CN109752160B - 用于空间微型试验装置的喷气复位绳限位自由目标装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于空间微型试验装置的喷气复位绳限位自由目标装置，主要包括目标组件压紧支架、目标组件、定位销、缓冲减震器、不锈钢细丝。其中，所述目标组件又由安装板、气瓶、瓶口充气阀、电控开关阀、喷气管、各级气管、各级管接头、被黏附板以及气路防护板等组成。其优点在于：第一，将尽可能多的器件集成到目标组件中，提高了目标组件惯性，进而以较小的整机质量获得较大的目标组件惯性；第二，在黏附目标组件时使目标组件处于接触力只来自黏附爪的自由状态；第三，以简易的结构实现了对目标组件在发射时的压紧和空间试验时的释放。

Description

用于空间微型试验装置的喷气复位绳限位自由目标装置

技术领域

本发明涉及一种用于空间微型试验装置的喷气复位绳限位自由目标装置。

背景技术

近年来，随着航天器使用数量的增加，开展失效卫星的维修、零件回收和空间碎片清除等成为研究热点。传统的空间目标捕获方式包括机械臂抓取、网包络等。使用以上附着手段，需要事先获知目标结构、运动特性，然而废弃卫星、火箭箭体及空间碎片等是结构未知、运动特性未知的非合作目标。传统的附着手段难以实现对空间非合作目标的附着。基于范德华力的干黏附技术，通过对目标物体表面进行黏附实现对目标的捕获，克服了传统捕获方式操控适应性差、精细操控能力不足等困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于空间微型试验装置的喷气复位绳限位自由目标装置。

为解决上述问题，本发明提供一种用于空间微型试验装置的喷气复位绳限位自由目标装置，包括：

目标组件压紧支架组件、目标组件和不锈钢细丝。目标组件压紧支架组件在目标组件一侧，包括目标组件压紧支架、目标组件压紧支架上面的定位销孔、目标组件压紧支架上面的目标组件压紧支架固定螺孔、缓冲减震器、缓冲减震器锁紧螺母、不锈钢细丝固定螺钉。缓冲减震器、不锈钢细丝固定螺钉均垂直于目标组件压紧支架。目标组件包括气路组件、电控开关阀柔性电缆、电源及驱动控制组件、被黏附板、被黏附板固定螺钉和气路防护板。不锈钢细丝用钎焊固定于不锈钢细丝固定螺钉的头部，另一端用螺钉固定在气路防护板上。气路组件包括安装板、安装板一侧的气瓶固定钢片、气瓶、瓶口充气阀、瓶口管、电控开关阀和安装板另一侧的总接头、总气管、一级分流接头、一级气管、二级分流接头、二级气管、喷气管进气接头、喷气管、定位销。气瓶固定钢片将气瓶扎紧于安装板上。气路组件沿出气方向依次为气瓶、瓶口充气阀、瓶口管、电控开关阀总接头、总气管、一级分流接头、一级气管、二级分流接头、二级气管、喷气管进气接头和喷气管。定位销垂直于安装板安装。电控开关阀柔性电缆一端自目标组件引出，另一端接外部电缆插头。电源及驱动控制组件位于气路组件的气瓶一侧，并将此侧的气路元器件四面包围，同时作为被黏附板的支架使用。

进一步的，上述用于空间微型试验装置的喷气复位绳限位自由目标装置，在发射阶段，为固定目标组件，使用外部黏附装置压紧目标组件于目标组件压紧支架组件上，并采用四个圆柱销及压紧状态的缓冲减震器提供的支承面定位，目标组件压紧支架上设置有销孔，所述圆柱销与目标组件压紧支架上的销孔为间隙配合，圆柱销固定于目标组件上，在发射阶段，圆柱销在外部黏附装置压力下插于目标组件压紧支架的销孔中，直到所述气路防护板将缓冲减震器压至极限位置。

进一步的，所述目标组件压紧支架上设置有不锈钢细丝固定螺钉用以固定不锈钢细丝的一端，不锈钢细丝系于所述螺钉的头部；在所述螺钉的头部用钎焊将不锈钢细丝进一步固定；通过螺母配合目标组件压紧支架上的螺纹孔构成双螺母结构背紧所述螺钉。

其中，在发射阶段，为固定目标组件，使用滚珠丝杠驱动的黏附爪压紧目标组件于目标组件支承板上，并采用四个圆柱销及压紧状态的缓冲减震器提供的支承面定位，目标组件压紧支架上设置有销孔，所述圆柱销与目标组件压紧支架上的销孔为间隙配合，圆柱销固定于目标组件上，在发射阶段，圆柱销插于目标组件压紧支架的销孔中，并在黏附爪压力下插于目标组件压紧支架的销孔中，直到所述气路防护板将缓冲减震器压至极限位置，所述丝杠驱动电机带常闭抱闸功能。

