CN110906116A - 一体化平台支撑铰链 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种一体化平台支撑铰链，包括一体化连接杆、磁强计、姿态测量仪、Y型支撑柔性铰链、支撑平台以及I型支撑柔性铰链，一体化连接杆的两端分别设置磁强计和姿态测量仪，一体化连接杆通过Y型支撑柔性铰链和I型支撑柔性铰链支撑连接在支撑平台上，通过Y型支撑柔性铰链和I型支撑柔性铰链在两个维度上的热力学解耦及竖直方向的高刚度，实现了Y型支撑柔性铰链、I型支撑柔性铰链无热应力支撑和磁强计关键部件位置的恒定，有利于空间磁场、重力场探测等卫星领域的科学试验和应用，具有无热应力支撑、关键部件位姿恒定、平台构型稳定，支撑刚度高、性能可靠、结构简单等优点。
Description
技术领域
本发明涉及航天器领域，具体地，涉及一种一体化平台支撑铰链。
背景技术
地磁学是地球物理学和空间物理学的一个重要组成部分，是连接固体地球物理学与空间物理学的桥梁。它是由基本磁场与变化磁场两部分组成的。基本磁场来源于地球内部，研究它的变化及起源，是地球动力学研究的重要内容之一；变化的磁场则与电离层的变化和太阳活动等有关。对变化的磁场的研究是日地物理研究中的热门课题。通过卫星所观测到的磁场的变化包括了上至太阳活动、星际空间、磁层、电离层活动，下至地壳构造、地震活动、地球深部导电特征、地核变化的各种丰富的信息，卫星能够为地球物理和空间物理研究提供大量高分辨率的科学数据，满足科学研究的需求。磁通门磁强计和卫星姿态测量仪是其中的关键器件，其中磁强计是磁场信息获取的关键器件，姿态测量仪是卫星位姿确定的关键系统，因此，通过姿态测量仪确定磁强计的空间位姿是精确磁场信息获取的必要保障。
而在外太空环境下，温度的变化带来的形变会造成严重的位置误差，研究发现，温度每升高1摄氏度，1米长的钢材横向膨胀量达10微米，1米长的铝合金材横向膨胀量达22微米。温度的变化必然会引起相应的应力产生，而且热变形带到的尺寸变化也会严重影响支撑精度。因此，如何控制支撑板及连接杆由于温度变化带来的温度应变成为该类空间科学卫星中的关键问题。专利CN202507120U中提及一种基于柔性铰链结构的横梁膨胀关节，设置于立柱固定部与横梁固定部之间，通过柔性铰链的变形特点，解决横梁受热热膨胀引起的应力变形问题。但是该专利提及的技术仅适应于单自由度情况，对于多自由度热影响则不太适应。专利CN204345237U提及的一种基于柔性铰链的柔性动态耦合连接固定机构，通过周向布置的多组柔性铰链机构，借助柔性铰链机构可以各自产生一定的弹性变形,消除平台体在使用过程中由于载荷、温度变化及其他因素引起的变形而导致的定位误差。但是这种机构会带来平台体的中心会随着平台体夹持部位形状的变化而发生改变，而且不可测，不可控。专利CN103753449A提及的柔性铰链与气浮框架配合用于光学组件装夹定位的装置，通过柔性铰链与气浮框架的配合，使得大口径光学组件在水平面内具有低应力应变的可靠夹持能力,及气浮框架与二维大行程采用柔性联接以保证光学元件表面与工作台平面的平行度。但是该装置仍无法减小或消除温度变化等影响。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种一体化平台支撑铰链。
根据本发明提供的一种一体化平台支撑铰链，包括一体化连接杆100、磁强计200、姿态测量仪300、Y型支撑柔性铰链400、支撑平台500以及I型支撑柔性铰链600；
磁强计200、姿态测量仪300分别设置在一体化连接杆100的两端；
一体化连接杆100通过Y型支撑柔性铰链400和I型支撑柔性铰链600支撑连接在支撑平台500上。
优选地，Y型支撑柔性铰链400的数量为两个，且对称分布在一体化连接杆100的两侧；
Y型支撑柔性铰链400靠近磁强计200的一侧；
