CN109747871B - 一种空间绳网及制作方法 - Google Patents

Abstract

一种空间绳网及制作方法，适用于捕获空间目标，空间绳网包括外圈绳、内圈绳、中部绳、径向绳、收口绳、牵引绳、系绳以及收口绳环，外圈绳、内圈绳及径向绳组成空间绳网的承力框架，中部绳与外圈绳、内圈绳及径向绳围成多个菱形网目一起形成空间绳网本体，在外圈绳的顶点处有牵引绳用于空间绳网的拉出，在外圈绳上设有收口绳，用于空间绳网捕获空间目标后将绳网网口收拢并锁死，在内圈绳上设有系绳，用于空间绳网捕获空间目标后进行拖拉。还相应地公开了一种空间绳网的编制方式，采用了穿插死结法和交叉穿插法进行空间绳网的制作，通过合理、优化的方法，减少了空间绳网的打结数量，提高空间绳网的整体强度。

Description

一种空间绳网及制作方法

技术领域

本发明涉及一种空间抓捕绳网的设计及编制方式，属于绳网技术领域，该空间绳网主要适用于空间技术领域，也可适用于自然环境各类物体的捕捉或回收。

背景技术

网是一种柔性结构，也是一种稀疏结构，其主要特点是结构尺寸与组成结构的材料质量之间的比值较大，也就是利用很少的材料可以覆盖相当大的空间或者面积，因此它的覆盖是一种非常稀疏的覆盖。另外，构成绳网的柔性材料还使得网具有另外一个特点，就是能够减缓冲击。由于稀疏和柔性的特征，绳网可用于实现一些特殊的捕获应用：1)在相当大的空间中对难以分辨或者数量庞大的目标进行捕获；2)依靠较大的结构尺寸对目标进行具有容错性捕获；3)根据绳网网目大小对捕获目标进行筛选和过滤；4)缓冲接触的冲击力，保护捕获目标。

在绳网中，各个结点之间有着密集的连接关系，某个局部所承受的冲击应力可以很快地在绳网中传播，避免了应力集中造成的破坏。绳网以柔性绳索结构的独特概念，在捕获的精确操作中引入“模糊”的概念，以面覆盖、空间覆盖的方式，避免捕捉系统和被捕目标之间的碰撞，以一种柔性的方式完成捕获或回收，形成二者的柔性连接。

空间绳网的主要功能是包裹和容纳空间目标，在设计过程中需要考虑绳索参数和绳网的结构形状。基于捕获任务的需求，对构成绳网的绳索有多个方面的要求：质量、密度、尺寸、柔软性、强度、耐温特性、真空环境特性、耐紫外辐照特性、编织特性等。结构强度决定绳网能够承受的最大载荷，适用于航天领域的空间绳网则还需要能够承受高低温、真空、紫外辐照等多种恶劣条件的考验。除此之外，网的构成结构需要保证整网适于展开与收起，而网结则需要保证整网结构的稳定且无明显滑移缺陷。

在中国专利CN 104790119 B《一种六边形空间捕获绳网及编制方法》中公开了一种六边形空间捕获绳网，结构形式如附图1所示，包括六根等长的加强绳和六根等长的边线绳，所述六根加强绳的一端共同绳结后形成中心绳结，所述六根加强绳以中心绳结为中心点向外呈辐射状，相邻加强绳的另一端通过边线绳连接，且每条边线绳与加强绳的交汇点均引出一条牵拉绳，所述加强绳与所述边线绳转成的区域内均设置有一个以上的网目。还相应公开了一种六边形空间捕获绳网的编制方法，包括加强绳固定、网目缝制、边线绳缝制三个部分。

该发明不具有实操性，有以下缺点及不足：

(a)该发明不涉及绳网的收口，绳网捕获目标后无法对绳网网口进行收拢；

(b)该发明不涉及绳网的系绳，绳网捕获目标后无法对绳网-目标物组合体进行操作；

(c)该发明未考虑空间环境的因素，未提及绳网材料；

(d)该发明未提及绳网制作中不同绳间的连接打结方式，不具备指导实际制作；

(e)该发明中牵拉绳只有一根，在绳网拉出中受力不稳，在拉出过程中容易偏离拉出方向。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种空间绳网及编制方法，解决了如下问题：