进一步的，在上述用于空间微型试验装置的喷气复位绳限位自由目标装置中，所述不锈钢细丝用于限制所述目标组件背离目标组件压紧支架的移动距离。

进一步的，在上述用于空间微型试验装置的喷气复位绳限位自由目标装置中，所述电控开关阀柔性电缆垂直于电源及驱动控制组件的外壁布置。

进一步的，在上述用于空间微型试验装置的喷气复位绳限位自由目标装置中，所述目标组件压紧支架上设置有不锈钢细丝固定螺钉用以固定不锈钢细丝的一端，不锈钢细丝系于所述螺钉的头部；在所述螺钉的头部用钎焊将不锈钢细丝进一步固定；通过螺母配合目标组件压紧支架上的螺纹孔构成双螺母结构背紧所述螺钉。

与现有技术相比，本发明的优点在于：第一，通过将尽可能多的器件集成到目标组件中，可以较小的整机质量获得较大的目标组件质量，提高了目标组件惯性，进而以较小的整机质量获得较大的目标组件惯性；第二，可以在黏附目标组件时使目标组件处于接触力只来自黏附爪的自由状态；第三，以简易的结构实现对目标组件在发射时的压紧和空间试验时的释放；第四，以简单、轻量、可靠的喷气系统满足了试验的需求。

附图说明

图1是本发明一实施例的用于空间微型试验装置的喷气复位绳限位自由目标装置的待黏附状态图；

图2是本发明一实施例的用于空间微型试验装置的喷气复位绳限位自由目标装置的压紧状态图；

图3是本发明一实施例的气路组件正面图；

图4是本发明一实施例的气路组件背面图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1～4所示，本发明提供一种用于空间微型试验装置的喷气复位绳限位自由目标装置，包括：目标压紧支架组件1、目标组件2和不锈钢细丝4。目标压紧支架组件1在目标一侧，包括目标压紧支架1-1、目标压紧支架上面的定位销孔1-12、目标压紧支架上面的目标压紧支架固定螺孔1-14、缓冲减震器1-3、缓冲减震器锁紧螺母1-11、不锈钢细丝固定螺钉1-13。缓冲减震器1-3、不锈钢细丝固定螺钉1-13均垂直于目标压紧支架。目标组件2包括气路组件6、电控开关阀柔性电缆2-7、电源及驱动控制组件2-5、被黏附板2-8、被黏附板固定螺钉2-10、定位销6-16和气路防护板9。不锈钢细丝4用钎焊固定于不锈钢细丝固定螺钉1-13的头部，另一端用螺钉固定在气路防护板9上。气路组件6包括安装板6-1、安装板一侧的气瓶固定钢片6-6、气瓶6-2、瓶口充气阀6-3、瓶口管6-5、电控开关阀6-4和安装板6-1另一侧的总接头6-12、总气管6-8、一级分流接头6-13、一级气管6-9、二级分流接头6-14、二级气管6-10、喷气管进气接头6-11、喷气管6-7、定位销6-16。气瓶固定钢片6-6将气瓶6-2扎紧于安装板6-1上。气路组件6沿出气方向依次为气瓶6-2、瓶口充气阀6-3、瓶口管6-5、电控开关阀6-4、总接头6-12、总气管6-8、一级分流接头6-13、一级气管6-9、二级分流接头6-14、二级气管6-10、喷气管进气接头6-11和喷气管6-7。定位销6-16垂直于安装板6-1安装。电控开关阀柔性电缆2-7一端自目标组件2引出，另一端接外部电缆插头。电源及驱动控制组件2-5位于气路组件6的气瓶6-2一侧，并将此侧的气路元器件四面包围，同时作为被黏附板2-8的支架使用。

在此，因本装置用气总量少，故采用不需减压的低压气瓶6-2，同时省去了减压阀，减小了总体质量，提高了可靠性与安全性。为防止漏气，气路接口处均采用密封胶进一步密封。

气路组件6上中定位销6-16的长度适中，既能在目标组件2压紧时插入销孔1-12中定位，又能在黏附预压行程中不触及目标压紧支架1-1，可使目标组件2始终处于试验所需的自由状态。

