CN110963081A

CN110963081A - 一种太空软包结构的柔性压紧装置

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Publication number: CN110963081A
Application number: CN201911043319.1A
Authority: CN
Inventors: 常洁; 从强; 黄文宣; 古青波; 李林凌; 陈燕; 孙繁新; 檀傈锰; 梁东平; 刘思源
Original assignee: Beijing Institute of Spacecraft System Engineering
Current assignee: Beijing Institute of Spacecraft System Engineering
Priority date: 2019-10-30
Filing date: 2019-10-30
Publication date: 2020-04-07
Anticipated expiration: 2039-10-30
Also published as: CN110963081B

Abstract

一种太空软包结构的柔性压紧装置，包括：压紧带、绳带连接件、压紧底座、压紧绳、一级锁紧点、二级锁紧点、三级锁紧点。本发明针对太空软包的固定问题采用了柔性绳带结合、分级压紧等技术手段，能对不同尺寸、规格的太空软包进行有效压紧，带来了压紧力传递效率高、解锁方便、结构简单等效果，能直接指导太空软包的固定。

Description

一种太空软包结构的柔性压紧装置

技术领域

本发明涉及一种太空软包结构的柔性压紧装置，适用于太空环境中柔性结构的固定。

背景技术

太空中使用的柔性结构在具有重量轻、折叠效率高、展开尺寸大等优势，能广泛应用于太阳帆、天线、密封舱等领域，应用前景广泛。

这一类的结构在发射时需处于收拢、压紧状态，类似于圆柱体或长方体形状的“太空软包”，如何有效地解决这种太空软包结构在发射时的高可靠压紧问题是太空柔性结构在轨应用的重要条件。

专利CN201610194295.X“应用于航天器中柔性压紧释放装置中的张力索组件”(聂斌斌等)涉及一种应用于航天器中柔性压紧释放装置中的张力索组件，包括：绳索；卡销，所述卡销卡接在所述绳索的两端；移动端及固定端，所述移动端及所述固定端分别设置在所述绳索的两端，所述绳索两端的两个所述卡销分别设置在所述移动端及所述固定端内。该压紧方案对被压紧组件限制要求，不能提供太空软包类产品的有效压紧。

专利CN201610188769.X“航天器用单点柔性压紧释放装置”(王萌等)涉及一种航天器用单点柔性压紧释放装置，包括熔断式切割器、压紧座、张力索组件、移动块以及锁紧螺母，其中，移动块与压紧座之间通过张力索组件连接。该压紧方案系统组成较为复杂，结构重量较重。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出了一种太空软包结构的柔性压紧装置，解决了现有技术太空软包不易固定的特性和存在可靠压紧与快速释放之间设计矛盾的问题。

本发明的技术方案是：

一种太空软包结构的柔性压紧装置，包括：压紧带、绳带连接件、压紧底座、压紧绳、一级锁紧点、二级锁紧点、三级锁紧点；

太空软包放置在压紧底座上，太空软包的顶部周向均布有多个一级锁紧点；

压紧底座周向均布有多个三级锁紧点；

一根压紧绳依次通过多个三级锁紧点固定连接所述压紧底座；

两相邻三级锁紧点之间的压紧绳的中点位置作为二级锁紧点；

所述二级锁紧点上设置有绳带连接件；

所述压紧带的根数与一级锁紧点的个数相同；

两相邻二级锁紧点上的绳带连接件使用一根压紧带固定连接，所述压紧带穿过一级锁紧点后压紧带的两端分别和绳带连接件固定连接；

压紧带的宽度B根据被压紧的太空软包的直径D确定，具体为：

在D≤600mm时，B的取值范围为10mm～15mm；

在D>600mm时，B的取值范围为15mm～20mm；

压紧带的数量n的取值范围为：[πD/300]≤n≤[πD/200]，

绳带连接件的材料具体选用高强铝；

太空软包压紧后，从太空软包顶部到三级锁紧点的距离H＝h1+h2，其中，h1为二级锁紧点到一级锁紧点所在圆周的最小垂矩，h2为二级锁紧点到三级锁紧点所在圆周的最小垂矩，h1≥4h2。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