1、解决了绳网捕获目标物后的收拢问题；

2、解决了绳网捕获目标后对组合体进行操作的问题；

3、解决了绳网打结处的滑移松动问题；

4、解决了承力绳打结后的强度损失大的问题；

5、解决了绳网拉出过程中的稳定性问题；

6、解决了绳网重量优化问题；

7、解决了绳网空间环境适应性问题。

本发明采用的技术解决方案是：

一种空间绳网，包括：外圈绳、内圈绳、中部绳、径向绳、收口绳、牵引绳、系绳以及收口绳环；

绳网铺平后最外圈为外圈绳围成的平面正六边形，绳网铺平后的中心为内圈绳围成的平面正六边形孔，用于匹配后续结构的安装，外圈绳和内圈绳之间由六根径向绳连接，外圈绳、内圈绳和径向绳围成的等腰梯形区域中分布有多个中部绳结成的菱形网目；外圈绳与中部绳的交点处，每间隔一个交点，由中部绳形成一个收口绳环，收口绳从收口绳环中穿过用于绳网收口；外圈绳围成的平面正六边形顶点处，引出有牵引绳，用于牵引绳网拉出展开；系绳连接在内圈绳围成的平面正六边形上，用于对绳网捕获的目标进行操作。

外圈绳围成的平面正六边形的各个边与内圈绳围成的平面正六边形孔的各个对应的边平行。

六根径向绳呈*状分布，其两端分别连接外圈绳围成的平面正六边形的顶点与内圈绳围成的平面正六边形孔的对应顶点。

所述菱形网目外侧向中心呈辐射式排列。

牵引绳包括三根绳索，其中一根绳索为径向绳的延长，另外两根绳索通过交叉穿插打结法连接在外圈绳围成的平面正六边形的顶点处的径向绳上。

所述交叉穿插打结法具体为：外圈绳和径向绳、内圈绳和径向绳、系绳和内圈绳之间均采用交叉穿插打结法进行连接。

所述交叉穿插打结法具体为：绳a和绳b均为编织绳，其内部有空腔；将绳 a从中分开，将绳b穿过去，再将绳b从中分开，将绳a穿过去，以此类推交替穿插，最终绳a的头部塞入绳b的空腔中，绳b的头部塞入绳a的空腔中，完成交叉穿插打结。

中部绳与外圈绳、中部绳与内圈绳、中部绳与径向绳之间均采用穿插死结法进行打结连接。

所述穿插死结法具体为：绳a和绳b均为编织绳，绳a绕绳b三周后，将绳 b从中分开且绳a的一端从绳b中穿过；绳a的另一端从环绕三周形成的三个环中穿过，从而形成死结。

外圈绳、内圈绳、径向绳、牵引绳以及系绳材质和规格相同，采用芳纶III 材料；

中部绳、收口绳以及收口绳环也采用芳纶III材料，规格小于外圈绳的规格。

所述内圈绳形成的正六边形的内切圆的直径为0.3m～1.0m。

收口绳环表面涂覆聚氨酯、丙烯酸、聚四氟乙烯或聚硅氧烷涂料。

一种制作所述空间绳网的方法，步骤如下：

(1)选择三根径向绳，将每根径向绳从中部折弯，三根径向绳排布呈*状；

(2)由三根连接绳索将三根径向绳进行连接；每根径向绳的中部一段作为内圈绳形成的正六边形的一条边，通过所述三根连接绳索使用交叉穿插打结法与三根径向绳连接，从而形成内圈绳的正六边形；

