜梁供给模块和右旋斜梁供给模块，所述左旋斜梁供给模块用于供给左旋斜梁原料，右旋斜梁供给模块用于供给右旋斜梁原料。

优选地，所述斜梁旋转架模块包括左旋斜梁旋转架和右旋斜梁旋转架，n个所述左旋斜梁供给模块与左旋斜梁旋转架连接，所述左旋斜梁旋转架用于带动左旋斜梁旋转架左旋；n个所述右旋斜梁供给模块与右旋斜梁旋转架连接，所述右旋斜梁旋转架用于带动右旋斜梁旋转架右旋。

优选的，所述左旋斜梁供给模块包括左旋斜梁原料存储盘以及左旋斜梁原料存储盘的支撑结构，所述左旋斜梁原料存储盘的支撑结构与左旋斜梁旋转架连接，使得左旋斜梁供给模块随着左旋斜梁旋转架绕桁架的轴线旋转，所述左旋斜梁原料存储盘为打包成盘形的带状左旋斜梁原料。

优选地，所述右旋斜梁供给模块包括右旋斜梁原料存储盘以及右旋斜梁原料存储盘的支撑结构，所述右旋斜梁原料存储盘的支撑结构与右旋斜梁旋转架连接，使得右旋斜梁供给模块随着右旋斜梁旋转架绕桁架轴线旋转，所述右旋斜梁原料存储盘为打包成盘形的带状右旋斜梁原料。

优选的，所述横梁布置模块包括横梁布置槽、横梁原料存储盘以及横梁原料存储盘的支撑结构，所述横梁原料存储盘是打包成盘形的带状横梁原料，所述横梁原料存储盘的支撑结构与机体连接，用于支撑横梁原料存储盘，所述横梁原料存储盘、横梁原料和横梁布置槽设置在一条直线上且垂直于桁架伸出方向。

优选地，所述纵梁送进模块包括纵梁原料存储盘、纵梁送进轮以及纵梁原料存储盘的支撑结构，所述纵梁原料存储盘是打包成盘形的带状纵梁原料，所述纵梁原料存储盘的支撑结构与机体连接，用于支撑纵梁原料存储盘，所述纵梁原料存储盘、纵梁原料和纵梁送进轮设置在一条直线上，所述纵梁送进轮用于纵梁原料的限位与推进。

本发明所述的基于带材连接成型的连续性桁架在轨建造系统的工作原理为：

所述的大型空间桁架由纵梁、横梁和斜梁组成，制造纵梁、横梁和斜梁的原料为带状，其材质可以为金属或其他可塑性材料，纵梁、横梁和斜梁等原料在地面上进行预成型并打包成原料储存盘，由运载火箭发射至太空，然后安装到桁架建造系统中，可由桁架建造系统在轨建造出百米级乃至千米级的大型桁架结构。

本发明所述的基于带材连接成型的连续性桁架在轨建造系统的有益效果为：

(1)、本发明采用的建造桁架纵梁、横梁、斜梁的原料为盘状的带材，包装密度较高，携带方便，占地空间小。

(2)、本发明采用的建造方式能够突破航天器运载空间对桁架尺寸的限制，能够实现百米级甚至千米级的空间桁架结构建造。

(3)、本发明中的桁架建造原料可以更换，当原料存储盘上的原料用完后，可以更换新的原料存储盘，继续进行桁架的建造。

(4)、本发明中的桁架建造系统与桁架建造原料可以分批次运入太空，而且在将桁架建造系统运送至太空后，后续建造任务中只需运送桁架建造原料即可。

(5)、本发明可以根据不同的建造需求更改建造系统的结构，如建造三角形截面的桁架，纵梁原料存储盘、纵梁送进轮、左旋斜梁存储盘、右旋斜梁存储盘、连接固结装置需要布置三组；如果需要建造多边形截面的桁架，上述装置的组数与桁架截面多边形的边数保持一致即可。此外还可以根据对桁架刚度的不同需求，选择建造双斜梁的桁架或单斜梁的桁架。

(6)、本发明所述的基于带材连接成型的连续性桁架在轨建造系统采用将原料在地面上进行预成型，发射至太空进行组装，能够实现百米级以及千米级的大型桁架在轨建造，具有结构简单、桁架单位长度的重量较轻、发射时占用体积小的优点，能够突破火箭运输空间对桁架结构尺寸的限制，并且节省火箭运输过程中的成本。

