CN109866943B - 一种充气驱动展开的薄壁杆支撑装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种充气驱动展开的薄壁杆支撑装置，包括滚筒、柔性粘扣组件、一端设于滚筒上的薄壁杆、滚筒内控制薄壁杆截面恢复连杆机构，薄壁杆包括对称设置的上支撑壁与下支撑壁，上支撑壁与下支撑壁均由柔性材料制成，薄壁杆上还设置有从薄壁杆一端延伸至薄壁杆另一端的管状气囊，以及辅助薄壁杆截面恢复的内置气枕。柔性粘扣组件包括设于上支撑壁上表面的柔性粘扣公贴、设于下支撑壁下表面的柔性粘扣母贴。滚筒内的双连杆机构与薄壁杆杆壁相连，机构的滑动轴固定在滚筒上。截面恢复到位后利用机构顶部设置的柔性粘扣和卡销双重锁紧。截面恢复机构位于滚筒的偏心位置。本发明的充气驱动展开的薄壁杆支撑装置质量较轻、收拢后体积较小。

Description

一种充气驱动展开的薄壁杆支撑装置

技术领域

本发明涉及一种太阳电池阵、薄膜天线等柔性展开结构的展开支撑装置，尤其涉及一种充气驱动展开的薄壁杆支撑装置。

背景技术

随着人类太空活动的不断深入，对柔性展开结构的展开尺寸、质量等性能参数提出了更加严格的要求。近年来，柔性展开结构因其轻质、高收纳比的优势在载人航天、深空探测、小行星资源勘探等空间任务中扮演越来越重要的角色。然而，目前，国内外类似的展开支撑装置主要采用机电控制的方式进行展开，这使得展开装置整体质量过大，收拢后包络也较大，从而增加了航天器的使用成本。

有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种新型结构的充气驱动展开的薄壁杆支撑装置，使其更具有产业上的利用价值。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种质量较轻、收拢后体积较小的充气驱动展开的薄壁杆支撑装置。

本发明的充气驱动展开的薄壁杆支撑装置，包括滚筒、柔性粘扣组件、一端设于滚筒上的薄壁杆，所述薄壁杆包括对称设置的上支撑壁与下支撑壁，所述上支撑壁与下支撑壁均由柔性材料制成，薄壁杆上还设置有从薄壁杆一端延伸至薄壁杆另一端的管状气囊，控制薄壁杆截面恢复的连杆机构，以及辅助薄壁杆截面恢复的内置气枕，连杆机构的滑动轴通过上固定块、下固定块固定在滚筒上；所述柔性粘扣组件包括设于上支撑壁上表面的柔性粘扣公贴、设于下支撑壁下表面的柔性粘扣母贴；薄壁杆与连杆机构之间采用四点对称固定的方式连接；薄壁杆截面展开到位时，连杆机构通过两侧卡销和柔性粘扣进行锁紧定位；连杆机构定位在滚筒偏心的位置。

进一步的，本发明的充气驱动展开的薄壁杆支撑装置，所述上支撑壁、下支撑壁均由碳纤维复合材料制成。

进一步的，本发明的充气驱动展开的薄壁杆支撑装置，所述管状气囊设置于所述上支撑壁的中部。

进一步的，本发明的充气驱动展开的薄壁杆支撑装置，所述柔性粘扣公贴设置于所述上支撑壁的边缘，所述柔性粘扣母贴设置于所述下支撑壁的边缘，并且柔性粘扣母贴靠近滚筒的一端绕设于滚筒的表面。

进一步的，本发明的充气驱动展开的薄壁杆支撑装置，所述滚筒的两端设有限位板。

进一步的，本发明的充气驱动展开的薄壁杆支撑装置，上定位块和下定位块通过卡槽定位在滚筒壁上。

进一步的，本发明的充气驱动展开的薄壁杆支撑装置，内置气枕上下面与薄壁杆弧面段相互贴合，内置气枕纵截面形状为长方形，横截面形状为上下弧边左右直边。

进一步的，本发明的充气驱动展开的薄壁杆支撑装置，内置气枕与管状气囊之间采用两根细长的柔性气管进行连接通气，保证其能够抵抗较大角度的弯折。

进一步的，本发明的充气驱动展开的薄壁杆支撑装置，薄壁杆通过一段弯曲段壁才与滚筒外壁接触，保证薄壁杆弯曲并缠绕至滚筒外壁过程中局部不会出现应力集中，保护局部薄壁杆不被破坏。