(3)使用交叉穿插打结法将外圈绳与径向绳连接，形成外圈绳的正六边形；

(4)使用穿插死结法将中部绳与外圈绳连接，每间隔一个交点，由中部绳形成收口绳环；

(5)使用穿插死结法由外至内进行中部绳打结成菱形网目；

(6)使用交叉穿插打结法将系绳与内圈绳进行连接；

(7)制作牵引绳：将一根绳索通过交叉穿插打结法连接在外圈绳围成的平面正六边形的顶点处的径向绳上，被径向绳平分为两段，与径向绳的延长段共同构成牵引绳；

(8)将收口绳穿过外圈绳上的收口绳环，完成空间绳网的制作。

本发明与现有技术相比带来的有益效果为：

本发明的空间绳网相对现有技术来说，组成齐全，功能完善，结构布局更加优化，绳网编制方式具有可操作性，绳网重量更轻，绳网强度更大，更加具有可实用性，具体如下：

(1)在绳网外圈绳上设有收口绳，并创造性利用中部绳来制作收口绳环，解决了单独制作收口绳环容易滑移松动的问题，并在收口绳环上进行处理使其光滑，减少与收口绳的摩损；

(2)在绳网内圈绳上设有系绳，绳网捕获目标后，通过系绳对组合体进行拖拉等相关操作；

(3)为解决绳网打结处的滑移松动问题，使用了穿插死结法进行打结连接；

(4)为了减少承力绳打结后的强度损失，使用了交叉穿插法进行承力绳间的打结连接；

(5)为了提高绳网拉出过程中的稳定性，设计了三根牵引绳进行连接；

(6)为了最大程度的减轻绳网重量，结合绳网的受力情况，绳网中间开孔；

(7)为了适用空间环境，综合考虑绳网的强度、重量的限制，在低轨道选用芳纶III绳，在高轨选用聚酰亚胺绳。

附图说明

图1为现有技术中绳网的实现形式；

图2为本发明空间绳网结构图；

图3为交叉穿插法示意；

图4为穿插死结法示意；

图5为径向绳排布示意；

图6为内圈绳绳编制示意；

图7为外圈绳绳编制示意；

图8为收口绳环编制示意；

图9为网目编制示意；

图10为牵引绳、收口绳、系绳连接示意；

图11为本发明绳网编制方式流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的详细描述。

本发明提出的空间绳网具有质量轻、柔性好、强力高、耐高温、耐真空、结构稳定性强及高度对称性的特点，可以实现良好的展开与收起。在捕获空间目标后将绳网网口收拢并锁死，并可进行拖拉操作。采用了穿插死结法和交叉穿插法进行空间绳网的制作，可减少空间绳网的打结数量，提高空间绳网的整体强度。

如图2所示，本发明提出了一种空间绳网，包括：外圈绳1、内圈绳2、中部绳3、径向绳4、收口绳5、牵引绳6、系绳7以及收口绳环8；

绳网铺平后最外圈为外圈绳1围成的平面正六边形，绳网铺平后的中心为内圈绳2围成的平面正六边形孔，即可用于匹配后续结构的安装，又可减轻绳网重量；外圈绳1和内圈绳2之间由六根径向绳4连接，外圈绳1、内圈绳2和径向绳4围成的等腰梯形区域中分布有多个中部绳3结成的菱形网目；外圈绳1与中部绳3的交点处，每间隔一个交点，由中部绳3形成一个收口绳环8，收口绳5 从收口绳环8中穿过用于绳网收口；外圈绳1围成的平面正六边形顶点处，引出有牵引绳6，用于牵引绳网拉出展开；系绳7连接在内圈绳2围成的平面正六边形上，用于对绳网捕获的目标进行操作。

外圈绳1、内圈绳2、径向绳4、牵引绳6和系绳7为空间绳网的框架绳体，是整个空间绳网的主要承力部件，因此需要直径范围为2mm-6mm编织绳索；中部绳3和收口绳5根据承载与整体质量因素为次级绳体，结构一样为编织，规格一般为框架绳体的1/2-2/3。

绳网用于空间领域，材质可选用聚苯二甲酰苯二胺纤维(即芳纶Ⅱ纤维)、含芳杂环的聚苯二甲酰苯二胺纤维(即芳纶Ⅲ纤维)、聚对苯撑苯并二噁唑纤维 (即PBO纤维)或高强芳香族聚甲亚胺纤维(即聚酰亚胺纤维)等耐高低温、抗紫外辐照的合成纤维。