附图说明

图1是本发明所述的基于带材连接成型的连续性桁架在轨建造系统的结构示意图；

图2是本发明具体实施方式所述的具有左旋斜梁和右旋斜梁的双斜梁桁架的结构示意图；

图3是本发明具体实施方式所述的单斜梁的桁架的结构示意图；

图中：1-机体；2-左旋斜梁原料存储盘；3-左旋斜梁原料；4-右旋斜梁原料存储盘；5-右旋斜梁原料；6-横梁原料存储盘；7-横梁原料；8-连接固结装置；9-纵梁原料存储盘；10-纵梁送进轮；11-左旋斜梁旋转架；12-右旋斜梁旋转架；13-横梁布置槽；14-纵梁；15-左旋斜梁；16-右旋斜梁；17-横梁；18-桁架；19-纵梁原料。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式进一步说明本发明的技术方案。

具体实施方式一、参见图1-图3说明本实施方式，本实施方式所述的基于带材连接成型的连续性桁架在轨建造系统包括机体1、n个斜梁供给模块、横梁布置模块、n个纵梁送进模块、n个连接固结装置8和斜梁旋转架模块，其中n＝桁架截面的多边形边数；所述机体1安装于桁架18的外周，n个所述斜梁供给模块位于机体1内部，用于供给斜梁原料，n个所述斜梁供给模块与斜梁旋转架连接，所述斜梁旋转架模块位于机体1的内部，用于带动斜梁供给模块做回转运动，所述斜梁旋转架模块的回转轴线与桁架18的中心轴线重合；n个纵梁送进模块固定于机体1的一端，用于供给与输送纵梁原料19，所述横梁布置模块固定于机体1的另一端，用于供给和布置横梁原料7，n个所述连接固结装置8固定于机体1向外伸出的一端，用于将伸出的纵梁14、斜梁和横梁17的重叠接口处进行固定，形成桁架18。

所述斜梁包括左旋斜梁15和右旋斜梁16组成的双斜梁，如图2所述，也包括仅由左旋斜梁15或者右旋斜梁16组成的单斜梁。

所述桁架18由纵梁14、斜梁和横梁17连接成型，连接方式包括但不仅限于激光熔接、真空电子束焊接、电流焊接、粘接和铆接。所述纵梁14为其轴向方向与桁架18伸长方向相平行的梁；所述横梁17为其轴向方向与桁架18伸长方向相垂直的梁；所述左旋斜梁15为缠绕在纵梁14外围，缠绕方向为左旋的斜梁；所述右旋斜梁16为缠绕在纵梁14外围，缠绕方向为右旋的斜梁。

所述斜梁供给模块包括左旋斜梁供给模块和右旋斜梁供给模块，所述左旋斜梁供给模块用于供给左旋斜梁原料3，右旋斜梁供给模块用于供给右旋斜梁原料5。

所述斜梁旋转架模块包括左旋斜梁旋转架11和右旋斜梁旋转架12，n个所述左旋斜梁供给模块与左旋斜梁旋转架11连接，所述左旋斜梁旋转架11用于带动左旋斜梁旋转架11左旋；n个所述右旋斜梁供给模块与右旋斜梁旋转架12连接，所述右旋斜梁旋转架12用于带动右旋斜梁旋转架12右旋。

所述左旋斜梁供给模块包括左旋斜梁原料存储盘2以及左旋斜梁原料存储盘的支撑结构，所述左旋斜梁原料存储盘的支撑结构与左旋斜梁旋转架11连接，使得左旋斜梁供给模块随着左旋斜梁旋转架11绕桁架18的轴线旋转，所述左旋斜梁原料存储盘2为打包成盘形的带状左旋斜梁原料3。

所述右旋斜梁供给模块包括右旋斜梁原料存储盘4以及右旋斜梁原料存储盘的支撑结构，所述右旋斜梁原料存储盘的支撑结构与右旋斜梁旋转架12连接，使得右旋斜梁供给模块随着右旋斜梁旋转架12绕桁架18轴线旋转，所述右旋斜梁原料存储盘4为打包成盘形的带状右旋斜梁原料5。