借由上述方案，本发明至少具有以下优点：1.本发明的充气驱动展开的薄壁杆支撑装置，由于充气驱动展开的薄壁杆支撑装置未采用机电控制的方式，而是改由管状气囊驱动的方式，从而大大减轻了装置整体的质量及收拢后的体积。 2.本发明的充气驱动展开的薄壁杆支撑装置，薄壁杆截面展开到位时，连杆机构通过两侧卡销和柔性粘扣进行锁紧定位，双重锁定方式保证了机构的连接刚度，能够在较大外部载荷的条件下，保持杆的支撑刚度。3.截面恢复过程中加入辅助气枕，一方面可以辅助杆截面恢复，另一方面可在柔性粘扣之间施加足够大的挤压力，保证粘扣的锁紧力足够大。

综上所述，本发明的充气驱动展开的薄壁杆支撑装置质量较轻、收拢后体积较小。且充气展开末期，杆截面恢复过程平稳有序，展开结束后通过可靠的机构锁定装置保证整个支撑结构的刚度足够大，能够满足应用需求。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是充气驱动展开的薄壁杆支撑装置的立体结构图；

图2是充气驱动展开的薄壁杆支撑装置充气展开过程的示意图；

图3是充气驱动展开的薄壁杆支撑装置充气展开完毕后滚筒内部构造图；

图4是充气驱动展开的薄壁杆支撑装置中薄壁杆与连杆机构固定连接的四个位置；

图5是充气驱动展开的薄壁杆支撑装置中卡销锁定装置与柔性粘扣、连接柔性气管的相对位置图。

图6是充气驱动展开的薄壁杆支撑装置中卡销锁定装置放大图。

图7是充气驱动展开的薄壁杆支撑装置中柔性粘扣公贴和母贴的放大图。

图8是充气驱动展开的薄壁杆支撑装置中柔性粘扣与连接气囊与气枕的气管放大图。

图9是充气驱动展开的薄壁杆支撑装置中气囊与气枕连接方式示意图。

图10是隐藏滚筒后，薄壁杆被压扁卷曲的侧视图。

图11是薄壁杆被压扁缠卷在滚筒上的侧视图(隐藏单侧限位板)。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

参见图1至图2，本发明一较佳实施例的一种充气驱动展开的薄壁杆支撑装置，包括滚筒4、柔性粘扣组件2、一端设于滚筒上的薄壁杆1，薄壁杆包括对称设置的上支撑壁5与下支撑壁6，上支撑壁与下支撑壁均由柔性材料制成，薄壁杆上还设置有从薄壁杆一端延伸至薄壁杆另一端的管状气囊3，控制薄壁杆截面恢复的连杆机构8，以及辅助薄壁杆截面恢复的内置气枕9，连杆机构8的滑动轴通过上固定块10、下固定块11固定在滚筒4上；所述柔性粘扣组件2包括设于上支撑壁5上表面的柔性粘扣公贴201、设于下支撑壁6下表面的柔性粘扣母贴202；滚筒内的连杆机构8通过对称的四个位置801、802、803、804与薄壁杆1相连，连杆机构8的滑动轴固定在滚筒上。截面恢复到位后利用卡销805 锁紧。并通过在机构顶部设置柔性粘扣公贴203，对应与之接触的平面上设置母贴204将机构进行二次锁紧。连杆机构设置在滚筒的偏心位置。薄壁杆上还设置有从薄壁杆一端延伸至薄壁杆另一端的管状气囊3，辅助薄壁杆截面恢复的内置气枕9，气囊3与气枕之间通过气管12、13连通，柔性粘扣组件包括设于上支撑壁上表面的柔性粘扣公贴201、设于下支撑壁下表面的柔性粘扣母贴202。