为解决绳网打结处的滑移松动问题，框架绳体与次级绳体之间以及次级绳体本身交接处，都采用穿插死结法作为连接方式，如图3所示；为了减少框架绳体打结后的强度损失，框架绳体与框架绳体之间采用交叉穿插法作为连接方式，如图4所示，以保证整网承载下的稳定性及强度。

外圈绳1围成的平面正六边形的各个边与内圈绳2围成的平面正六边形孔的各个对应的边平行。六根径向绳4呈*状分布，其两端分别连接外圈绳1围成的平面正六边形的顶点与内圈绳2围成的平面正六边形孔的对应顶点。所述菱形网目外侧向中心呈辐射式排列。

牵引绳6包括三根绳索，其中一根绳索为径向绳4的延长，另外两根绳索通过交叉穿插打结法连接在外圈绳1围成的平面正六边形的顶点处的径向绳4上，形成三根牵引绳，以保证绳网拉出的稳定性。

外圈绳1和径向绳4、内圈绳2和径向绳4、系绳7和内圈绳2之间均采用交叉穿插打结法进行连接。所述交叉穿插打结法具体为：绳a和绳b均为编织绳，其内部有空腔；将绳a从中分开，将绳b穿过去，再将绳b从中分开，将绳a穿过去，以此类推交替穿插，最终绳a的头部塞入绳b的空腔中，绳b的头部塞入绳a的空腔中，完成交叉穿插打结。

中部绳3与外圈绳1、中部绳3与内圈绳2、中部绳3与径向绳4之间均采用穿插死结法进行打结连接。

穿插死结法具体为：绳a和绳b均为编织绳，绳a绕绳b三周后，将绳b从中分开且绳a的一端从绳b中穿过；绳a的另一端从环绕三周形成的三个环中穿过，从而形成死结。

外圈绳1、内圈绳2、径向绳4、牵引绳6以及系绳7材质和规格相同，采用芳纶III或聚酰亚胺材料；中部绳3、收口绳5以及收口绳环8也采用芳纶III 或聚酰亚胺材料，规格小于外圈绳1的规格。内圈绳2形成的正六边形的内切圆的直径为0.3m～1.0m。为实现绳环规整性与降低摩擦系数，保证整张网体收紧的顺畅性，收口绳环8表面涂覆聚氨酯、丙烯酸、聚四氟乙烯或聚硅氧烷涂料。

更进一步的，如图2所示，本发明基于所述空间绳网的结构，还提出一种优化的制作方法，整个绳网的编制方式流程图如图11所示。

步骤如下：

1、选择三根径向绳4，将每根径向绳4从中部折弯，三根径向绳4排布呈* 状，如图5所示；

2、由三根连接绳索将三根径向绳进行连接；每根径向绳4的中部一段作为内圈绳2形成的正六边形的一条边，通过所述三根连接绳索使用交叉穿插打结法与三根径向绳4连接，从而形成内圈绳2的正六边形，如图6所示；

3、使用交叉穿插打结法将外圈绳1与径向绳4连接，形成外圈绳1的正六边形，如图7所示；

4、使用穿插死结法将中部绳3与外圈绳1连接，每间隔一个交点，由中部绳3形成收口绳环8，如图8所示；

5、使用穿插死结法由外至内进行中部绳3打结成菱形网目，如图9所示；

6、使用交叉穿插打结法将系绳7与内圈绳2进行连接，如图10所示；

7、制作牵引绳6：将一根绳索通过交叉穿插打结法连接在外圈绳1围成的平面正六边形的顶点处的径向绳4上，被径向绳4平分为两段，与径向绳4的延长段共同构成牵引绳6，如图10所示；