所述左旋斜梁原料存储盘2和右旋斜梁原料存储盘4与旋转架模块铰接，可以调节左旋斜梁原料存储盘2和右旋斜梁原料存储盘4与桁架18的倾斜角度。

所述n个左旋斜梁供给模块与左旋斜梁旋转架11连接，用于供给左旋斜梁15，其中左旋斜梁供给模块与左旋斜梁旋转架11之间的角度可以调节；同样地，所述n个右旋斜梁供给模块与右旋斜梁旋转架12连接，用于供给右旋斜梁16，其中右旋斜梁供给模块与右旋斜梁旋转架12之间的角度可以调节；所述左旋斜梁旋转架11、右旋斜梁旋转架12分别与机体1以回转副连接，其回转轴线分别与桁架18的轴线重合；在所述左旋斜梁旋转架11绕其回转轴线做左旋运动时，来自左旋斜梁供给模块的左旋斜梁原料被拉出，并缠绕在桁架18的纵梁14上，形成桁架18的左旋斜梁15；同样地，在所述右旋斜梁旋转架绕12其回转轴线做右旋运动时，来自右旋斜梁供给模块的右旋斜梁原料被拉出，并缠绕在桁架18的纵梁14上，形成桁架的右旋斜梁16。

所述横梁布置模块包括横梁布置槽13、横梁原料存储盘6以及横梁原料存储盘的支撑结构，所述横梁原料存储盘6是打包成盘形的带状横梁原料7，所述横梁原料存储盘的支撑结构与机体1连接，用于支撑横梁原料存储盘6，所述横梁原料存储盘6、横梁原料7和横梁布置槽13设置在一条直线上且垂直于桁架18伸出方向。所述横梁布置模块将横梁原料7缠绕在桁架18外围

所述纵梁送进模块包括纵梁原料存储盘9、纵梁送进轮10以及纵梁原料存储盘的支撑结构，所述纵梁原料存储盘9是打包成盘形的带状纵梁原料19，所述纵梁原料存储盘的支撑结构与机体1连接，用于支撑纵梁原料存储盘9，所述纵梁原料存储盘9、纵梁原料19和纵梁送进轮10设置在一条直线上，所述纵梁送进轮10用于纵梁原料19的限位与推进。

所述纵梁14、横梁17和斜梁的原料均为带状，包装形式为盘状，即带状原料是缠绕在原料储存盘上的。带状原料的特性与钢卷尺的性质相似，即当带状原料从原料带存储盘上拉出后，带状原料的截面形状会在自身弹性作用下或带状原料处理装置的作用下发生改变，使得截面刚度增大。

本发明所述的基于带材连接成型的连续性桁架在轨建造系统的具体操作过程为：

所述纵梁原料19从纵梁原料存储盘9中转出，由纵梁送进轮10向前送进；所述左旋斜梁原料3从左旋斜梁原料存储盘2中转出，左旋斜梁原料存储盘2固定在左旋斜梁旋转架11上，并随着左旋斜梁旋转架11一同做左旋转动，在转动过程中，左旋斜梁原料3会缠绕在纵梁14上。同理，所述右旋斜梁原料5从右旋斜梁原料存储盘4中转出，右旋旋斜梁原料存储盘4固定在右旋斜梁旋转架12上，并随着右旋斜梁旋转架12一同做右旋转动，在转动过程中，右旋斜梁原料5会缠绕在纵梁14上。

所述横梁原料7从横梁原料存储盘6中转出，在横梁布置槽13的作用下，缠绕在纵梁14、左旋斜梁15以及右旋斜梁16的外围，然后横梁原料7被横梁布置槽13切断并压紧。在桁架18整体往前送进的过程中，连接固结装置8会将纵梁14、左旋斜梁15、右旋斜梁16以及横梁17的接口区域进行连接固定，并将固结的桁架18向外输出。

建造的桁架18的截面可以是三角形、方形或者多边形，当所需建造的桁架18截面为三角形时，n＝3，在桁架在轨建造系统中，纵梁原料存储盘9、纵梁送进轮10、左旋斜梁原料存储盘2、右旋斜梁原料存储盘4和连接固结装置8这五种装置应有三组，且这三组装置绕桁架的轴线呈圆周阵列分布。当所需建造的桁架截面为多边形时，这五种装置的阵列数应与多边形的边数一致，n＝桁架截面的多边形边数。

所述左旋斜梁原料存储盘2、右旋斜梁原料存储盘4、纵梁原料存储盘9、横梁原料存储盘6都是可以更换的，当带状原料使用完后，换上新的原料存储盘后，桁架在轨建造系统可以继续实现桁架的建造。

本发明所述的基于带材连接成型的连续性桁架在轨建造系统可以根据桁架的建造需要，建造出只有一种斜梁的桁架18，即只有左旋斜梁或只有右旋斜梁的桁架18，如图3所示，也可以根据需要建造出具有左旋斜梁和右旋斜梁的双斜梁桁架18，如图2所示。