如图2所示，本发明的用于空间微型试验装置的喷气复位绳限位自由目标装置一实施例中，还包括外部黏附装置、目标压紧支架1-1、定位销6-16，其中，在发射阶段，为固定目标组件2，使用外部黏附装置压紧目标组件2于目标压紧支架1-1上，并采用四个定位销6-16及压紧状态的缓冲减震器1-3提供的支承面定位，目标压紧支架1-1上设置有销孔1-12，所述定位销6-16与目标压紧支架1-1上的销孔1-12为间隙配合，定位销6-16固定于目标组件2上，在发射阶段，定位销6-16插于目标压紧支架1-1的销孔1-12中，并在外部黏附装置压力下插于目标压紧支架-1的销孔1-12中，直到所述气路防护板9将缓冲减震器1-3压至极限位置。

在此，本发明所需要的目标自由状态为，被黏附时的接触力只来自外部黏附装置。

本发明的用于空间微型试验装置的喷气复位绳限位自由目标装置一实施例中，所述不锈钢细丝4用于限制所述目标移动距离。

在此，为使目标组件2在被黏附预压时处于接触力只来自外部黏附装置的自由状态，同时提供黏附预压力的形成条件，采用目标惯性力这一非接触力提供黏附预压力。为以较小的整机质量获得较大的目标质量，将装置尽可能多的器件集成到了目标组件2中。如图1所示，为使目标组件2到达待黏附区域，目标组件2可反向喷气实现移动。采用不锈钢细丝4限制目标组件2移动距离。外部黏附装置预压目标时，不锈钢细丝4的拉力消失。

本发明的用于空间微型试验装置的喷气复位绳限位自由目标装置一实施例中，所述电控开关阀柔性电缆2-7垂直于电源及驱动控制组件的外壁布置，故其柔性更低，对目标自由状态的影响可以忽略。故被黏附时，目标处于自由状态。

本发明的用于空间微型试验装置的喷气复位绳限位自由目标装置一实施例中，所述目标压紧支架1-1上设置有螺钉1-13，其中，采用所述螺钉1-13固定不锈钢细丝4的另一端，所述不锈钢细丝4系于所述螺钉1-13的头部；所述螺钉1-13的头部由钎焊进一步固定；通过螺母1-11配合目标压紧支架1-1上的螺纹孔1-14构成双螺母结构背紧所述螺钉。

在此，为防止不锈钢细丝4扣在螺钉1-13上窜动，使用钎焊将不锈钢细丝4进一步固定于不锈钢细丝固定螺钉1-13头部。调试好目标组件2位姿后，为使此螺钉1-13牢固锁定于此位置且使所有螺钉防松，四个螺钉1-13均采用螺母1-11配合目标压紧支架1-1上的螺纹孔1-14构成双螺母结构背紧此螺钉，并且完全调试好后均采用胶接剂永久防松。

黏附装置进入轨道进行试验时，外部黏附装置后移。目标组件2在黏附力作用下跟随外部黏附装置移动，而后，目标组件2上的定位销6-16从目标压紧支架1-1上的销孔1-12中脱出。外部黏附装置向后移动，将系于目标组件2上的四条不锈钢丝4拉紧。此时，外部黏附装置继续向后移动，则使目标脱附。目标组件2状态由被压紧转换至自由漂浮状态，如图2所示。

为使目标组件2在空间失重环境中趋于待黏附区域，目标组件2可反向喷气实现移动。采用不锈钢细丝4限制目标组件2移动距离。外部黏附装置预压目标组件时，目标组件2只受来自不锈钢细丝4的拉力，故，目标组件2满足试验所需的自由状态。目标组件2上定位销6-16的长度适中，既能在目标组件2压紧时插入销孔1-12中定位，又能在黏附预压行程中不触及目标组件2压紧支架1-1，故在黏附预压全过程中，目标组件2始终处于试验所需的自由状态。

具体的：

(1)目标组件2上的定位销6-16插于目标组件压紧支架1-1上的销孔1-12内。定位销6-16与销孔1-12为间隙配合。发射时，外部黏附装置将目标组件2上的定位销6-16插于目标组件压紧支架1-1后壁上的销孔1-12内。而后，外部黏附装置向目标组件2方向移动，使目标组件2上的气路防护板9紧压在目标组件压紧支架1-1上的缓冲减震器1-3上。

(2)进行空间试验时，外部黏附装置在控制系统控制下带动外部黏附装置向脱离目标组件2的方向移动。因为，在目标组件2压紧阶段，外部黏附装置上的黏附材料已将目标组件2黏附，所以，外部黏附装置向脱离目标组件2的方向移动时，目标组件2上的定位销6-16在外部黏附装置黏附力的作用下从目标组件压紧支架1-1上的销孔1-12内脱出。外部黏附装置继续向后移动，将系于目标组件2上的四条不锈钢丝4拉紧。当黏附面上的应力达到黏附材料脱附应力时，目标组件2即可从外部黏附装置上脱附下来。此时，目标组件2即处于试验所需的自由状态。而后，目标组件2反向喷气并在不锈钢丝4的牵拉作用下平衡于待黏附区域。