8、将收口绳5穿过外圈绳1上的收口绳环8，完成空间绳网的制作，如图 10所示。

实例1适用于空间领域空间抓捕绳网

采用芳Ⅲ纤维制作空间绳网，其中框架绳为12股编织绳索，直径规格3mm；次级绳为6股编织绳索，直径规格1.5mm；

整网为外圈绳长18000mm的正六边形，网的中心为600mm的正六边形，网目边长600mm，整网由外向内除去内、外圈绳共29环组成；

截取37500mm长的直径3mm框架绳按照图5做单组径向绳排布，共3组；

截取3段610mm长的直径3mm框架绳作为内圈绳将3组径向绳连接；

截取110000mm长的直径3mm框架绳作为外圈绳将3组径向绳在最外层处连接；

以直径1.5mm的次级绳作为中部绳按照图6开始最外层排布，并且每隔 1200mm形成一个直径10mm的绳环，共90个；

以直径1.5mm的次级绳作为中部绳由外向内打结成网，共有29层；

截取20000mm长的直径3mm框架绳作为系绳与内圈绳连接；

将聚氨酯涂料刷涂于90个绳环，并自然晾干或60℃、3h烘干；

截取6根21000mm长的直径1.5mm次级绳作为收口绳，分别穿过六边形每一边的绳环，每根收口绳两端各预留1500mm。

实例2适用于空间领域空间抓捕绳网

采用聚酰亚胺纤维制作网用绳，其中框架绳为16股编织绳索，直径规格2mm；次级绳为8股编织绳索，直径规格1mm；

整网为外边长15500mm的正六边形，网的中心为250mm的正六边形，网目边长250mm，整网由外向内除去内、外圈绳共61环组成；

截取32500mm长的直径2mm框架绳按照图5做单组径向绳排布，共3组；

截取3段260mm长的直径2mm框架绳作为内圈绳将3组径向绳连接；

截取95000mm长的直径2mm框架绳作为外圈绳将3组径向绳在最外层处连接；

以直径1mm的次级绳作为中部绳按照图6开始最外层排布，并且每隔 500mm形成一个直径10mm的绳环，共180个；

以直径1mm的次级绳作为中部绳由外向内打结成网，共有61层；

截取17500mm长的直径2mm框架绳作为系绳与内圈绳连接；

将聚四氟乙烯涂料刷涂于180个绳环，并自然晾干或80℃、3h烘干；

截取6根19500mm长的直径1mm次级绳作为收口绳，分别穿过六边形每一边的绳环，每根收口绳两端各预留2000mm。

本发明在绳网外圈绳上设有收口绳，并创造性利用中部绳来制作收口绳环，解决了单独制作收口绳环容易滑移松动的问题，并在收口绳环上进行处理使其光滑，减少与收口绳的摩损；

同时，本发明还在绳网内圈绳上设计有系绳，绳网捕获目标后，通过系绳对组合体进行拖拉等相关操作；

为解决绳网打结处的滑移松动问题，本发明使用了穿插死结法进行打结连接；为了减少承力绳打结后的强度损失，使用了交叉穿插法进行承力绳间的打结连接；为了提高绳网拉出过程中的稳定性，设计了三根牵引绳进行连接；为了最大程度的减轻绳网重量，结合绳网的受力情况，绳网中间开孔；为了适用空间环境，综合考虑绳网的强度、重量的限制，在低轨道选用芳纶III绳，在高轨选用聚酰亚胺绳。本发明的绳网更适合空间抓捕。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (13)

1.一种空间绳网，其特征在于包括：外圈绳(1)、内圈绳(2)、中部绳(3)、径向绳(4)、收口绳(5)、牵引绳(6)、系绳(7)以及收口绳环(8)；

绳网铺平后最外圈为外圈绳(1)围成的平面正六边形，绳网铺平后的中心为内圈绳(2)围成的平面正六边形孔，用于匹配后续结构的安装，外圈绳(1)和内圈绳(2)之间由六根径向绳(4)连接，外圈绳(1)、内圈绳(2)和径向绳(4)围成的等腰梯形区域中分布有多个中部绳(3)结成的菱形网目；外圈绳(1)与中部绳(3)的交点处，每间隔一个交点，由中部绳(3)形成一个收口绳环(8)，收口绳(5)从收口绳环(8)中穿过用于绳网收口；外圈绳(1)围成的平面正六边形顶点处，引出有牵引绳(6)，用于牵引绳网拉出展开；系绳(7)连接在内圈绳(2)围成的平面正六边形上，用于对绳网捕获的目标进行操作。