I型支撑柔性铰链600为两个，且对称分布在一体化连接杆100的两侧；
I型支撑柔性铰链600靠近姿态测量仪300的一侧。
优选地，Y型支撑柔性铰链400为Y型结构；
Y型支撑柔性铰链400的单连接端连接一体化安装杆100；
Y型支撑柔性铰链400的双连接端连接支撑平台500。
优选地，I型支撑柔性铰链600为I型结构；
I型支撑柔性铰链600的一端连接一体化安装杆100；
I型支撑柔性铰链600的另一端连接连接支撑平台500。
优选地，Y型支撑柔性铰链400的双连接端包括第一铰链腿700和第三铰链腿900；
第一铰链腿700设置第一薄壁环节710；
第三铰链腿900设置第三薄壁环节910；
Y型支撑柔性铰链400的弹性变形通过第一薄壁环节700和第三薄壁环节900得到补偿。
优选地，I型支撑柔性铰链600包括第二铰链腿800和第四铰链腿1000；
第二铰链腿800设置第二薄壁环节810；
第四铰链腿1000设置第四薄壁环节1100；
I型支撑柔性铰链600的弹性变形通过第二薄壁环节810和第四薄壁环节1100得到补偿。
优选地，一体化安装杆100采用碳纤维复合材料、陶瓷或微晶玻璃；
Y型支撑柔性铰链400和I型支撑柔性铰链600采用铜合金或钛合金；
支撑平台500采用硬质木材复合材料。
优选地，Y型支撑柔性铰链400、I型支撑柔性铰链600分别与一体化连接杆100采用环氧树脂胶粘接或无磁螺钉连接；
Y型支撑柔性铰链400、I型支撑柔性铰链600分别与支撑平台500采用环氧树脂胶粘接或无磁螺钉连接；
磁强计200、姿态测量仪300分别与一体化安装杆100采用环氧树脂胶粘接或无磁螺钉连接。
优选地，所述第一薄壁环节710、第三薄壁环节910都采用包括圆型板、直圆型板、椭圆型板、角圆型板、叶型板、十字型板、抛物线型板或双曲线型板的结构。
优选地，所述第二薄壁环节810、第四薄壁环节1100都采用包括圆型板、直圆型板、椭圆型板、角圆型板、叶型板、十字型板、抛物线型板或双曲线型板的结构。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、通过薄壁环节的自适应热变形，可保证一体化平台不存在热应力，具有平台构型稳定，支撑刚度高、性能可靠、结构简单等优点。
2、通过Y型支撑柔性铰链在两个维度的热应力解耦，进而保证了磁强计200位置的稳定。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的Y型支撑柔性铰链400的结构示意图。
图3为本发明的I型支撑柔性铰链600的结构示意图。
图4为4种薄壁环节的形状示意图。
图中示出：
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
根据本发明提供的一种一体化平台支撑铰链，如图1所示，包括一体化连接杆100、磁强计200、姿态测量仪300、Y型支撑柔性铰链400、支撑平台500以及I型支撑柔性铰链600，磁强计200、姿态测量仪300分别设置在一体化连接杆100的两端；在一个优选例中，磁强计200、姿态测量仪300分别与一体化安装杆100采用环氧树脂胶粘接；在一个变化例中，磁强计200、姿态测量仪300分别与一体化安装杆100采用无磁螺钉连接。
