CN110763262B - 一种高刚度自展开式遮光罩 - Google Patents

一种高刚度自展开式遮光罩 Download PDF

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Abstract

一种高刚度自展开式遮光罩属于航天技术领域；本遮光罩为了解决结构系统复杂、定位精度不高、刚度不高的技术问题；本遮光罩的上安装座和下安装座均设置通光孔，且周向分别均匀设置多个弹簧收拢槽，弹簧收拢槽内设置连接块安装孔，挡环设置在弹簧收拢槽和通光孔之间，上安装座通过带状弹簧组连接下安装座，驱动弹簧和遮光布均设置在上安装座与下安装座之间，解锁器通过螺钉固定安装在下安装座侧壁，解锁器断裂锁紧绳，驱动弹簧驱动上安装座与下安装座分离，带动遮光布展开，带状弹簧由折叠弯曲状态自展开为伸直状态，实现遮光罩的高刚度自展开；本遮光罩具有可靠性高、自展开、自锁定、结构简单、质量轻、刚度高、展开精度高和大压缩比的优点。

Description

一种高刚度自展开式遮光罩
技术领域
本发明属于航天技术领域，具体涉及一种高刚度自展开式遮光罩。
背景技术
遮光罩是卫星光学遥感系统的重要部件，主要用于遮挡外界杂散光进入光学系统，以提高成像质量或探测性能。常规遮光罩通常设计为固定尺寸，采用金属或复合材料加工成型，为了满足光学系统的使用要求，遮光罩往往尺寸较大，导致空间浪费并增加了发射成本，对于大口径遮光罩，其尺寸也会受到火箭整流罩的限制。发射时收拢，入轨后展开的可展开式遮光罩是解决遮光罩空间要求问题的关键技术和有效手段。
现有的可展开式遮光罩主要包括机构展开式、充气展开式和自展开式。机构展开式铰接单元多、结构复杂且需要额外驱动，充气展开式质量轻、压缩比大但是展开精度较低、系统复杂且需要额外驱动，自展开式具有无需外部驱动力、压缩比大、展开定位精度高的优点。
现有的可展开式遮光罩通常结构系统复杂、定位精度也不高，限制了其在光学系统中的广泛应用，特别是小型光学系统，如星敏感器。
发明内容
本发明为了解决现有的可展开式遮光罩结构系统复杂、定位精度不高、刚度不高的技术问题，提供了一种高刚度自展开式遮光罩。
本发明技术方案如下：
一种高刚度自展开式遮光罩，包括上安装座、驱动弹簧、遮光布、带状弹簧组、解锁器、解锁器穿绳孔、下安装座、下安装座穿绳孔、上安装座螺钉座、锁紧绳、连接块安装孔、弹簧收拢槽、通光孔、挡环、下安装座侧壁、芯块、连接块和上安装座穿绳孔；
所述上安装座和下安装座均设置通光孔，所述上安装座和下安装座的周向分别均匀设置多个弹簧收拢槽，所述弹簧收拢槽内设置连接块安装孔；所述挡环设置在弹簧收拢槽和通光孔之间；
所述上安装座通过带状弹簧组连接下安装座；
所述带状弹簧组包括两条带状弹簧；所述带状弹簧的横截面为弧形，所述两条带状弹簧的弧形凹面相对安装；
所述驱动弹簧和遮光布均设置在上安装座与下安装座之间，所述遮光布设置在驱动弹簧外侧；
所述上安装座螺钉座和下安装座侧壁均设置在弹簧收拢槽之间；所述上安装座螺钉座设置在上安装座的周向上，所述下安装座侧壁设置在下安装座的周向上；所述解锁器通过螺钉固定安装在下安装座侧壁；
所述锁紧绳的一端固定在下安装座穿绳孔上，锁紧绳的绳体穿过解锁器穿绳孔，所述锁紧绳的另一端穿过上安装座穿绳孔，通过螺钉固定在上安装座螺钉座上；
高刚度自展开式遮光罩收拢时，所述带状弹簧组折叠后收拢在弹簧收拢槽中，所述驱动弹簧压缩在上安装座和下安装座之间；所述锁紧绳拉紧使遮光罩收拢压紧，上安装座与下安装座形成楔形面贴合；
星箭分离后，解锁器断裂锁紧绳，驱动弹簧驱动上安装座与下安装座分离，带动遮光布展开，带状弹簧由折叠弯曲状态自展开为伸直状态，实现遮光罩的高刚度自展开。
所述两条带状弹簧之间设置芯块，所述芯块分别通过螺钉与上安装座和下安装座上的连接块固定连接。
所述弹簧收拢槽的外侧设置减重槽。
所述上安装板和下安装板的形状均为正多边形。
所述带状弹簧组的数量为至少三组。
本发明有益效果：本发明所述的自展开式遮光罩与现有的可展开式遮光罩相比具有可靠性高、自展开、自锁定、结构简单、质量轻、刚度高、展开精度高和大压缩比的优点。
附图说明
图1为本发明一种高刚度自展开式遮光罩的展开结构示意图；
图2为本发明一种高刚度自展开式遮光罩的收拢结构示意图；
图3为本发明一种高刚度自展开式遮光罩的收拢结构剖视图；
图4为本发明一种高刚度自展开式遮光罩的上安装座结构示意图；
图5为本发明一种高刚度自展开式遮光罩的下安装座结构示意图；
图6为本发明一种高刚度自展开式遮光罩的带状弹簧安装示意图；