2.根据权利要求1所述的一种空间绳网，其特征在于：外圈绳(1)围成的平面正六边形的各个边与内圈绳(2)围成的平面正六边形孔的各个对应的边平行。

3.根据权利要求1所述的一种空间绳网，其特征在于：六根径向绳(4)呈*状分布，其两端分别连接外圈绳(1)围成的平面正六边形的顶点与内圈绳(2)围成的平面正六边形孔的对应顶点。

4.根据权利要求1所述的一种空间绳网，其特征在于：所述菱形网目外侧向中心呈辐射式排列。

5.根据权利要求1所述的一种空间绳网，其特征在于：牵引绳(6)包括三根绳索，其中一根绳索为径向绳(4)的延长，另外两根绳索通过交叉穿插打结法连接在外圈绳(1)围成的平面正六边形的顶点处的径向绳(4)上。

6.根据权利要求5所述的一种空间绳网，其特征在于：所述交叉穿插打结法具体为：外圈绳(1)和径向绳(4)、内圈绳(2)和径向绳(4)、系绳(7)和内圈绳(2)之间均采用交叉穿插打结法进行连接。

7.根据权利要求6所述的一种空间绳网，其特征在于：所述交叉穿插打结法具体为：绳a和绳b均为编织绳，其内部有空腔；将绳a从中分开，将绳b穿过去，再将绳b从中分开，将绳a穿过去，以此类推交替穿插，最终绳a的头部塞入绳b的空腔中，绳b的头部塞入绳a的空腔中，完成交叉穿插打结。

8.根据权利要求1所述的一种空间绳网，其特征在于：中部绳(3)与外圈绳(1)、中部绳(3)与内圈绳(2)、中部绳(3)与径向绳(4)之间均采用穿插死结法进行打结连接。

9.根据权利要求8所述的一种空间绳网，其特征在于：所述穿插死结法具体为：绳a和绳b均为编织绳，绳a绕绳b三周后，将绳b从中分开且绳a的一端从绳b中穿过；绳a的另一端从环绕三周形成的三个环中穿过，从而形成死结。

10.根据权利要求1所述的一种空间绳网，其特征在于：外圈绳(1)、内圈绳(2)、径向绳(4)、牵引绳(6)以及系绳(7)材质和规格相同，采用芳纶III材料；

中部绳(3)、收口绳(5)以及收口绳环(8)也采用芳纶III材料，规格小于外圈绳(1)的规格。

11.根据权利要求1所述的一种空间绳网，其特征在于：所述内圈绳(2)形成的正六边形的内切圆的直径为0.3m～1.0m。

12.根据权利要求1所述的一种空间绳网，其特征在于：收口绳环(8)表面涂覆聚氨酯、丙烯酸、聚四氟乙烯或聚硅氧烷涂料。

13.一种制作权利要求1～12中任一项所述空间绳网的方法，其特征在于步骤如下：

(1)选择三根径向绳(4)，将每根径向绳(4)从中部折弯，三根径向绳(4)排布呈*状；

(2)由三根连接绳索将三根径向绳进行连接；每根径向绳(4)的中部一段作为内圈绳(2)形成的正六边形的一条边，通过所述三根连接绳索使用交叉穿插打结法与三根径向绳(4)连接，从而形成内圈绳(2)的正六边形；

(3)使用交叉穿插打结法将外圈绳(1)与径向绳(4)连接，形成外圈绳(1)的正六边形；

(4)使用穿插死结法将中部绳(3)与外圈绳(1)连接，每间隔一个交点，由中部绳(3)形成收口绳环(8)；

(5)使用穿插死结法由外至内进行中部绳(3)打结成菱形网目；

(6)使用交叉穿插打结法将系绳(7)与内圈绳(2)进行连接；

(7)制作牵引绳(6)：将一根绳索通过交叉穿插打结法连接在外圈绳(1)围成的平面正六边形的顶点处的径向绳(4)上，被径向绳(4)平分为两段，与径向绳(4)的延长段共同构成牵引绳(6)；

(8)将收口绳(5)穿过外圈绳(1)上的收口绳环(8)，完成空间绳网的制作。

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