一体化连接杆100通过Y型支撑柔性铰链400和I型支撑柔性铰链600支撑连接在支撑平台500上，如图1所示，在一个优选例中，一体化安装杆100采用碳纤维复合材料，在保证磁强计200与姿态测量仪300的相对位姿恒定的同时，消除一体化安装杆100的剩磁对磁强计200的影响；Y型支撑柔性铰链400和I型支撑柔性铰链600采用铜合金材质，消除了Y型支撑柔性铰链400和I型支撑柔性铰链600的剩磁对磁强计200的影响；支撑平台500采用硬质木材复合材料，Y型支撑柔性铰链400、I型支撑柔性铰链600分别与支撑平台500采用环氧树脂胶粘接，Y型支撑柔性铰链400、I型支撑柔性铰链600分别与一体化连接杆100采用环氧树脂胶粘接；在一个变化例中，一体化安装杆100采用陶瓷材料，Y型支撑柔性铰链400和I型支撑柔性铰链600采用钛合金，支撑平台500采用硬质木材复合材料，Y型支撑柔性铰链400、I型支撑柔性铰链600分别与支撑平台500采用无磁螺钉连接，Y型支撑柔性铰链400、I型支撑柔性铰链600分别与一体化连接杆100采用无磁螺钉连接；在另一个变化例中，一体化安装杆100采用微晶玻璃材质。一体化连接杆100采用高强度且热膨胀系数近零的碳纤维复合材料、陶瓷或者微晶玻璃，在保证磁强计200与姿态测量仪300相对位姿恒定的同时，消除一体化连接杆100的剩磁对磁强计200的影响，Y型支撑柔性铰链400和I型支撑柔性铰链600采用铜合金、钛合金等非铁磁性材料，消除支撑环节的剩磁对磁强计200的影响，支撑平台500采用硬质木材复合材料等非铁磁性材料，也消除了支撑平台500的剩磁对磁强计200的影响，采用环氧树脂胶粘接或无磁螺钉连接消除了连接件的剩磁对磁强计200的影响。
Y型支撑柔性铰链400为Y型结构，图1、图2所示，Y型支撑柔性铰链400的Y向为弧形构型，Y型支撑柔性铰链400的单连接端连接一体化安装杆100，Y型支撑柔性铰链400的双连接端连接支撑平台500，在一个优选例中，Y型支撑柔性铰链400的数量为两个，且对称分布在一体化连接杆100的两侧，Y型支撑柔性铰链400连接在一体化安装杆100靠近磁强计200的一侧。I型支撑柔性铰链600为I型结构，如图1、图3所示，I型支撑柔性铰链600的Y向为弧形构型，I型支撑柔性铰链600的一端连接一体化安装杆100，I型支撑柔性铰链600的另一端连接连接支撑平台500；在一个优选例中，I型支撑柔性铰链600为两个，且对称分布在一体化连接杆100的两侧，I型支撑柔性铰链600连接在一体化安装杆100靠近姿态测量仪300的一侧。
Y型支撑柔性铰链400的双连接端包括第一铰链腿700和第三铰链腿900，第一铰链腿700设置第一薄壁环节710，第三铰链腿900设置第三薄壁环节910，Y型支撑柔性铰链400的弹性变形通过第一薄壁环节700和第三薄壁环节900实现，并通过第一薄壁环节700和第三薄壁环节900得到补偿，保持磁强计200位置的固定；I型支撑柔性铰链600包括第二铰链腿800和第四铰链腿1000，第二铰链腿800设置第二薄壁环节810，第四铰链腿1000设置第四薄壁环节1100，I型支撑柔性铰链600的弹性变形通过第二薄壁环节810和第四薄壁环节1100得到实现，并通过第二薄壁环节810和第四薄壁环节1100得到补偿，保持磁强计200位置的固定。
第一薄壁环节710、第二薄壁环节810、第三薄壁环节910和第四薄壁环节1100采用薄板形式，包括圆型、直圆型、椭圆型、角圆型、叶型、十字型、抛物线型以及双曲线型，如图4所示，在一个优选例中，第一薄壁环节710、第二薄壁环节810、第三薄壁环节910和第四薄壁环节1100采用图4-1的形状；在几个变化例中，分别是图4-2到图4-8中的形状。
本发明通过自适应热平衡实现了一体化平台的无热应力支撑，Y型支撑柔性铰链400在Y向为弧形构型，在Y型支撑柔性铰链400通过第一薄壁环节710和第三薄壁环节910实现Y型支撑柔性铰链400的弹性变形，通过Y型支撑柔性铰链400在两个维度的热应力解耦，进而保证了磁强计位置的稳定；I型支撑柔性铰链600的Y向为弧形构型，I型支撑柔性铰链600通过第二薄壁环节810和第四薄壁环节1100实现I型支撑柔性铰链600的弹性变形，通过薄壁环节的自适应热变形，可保证一体化平台不存在热应力；通过Y型支撑柔性铰链400和I型支撑柔性铰链600在两个维度上的热力学解耦，实现了一体化平台的无热应力支撑，同时借助Y型支撑柔性铰链400竖直方向的高刚度，保证了磁强计200关键部件位置的恒定，具有无热应力支撑、关键部件位姿恒定等优点，同时平台构型稳定，支撑刚度高、性能可靠、以及结构简单等优点。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (10)