图7本发明一种高刚度自展开式遮光罩的带状弹簧横截面示意图；
图8为本发明一种高刚度自展开式遮光罩的芯块结构示意图；
图9为本发明一种高刚度自展开式遮光罩的连接块结构示意图；
图10为本发明一种高刚度自展开式遮光罩的上下安装座楔形贴合面局部放大示意图；
图11为本发明一种高刚度自展开式遮光罩的采用三组带状弹簧组的结构示意图。
其中：1、上安装座，2、驱动弹簧，3、遮光布，4、带状弹簧，5、解锁器，5-1、解锁器穿绳孔，6、下安装座，7、下安装座穿绳孔，8、上安装座螺钉座，9、锁紧绳，10、连接块安装孔，11、弹簧收拢槽，12、通光孔，13、挡环，14、下安装座侧壁，15、减重槽，16、芯块，17、连接块，18、上安装座穿绳孔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明中的技术方案进行详细的阐述。
如图1至图10所示，一种高刚度自展开式遮光罩，包括上安装座1、驱动弹簧2、遮光布3、带状弹簧组、解锁器5、解锁器穿绳孔5-1、下安装座6、下安装座穿绳孔7、上安装座螺钉座8、锁紧绳9、连接块安装孔10、弹簧收拢槽11、通光孔12、挡环13、下安装座侧壁14、芯块16、连接块17和上安装座穿绳孔18。
上安装板1和下安装板6的形状均为正多边形。上安装板1、下安装板6和通光孔12可以为圆形或者三角形或者多边形，根据实际的使用要求进行设计。上安装座1与下安装座6均设置通光孔12，通光孔12形状根据空间相机要求进行设计。上安装座1和下安装座6的周向分别均匀设置多个弹簧收拢槽11，用于遮光罩折叠收拢时存放带状弹簧组。弹簧收拢槽11的外侧设置减重槽15，用于降低结构总重量，实现轻量化设计。
弹簧收拢槽11内设置连接块安装孔10，用于安装连接块17。挡环13设置在弹簧收拢槽11和通光孔12之间，上安装座1和下安装座6上均设置有挡环13，用于对驱动弹簧2的限位。
上安装座1通过带状弹簧组连接下安装座6。带状弹簧组的数量为至少三组。本发明中的带状弹簧组的放置数量可以为三组或者四组或者五组，各个带状弹簧组的结构和连接都相同。如图11所示，带状弹簧组的设计使用数量为三组形成的六边形遮光罩结构设计。
带状弹簧组包括两条带状弹簧4，带状弹簧4的横截面为弧形，成对使用，所述带状弹簧组的两条带状弹簧4的弧形凹面相对安装，在折叠弯曲后，可自回弹展开至初始状态，且展开后具有自锁定性能，提高了遮光罩展开后的定位精度和刚度。两条带状弹簧4之间设置芯块16，带状弹簧组两端的芯块16分别通过螺钉与上安装座1和下安装座6上的连接块17固定连接。
驱动弹簧2和遮光布3均设置在上安装座1与下安装座6之间，所述遮光布3设置并包覆在驱动弹簧2外侧，遮光布3与上安装座1和下安装座6均进行胶结连接。
上安装座螺钉座8和下安装座侧壁14均设置在弹簧收拢槽11之间。上安装座螺钉座8设置在上安装座1的周向上，所述下安装座侧壁14设置在下安装座6的周向上，下安装座侧壁14为解锁器5提供安装接口，解锁器5通过螺钉固定安装在下安装座侧壁14。本实施例采用解锁器5的数量为两个。
锁紧绳9的一端固定在下安装座穿绳孔7上，锁紧绳9的绳体穿过解锁器穿绳孔5-1，锁紧绳9的另一端穿过上安装座穿绳孔18，通过螺钉固定在上安装座螺钉座8上。
下面说明一下本实施例具体工作流程，遮光罩发射过程中处于收拢状态，高刚度自展开式遮光罩收拢折叠时，带状弹簧组折叠后收拢在弹簧收拢槽11中，本实施例采用4组带状弹簧，每组弹簧相对放置构成。驱动弹簧2处于压缩状态，压缩时存储弹性应变能，为遮光罩展开提供驱动力，压缩后存储在上安装座1和下安装座6之间。锁紧绳采用拉紧及螺钉紧固方式进行连接，压紧上安装座1和下安装座6，为遮光罩收拢提供锁紧力，锁紧绳9拉紧使遮光罩收拢压紧，此时上安装座1与下安装座6形成楔形面贴合，即贴合时贴合面形状为平面加楔形面(平面加斜面)配合，达到限制遮光罩径向运动的目的。自展开式遮光罩在折叠后具有较大的压缩比，本实施例压缩比为5.7。
星箭分离后，解锁器5采用通电加热或火工切割方式实现锁紧绳9的解锁断裂，即解锁器5通电熔断或切断锁紧绳9，驱动弹簧2释放应变能从而驱动上安装座1与下安装座6分离，带动遮光布3展开，带状弹簧4由折叠弯曲状态自展开为伸直状态，提供遮光罩展开锁定功能并保证展开指向精度和系统刚度，实现遮光罩的高刚度自展开。
遮光罩展开后基频可到30Hz，避免了对光学系统成像的影响。由于在展开过程中，阻力仅包含遮光布3的拉伸阻力，无运动关节、接触等不可控阻力因素，提高了遮光罩的展开可靠性。