具体实施时，由上支撑壁、下支撑壁连接形成的薄壁杆，其截面呈上下对称的双Ω形，其通过模具制成，并且上支撑壁、下支撑壁为多层碳纤维复合材料制成，能够承受较大的弯曲变形。柔性粘扣组件布置在薄壁杆的两侧，其中柔性粘扣公贴位于上支撑壁上表面，柔性粘扣母贴位于下支撑壁的下表面，柔性粘扣公贴的表面为钩面，柔性粘扣母贴的表面为毛面，柔性粘扣与管状气囊均采用胶粘的方式与薄壁杆连接固定。滚筒内设有截面控制机构，截面控制机构通过连杆运动的形式控制薄壁杆截面的张开量，截面完全张开后，通过两侧卡槽和顶部的柔性粘扣进行锁定。

在收拢状态下，薄壁杆一端的四个固定位置随连杆机构运动并被压扁，随后缠卷到滚筒外侧壁面上，管状气囊随薄壁杆一起卷入。卷曲收拢过程中，柔性粘扣公贴的钩面和柔性粘扣母贴的毛面充分接触，使得两部分钩粘在一起，以保持薄壁杆的卷曲形状。充气展开过程中，气体由气囊端部冲入，外露部分鼓胀后，推动滚筒展开，原先钩连在一起的柔性粘扣公贴和柔性粘扣母贴在管状气囊的驱动作用下开始剥离。薄壁杆的截面形状由扁平状逐渐恢复至初始的豆荚形。最终整个薄壁杆在气囊的驱动作用下，完全展开，端部截面在自身应变能和杆腔内部的辅助气枕的作用下完全恢复，并依靠锁定销和柔性粘扣锁定保持截面形状不变。

由于充气驱动展开的薄壁杆支撑装置未采用机电控制的方式，而是改由管状气囊驱动的方式，从而大大减轻了装置整体的质量及收拢后的体积。

作为优选，本发明的充气驱动展开的薄壁杆支撑装置，上支撑壁、下支撑壁均由碳纤维复合材料制成。

由碳纤维复合材料制成的上支撑壁、下支撑壁，其比重小、强度高、能够承受较大的弯曲变形，从而增加了充气驱动展开的薄壁杆支撑装置的使用寿命和效果。

作为优选，本发明的充气驱动展开的薄壁杆支撑装置，管状气囊设置于上支撑壁的中部。

作为优选，本发明的充气驱动展开的薄壁杆支撑装置，柔性粘扣公贴设置于上支撑壁的边缘，柔性粘扣母贴设置于下支撑壁的边缘，并且柔性粘扣母贴靠近滚筒的一端绕设于滚筒的表面。

作为优选，本发明的充气驱动展开的薄壁杆支撑装置，滚筒的两端设有限位板7。

作为优选，本发明的充气驱动展开的薄壁杆支撑装置，杆截面恢复依靠连杆机构控制，并通过卡销和卡槽及柔性粘扣进行锁定。

作为优选，本发明的充气驱动展开的薄壁杆支撑装置，杆腔内部设置辅助气枕来辅助杆截面恢复以及杆截面锁定定位。

作为优选，本发明的充气驱动展开的薄壁杆支撑装置，连杆机构设置在滚筒内部偏心的位置，这样能够增加杆壁在滚筒内的长度，以此避免杆壁在卷曲缠绕的过程中弯曲过渡段变形过大。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，本领域技术人员能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的保护范围由所附权利要求而不是上述说明限定。

此外，以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。同时，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

图3是充气驱动展开的薄壁杆支撑装置充气展开完毕后滚筒内部构造图；气流通过柔性气管12、13从气囊3流入气枕9，气枕漫漫鼓胀，在杆壁自身弹性恢复力与气枕的推力，杆截面慢慢恢复。薄壁杆通过四个对称的位置与连杆机构固定连接，待杆截面完全恢复，两测的锁定卡销插入对应卡槽。机构上顶面设置的柔性粘扣203、204在气枕的推力作用下紧紧锁定。