虽然本发明已以明确的数据和实施例公开，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的本质范围内，都可以做适当的参数修改，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (7)

1.一种基于带材连接成型的连续性桁架在轨建造系统，其特征在于，包括机体(1)、n个斜梁供给模块、横梁布置模块、n个纵梁送进模块、n个连接固结装置(8)和斜梁旋转架模块，其中n＝桁架截面的多边形边数；所述机体(1)安装于桁架(18)的外周，n个所述斜梁供给模块位于机体(1)内部，用于供给斜梁原料，n个所述斜梁供给模块与斜梁旋转架连接，所述斜梁旋转架模块位于机体(1)的内部，用于带动斜梁供给模块做回转运动，所述斜梁旋转架模块的回转轴线与桁架(18)的中心轴线重合；n个纵梁送进模块固定于机体(1)的一端，用于供给与输送纵梁原料(19)，所述横梁布置模块固定于机体(1)的另一端，用于供给和布置横梁原料(7)，n个所述连接固结装置(8)固定于机体(1)向外伸出的一端，用于将伸出的纵梁(14)、斜梁和横梁(17)的重叠接口处进行固定，形成桁架(18)。

2.根据权利要求1所述的基于带材连接成型的连续性桁架在轨建造系统，其特征在于，所述斜梁供给模块包括左旋斜梁供给模块和右旋斜梁供给模块，所述左旋斜梁供给模块用于供给左旋斜梁原料(3)，右旋斜梁供给模块用于供给右旋斜梁原料(5)。

3.根据权利要求2所述的基于带材连接成型的连续性桁架在轨建造系统，其特征在于，所述斜梁旋转架模块包括左旋斜梁旋转架(11)和右旋斜梁旋转架(12)，n个所述左旋斜梁供给模块与左旋斜梁旋转架(11)连接，所述左旋斜梁旋转架(11)用于带动左旋斜梁旋转架(11)左旋；n个所述右旋斜梁供给模块与右旋斜梁旋转架(12)连接，所述右旋斜梁旋转架(12)用于带动右旋斜梁旋转架(12)右旋。

4.根据权利要求3所述的基于带材连接成型的连续性桁架在轨建造系统，其特征在于，所述左旋斜梁供给模块包括左旋斜梁原料存储盘(2)以及左旋斜梁原料存储盘的支撑结构，所述左旋斜梁原料存储盘的支撑结构与左旋斜梁旋转架(11)连接，使得左旋斜梁供给模块随着左旋斜梁旋转架(11)绕桁架(18)的轴线旋转，所述左旋斜梁原料存储盘(2)为打包成盘形的带状左旋斜梁原料(3)。

5.根据权利要求3所述的基于带材连接成型的连续性桁架在轨建造系统，其特征在于，所述右旋斜梁供给模块包括右旋斜梁原料存储盘(4)以及右旋斜梁原料存储盘的支撑结构，所述右旋斜梁原料存储盘的支撑结构与右旋斜梁旋转架(12)连接，使得右旋斜梁供给模块随着右旋斜梁旋转架(12)绕桁架(18)轴线旋转，所述右旋斜梁原料存储盘(4)为打包成盘形的带状右旋斜梁原料(5)。

6.根据权利要求1所述的基于带材连接成型的连续性桁架在轨建造系统，其特征在于，所述横梁布置模块包括横梁布置槽(13)、横梁原料存储盘(6)以及横梁原料存储盘的支撑结构，所述横梁原料存储盘(6)是打包成盘形的带状横梁原料(7)，所述横梁原料存储盘的支撑结构与机体(1)连接，用于支撑横梁原料存储盘(6)，所述横梁原料存储盘(6)、横梁原料(7)和横梁布置槽(13)设置在一条直线上且垂直于桁架(18)伸出方向。

7.根据权利要求1所述的基于带材连接成型的连续性桁架在轨建造系统，其特征在于，所述纵梁送进模块包括纵梁原料存储盘(9)、纵梁送进轮(10)以及纵梁原料存储盘的支撑结构，所述纵梁原料存储盘(9)是打包成盘形的带状纵梁原料(19)，所述纵梁原料存储盘的支撑结构与机体(1)连接，用于支撑纵梁原料存储盘(9)，所述纵梁原料存储盘(9)、纵梁原料(19)和纵梁送进轮(10)设置在一条直线上，所述纵梁送进轮(10)用于纵梁原料(19)的限位与推进。

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