(3)黏附阶段黏附目标组件2时，外部黏附装置以一定数值的较大的加速度压住目标组件2向目标组件压紧支架1-1移动。加速运动时间为事先计算调试得到的一个定值。加速时，黏附面上可产生黏附所需大小的惯性力。加速完成后，外部黏附装置可以所需概率实现黏附。如果此时未能成功实现黏附，则目标组件会以一定速度向目标组件压紧支架1-1飞去。目标组件2撞向目标组件压紧支架1-1的能量由支架上的缓冲减震器1-3吸收。

(4)进行下次黏附试验时目标组件到达预定待黏附预压区域是通过打开电控开关阀6-4使目标组件2向目标组件压紧支架1-1方向喷气并由不锈钢细丝4限位实现。如此，周而复始，可完成既定次数的试验。

本发明的优点在于：第一，通过将尽可能多的器件集成到目标组件中，可以较小的整机质量获得较大的目标组件质量，提高了目标组件惯性，进而以较小的整机质量获得较大的目标组件惯性；第二，可以在黏附目标组件时使目标组件处于接触力只来自外部黏附装置的自由状态；第三，以简易的结构实现对目标组件在发射时的压紧和空间试验时的释放；第四，以简单、轻量、可靠的喷气系统满足了试验的需求。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种用于空间微型试验装置的喷气复位绳限位自由目标装置，其特征在于，包括：目标组件压紧支架组件、目标组件和不锈钢细丝；目标组件压紧支架组件在目标组件一侧，包括目标组件压紧支架，所述目标组件压紧支架上设有定位销孔、目标组件压紧支架固定螺孔、缓冲减震器、缓冲减震器锁紧螺母、不锈钢细丝固定螺钉；缓冲减震器、不锈钢细丝固定螺钉均垂直于目标组件压紧支架；目标组件包括气路组件、电控开关阀柔性电缆、电源及驱动控制组件、被黏附板、被黏附板固定螺钉和气路防护板；不锈钢细丝用钎焊固定于不锈钢细丝固定螺钉的头部，另一端用螺钉固定在气路防护板上；气路组件包括安装板、安装板一侧的气瓶固定钢片、气瓶、瓶口充气阀、瓶口管、电控开关阀和安装板另一侧的电控开关阀总接头、总气管、一级分流接头、一级气管、二级分流接头、二级气管、喷气管进气接头、喷气管、定位销；气瓶固定钢片将气瓶扎紧于安装板上；气路组件沿出气方向依次为气瓶、瓶口充气阀、瓶口管、电控开关阀总接头、总气管、一级分流接头、一级气管、二级分流接头、二级气管、喷气管进气接头和喷气管；定位销垂直于安装板安装；电控开关阀柔性电缆一端自目标组件引出，另一端接外部电缆插头；电源及驱动控制组件位于气路组件的气瓶一侧，并将此侧的气路元器件四面包围，同时作为被黏附板的支架使用。

2.如权利要求1所述的用于空间微型试验装置的喷气复位绳限位自由目标装置，其特征在于，在发射阶段，为固定目标组件，使用外部黏附装置压紧目标组件于目标组件压紧支架组件上，并采用四个圆柱销及压紧状态的缓冲减震器提供的支承面定位，目标组件压紧支架上设置有定位销孔，所述圆柱销与目标组件压紧支架上的定位销孔为间隙配合，圆柱销固定于目标组件上，在发射阶段，圆柱销在外部黏附装置压力下插于目标组件压紧支架的定位销孔中，直到所述气路防护板将缓冲减震器压至极限位置。

3.如权利要求1所述的用于空间微型试验装置的喷气复位绳限位自由目标装置，其特征在于，所述不锈钢细丝用于限制所述目标组件背离目标组件压紧支架的移动距离。

4.如权利要求1所述的用于空间微型试验装置的喷气复位绳限位自由目标装置，其特征在于，所述电控开关阀柔性电缆垂直于电源及驱动控制组件的外壁布置。

5.如权利要求1所述的用于空间微型试验装置的喷气复位绳限位自由目标装置，其特征在于，所述目标组件压紧支架上设置有不锈钢细丝固定螺钉用以固定不锈钢细丝的一端，不锈钢细丝系于所述螺钉的头部；在所述螺钉的头部用钎焊将不锈钢细丝进一步固定；通过螺母配合目标组件压紧支架上的螺纹孔构成双螺母结构背紧所述螺钉。

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