1.一种一体化平台支撑铰链，其特征在于，包括一体化连接杆(100)、磁强计(200)、姿态测量仪(300)、Y型支撑柔性铰链(400)、支撑平台(500)以及I型支撑柔性铰链(600)；
磁强计(200)、姿态测量仪(300)分别设置在一体化连接杆(100)的两端；
一体化连接杆(100)通过Y型支撑柔性铰链(400)和I型支撑柔性铰链(600)支撑连接在支撑平台(500)上。
2.根据权利要求1所述的一体化平台支撑铰链，其特征在于，Y型支撑柔性铰链(400)的数量为两个，且对称分布在一体化连接杆(100)的两侧；
Y型支撑柔性铰链(400)靠近磁强计(200)的一侧；
I型支撑柔性铰链(600)为两个，且对称分布在一体化连接杆(100)的两侧；
I型支撑柔性铰链(600)靠近姿态测量仪(300)的一侧。
3.根据权利要求2所述的一体化平台支撑铰链，其特征在于，Y型支撑柔性铰链(400)为Y型结构；
Y型支撑柔性铰链(400)的单连接端连接一体化安装杆(100)；
Y型支撑柔性铰链(400)的双连接端连接支撑平台(500)。
4.根据权利要求2所述的一体化平台支撑铰链，其特征在于，I型支撑柔性铰链(600)为I型结构；
I型支撑柔性铰链(600)的一端连接一体化安装杆(100)；
I型支撑柔性铰链(600)的另一端连接连接支撑平台(500)。
5.根据权利要求3所述的一体化平台支撑铰链，其特征在于，Y型支撑柔性铰链(400)的双连接端包括第一铰链腿(700)和第三铰链腿(900)；
第一铰链腿(700)设置第一薄壁环节(710)；
第三铰链腿(900)设置第三薄壁环节(910)；
Y型支撑柔性铰链(400)的弹性变形通过第一薄壁环节(700)和第三薄壁环节(900)得到补偿。
6.根据权利要求4所述的一体化平台支撑铰链，其特征在于，I型支撑柔性铰链(600)包括第二铰链腿(800)和第四铰链腿(1000)；
第二铰链腿(800)设置第二薄壁环节(810)；
第四铰链腿(1000)设置第四薄壁环节(1100)；
I型支撑柔性铰链(600)的弹性变形通过第二薄壁环节(810)和第四薄壁环节(1100)得到补偿。
7.根据权利要求1所述的一体化平台支撑铰链，其特征在于，一体化安装杆(100)采用碳纤维复合材料、陶瓷或微晶玻璃；
Y型支撑柔性铰链(400)和I型支撑柔性铰链(600)采用铜合金或钛合金；
支撑平台(500)采用硬质木材复合材料。
8.根据权利要求1所述的一体化平台支撑铰链，其特征在于，Y型支撑柔性铰链(400)、I型支撑柔性铰链(600)分别与一体化连接杆(100)采用环氧树脂胶粘接或无磁螺钉连接；
Y型支撑柔性铰链(400)、I型支撑柔性铰链(600)分别与支撑平台(500)采用环氧树脂胶粘接或无磁螺钉连接；
磁强计(200)、姿态测量仪(300)分别与一体化安装杆(100)采用环氧树脂胶粘接或无磁螺钉连接。
9.根据权利要求5所述的一体化平台支撑铰链，其特征在于，所述第一薄壁环节(710)、第三薄壁环节(910)都采用包括圆型板、直圆型板、椭圆型板、角圆型板、叶型板、十字型板、抛物线型板或双曲线型板的结构。
10.根据权利要求6所述的一体化平台支撑铰链，其特征在于，所述第二薄壁环节(810)、第四薄壁环节(1100)都采用包括圆型板、直圆型板、椭圆型板、角圆型板、叶型板、十字型板、抛物线型板或双曲线型板的结构。
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