图4是充气驱动展开的薄壁杆支撑装置中薄壁杆与连杆机构固定连接的四个位置；连接处采用压片螺接的方式紧固，最大程度的保证连接强度。

图5是充气驱动展开的薄壁杆支撑装置中卡销锁定装置与柔性粘扣、连接柔性气管的相对位置图。该装置中杆截面恢复后的锁定依靠机械卡槽锁定加柔性粘扣锁紧双重锁紧方式，提高了其可靠性。管状气囊3与气枕之间通过两根细软气管连接通气。

图6是充气驱动展开的薄壁杆支撑装置中卡销锁定装置放大图。该装置中卡销固定在连杆机构上，卡槽固定在滚筒侧壁上。

图7是充气驱动展开的薄壁杆支撑装置中柔性粘扣公贴和母贴的放大图。

图8是充气驱动展开的薄壁杆支撑装置中柔性粘扣与连接气囊与气枕的气管放大图。

图9是充气驱动展开的薄壁杆支撑装置中气囊与气枕连接方式示意图。

图10是隐藏滚筒后，薄壁杆被压扁卷曲的侧视图。

图11是薄壁杆被压扁缠卷在滚筒上的侧视图，隐藏单侧限位板。

Claims (9)

1.一种充气驱动展开的薄壁杆支撑装置，其特征在于：包括滚筒（4）、柔性粘扣组件（2）、一端设于滚筒上的薄壁杆（1），所述薄壁杆包括对称设置的上支撑壁（5）与下支撑壁（6），所述上支撑壁（5）与下支撑壁（6）均由柔性材料制成，薄壁杆上还设置有从薄壁杆一端延伸至薄壁杆另一端的管状气囊（3），控制薄壁杆截面恢复的连杆机构（8），以及辅助薄壁杆截面恢复的内置气枕（9），连杆机构（8）的滑动轴通过上固定块（10）、下固定块（11）固定在滚筒（4）上；所述柔性粘扣组件（2）包括设于上支撑壁（5）上表面的柔性粘扣公贴（201）、设于下支撑壁（6）下表面的柔性粘扣母贴（202）；薄壁杆（1）与连杆机构（8）之间采用四点对称固定的方式连接；薄壁杆（1）截面展开到位时，连杆机构通过两侧卡销（805）和柔性粘扣进行锁紧定位；连杆机构（8）定位在滚筒偏心的位置。

2.根据权利要求1所述的充气驱动展开的薄壁杆支撑装置，其特征在于：所述上支撑壁、下支撑壁均由碳纤维复合材料制成。

3.根据权利要求1所述的充气驱动展开的薄壁杆支撑装置，其特征在于：所述管状气囊设置于所述上支撑壁的中部。

4.根据权利要求1所述的充气驱动展开的薄壁杆支撑装置，其特征在于：所述柔性粘扣公贴设置于所述上支撑壁的边缘，所述柔性粘扣母贴设置于所述下支撑壁的边缘，并且柔性粘扣母贴靠近滚筒的一端绕设于滚筒的表面。

5.根据权利要求1所述的充气驱动展开的薄壁杆支撑装置，其特征在于：所述滚筒的两端设有限位板（7）。

6.根据权利要求1所述的充气驱动展开的薄壁杆支撑装置，其特征在于：上固定块（10）和下固定块（11）通过卡槽定位在滚筒壁上。

7.根据权利要求1所述的充气驱动展开的薄壁杆支撑装置，其特征在于：内置气枕（9）上下面与薄壁杆弧面段相互贴合，内置气枕纵截面形状为长方形，横截面形状为上下弧边左右直边。

8.根据权利要求1所述的充气驱动展开的薄壁杆支撑装置，其特征在于：内置气枕与管状气囊之间采用两根细长的柔性气管（12）、（13）进行连接通气，保证其能够抵抗较大角度的弯折。

9.根据权利要求1所述的充气驱动展开的薄壁杆支撑装置，其特征在于：薄壁杆（1）通过一段弯曲段壁才与滚筒外壁接触，保证薄壁杆（1）弯曲并缠绕至滚筒外壁过程中局部不会出现应力集中，保护局部薄壁杆（1）不被破坏。

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