Claims (5)

1.一种高刚度自展开式遮光罩，包括上安装座(1)、驱动弹簧(2)、遮光布(3)、带状弹簧组、解锁器(5)、解锁器穿绳孔(5-1)、下安装座(6)、下安装座穿绳孔(7)、上安装座螺钉座(8)、锁紧绳(9)、连接块安装孔(10)、弹簧收拢槽(11)、通光孔(12)、挡环(13)、下安装座侧壁(14)、芯块(16)、连接块(17)和上安装座穿绳孔(18)；
其特征在于，所述上安装座(1)和下安装座(6)均设置通光孔(12)，所述上安装座(1)和下安装座(6)的周向分别均匀设置多个弹簧收拢槽(11)，所述弹簧收拢槽(11)内设置连接块安装孔(10)；所述挡环(13)设置在弹簧收拢槽(11)和通光孔(12)之间；
所述上安装座(1)通过带状弹簧组连接下安装座(6)；
所述带状弹簧组包括两条带状弹簧(4)；所述带状弹簧(4)的横截面为弧形，所述两条带状弹簧(4)的弧形凹面相对安装；
所述驱动弹簧(2)和遮光布(3)均设置在上安装座(1)与下安装座(6)之间，所述遮光布(3)设置在驱动弹簧(2)外侧；
所述上安装座螺钉座(8)和下安装座侧壁(14)均设置在弹簧收拢槽(11)之间；所述上安装座螺钉座(8)设置在上安装座(1)的周向上，所述下安装座侧壁(14)设置在下安装座(6)的周向上；所述解锁器(5)通过螺钉固定安装在下安装座侧壁(14)；
所述锁紧绳(9)的一端固定在下安装座穿绳孔(7)上，锁紧绳(9)的绳体穿过解锁器穿绳孔(5-1)，所述锁紧绳(9)的另一端穿过上安装座穿绳孔(18)，通过螺钉固定在上安装座螺钉座(8)上；
高刚度自展开式遮光罩收拢时，所述带状弹簧组折叠后收拢在弹簧收拢槽(11)中，所述驱动弹簧(2)压缩在上安装座(1)和下安装座(6)之间；所述锁紧绳(9)拉紧使遮光罩收拢压紧，上安装座(1)与下安装座(6)形成楔形面贴合；
星箭分离后，解锁器(5)断裂锁紧绳(9)，驱动弹簧(2)驱动上安装座(1)与下安装座(6)分离，带动遮光布(3)展开，带状弹簧(4)由折叠弯曲状态自展开为伸直状态，实现遮光罩的高刚度自展开。
2.如权利要求1所述的一种高刚度自展开式遮光罩，其特征在于，所述两条带状弹簧(4)之间设置芯块(16)，所述芯块(16)分别通过螺钉与上安装座(1)和下安装座(6)上的连接块(17)固定连接。
3.如权利要求1所述的一种高刚度自展开式遮光罩，其特征在于，所述弹簧收拢槽(11)的外侧设置减重槽(15)。
4.如权利要求1所述的一种高刚度自展开式遮光罩，其特征在于，所述上安装座(1)和下安装座(6)的形状均为正多边形。
5.如权利要求1所述的一种高刚度自展开式遮光罩，其特征在于，所述带状弹簧组的数量为至少三组。
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