1)本发明压紧装置可靠性高。不仅仅能限制太空软包沿轴向的运动，同时还能限制太空软包的扭转和横向摆动。

2)本发明压紧装置解锁方便。太空软包需要展开时、只需切割绳子就能实现快速解锁。

3)本发明压紧装置适应性强。对被压紧太空软包的尺寸、软硬程度没有限制，装置能适应不同形式的太空软包类结构压紧。

4)本发明压紧装置结构简单、重量轻。整个系统由四个简单的部件组成，无特殊装配要求，能快速实现快速、精准压紧，系统简单可靠，重量轻。

附图说明

图1(a)为本发明柔性压紧装置结构主视图；

图1(b)为本发明柔性压紧装置结构俯视图；

图2为本发明压紧带构型示意图；

图3为本发明绳带连接件结构主视图；

图4为本发明绳带连接件结构侧视图；

图5为本发明一实施例柔性压紧装置结构示意图；

图6为本发明一实施例中太空太空软包顶部一级锁紧点构型示意图；

图7为图5的A向视图；

图8为本发明一实施例中压紧底座与三级锁紧点构型示意图；.

图9为本发明一实施例中柔性压紧示意图。

具体实施方式

如图1(a)、(b)所示，本发明的柔性压紧装置，主要由四大部分组成。

第一部分为压紧带1，选用柔性、有一定强度、蠕变小的编织带，带子宽度、厚度根据被压紧对象和需要的压紧力进行选择。如图2所示，压紧带1为“V形”，起始端固定在太空软包5顶部，中间穿过绳带连接件2。每根压紧带1形成结构稳定的三角形构型，每两根之间的压紧带1也形成三角形构型，确保压紧时能约束太空软包5在不同方向的自由度。

第二部分为绳带连接件2，如图3、图4所示，该结构件为“上直下圆”形状，直线段部分与上方的压紧带1连接，圆环段与下方的压紧绳4连接。绳带连接件2为金属材质，表面可根据需要增加润滑层，让压紧带1和压紧绳4在绳带连接件2中自由滑动，减少压紧力的损失

第三部分为压紧绳4，选用柔性、有一定强度、蠕变小的编织绳，绳子直径根据被压紧对象和需要的压紧力进行选择。压紧绳4子顺次穿过绳带连接件2和压紧底座3上的固定点，最终形成环状构型，压紧绳4用定张力方式进行预紧。

第四部分为压紧底座3，如图8所示，结构件为金属材质，截面为“上大下小”的“盆”状，尺寸跟被压紧对象进行匹配，确保完全压紧贴合。压紧底座3周圈根据需要设置可供压紧绳4连接的固定点，固定点为圆弧形状，压紧绳4可自由穿过。

针对太空软包5不易固定的特性和可靠压紧与快速释放之间设计矛盾，本发明一种太空软包结构的柔性压紧装置，包括：压紧带1、绳带连接件2、压紧底座3、压紧绳4、一级锁紧点、二级锁紧点、三级锁紧点。

太空软包5放置在压紧底座3上，如图6所示，太空软包5的顶部周向均布有多个一级锁紧点，压紧底座3周向均布有多个三级锁紧点。一根压紧绳4依次通过多个三级锁紧点固定连接所述压紧底座3；为了便于解锁，所述压紧绳4的材料为高强纤维材料；两相邻三级锁紧点之间的压紧绳4的中点位置作为二级锁紧点；所述二级锁紧点上设置有绳带连接件2；所述压紧带1的根数与一级锁紧点的个数相同。

两相邻二级锁紧点上的绳带连接件2使用一根压紧带1固定连接，所述压紧带1穿过一级锁紧点后压紧带1的两端分别和绳带连接件2固定连接。

压紧带1的宽度B根据被压紧的太空软包5的直径D确定，具体为：

在D≤600mm时，B的取值范围为10mm～15mm；

在D>600mm时，B的取值范围为15mm～20mm；

压紧带1厚度δ与单根带子所需压紧力大小F1和材料许用强度相关[σ1]，具体为：

δ>k₁*F1/b*[σ1]，

其中，k₁为安全系数，k₁的值与压紧带1结构形式相关，k₁一般取2。

压紧带1的数量n的取值范围为：[πD/300]≤n≤[πD/200]，D的单位为mm。

压紧带1的表面贴靠太空软包5的外壁。

压紧绳4直径d与单根带子所需压紧力大小F2和材料许用强度相关[σ2]，具体为：

d>(4k₂*F2/π*[σ2])^0.5，

其中，k₂为安全系数，k₂的值与压紧绳4结构形式相关，k₂一般取2。

绳带连接件2的材料具体选用高强铝或其它强度高的金属材料，连接件采用“D”形圈+“O”形圈相互嵌套、成相互垂直结构形式，其中“D”形部分与上方的压紧带1相连，“O”形部分与下方的压紧绳4相连，该形式有效避免压紧带1和压紧绳4在使用过程中出现扭转，使压紧力传递更为直接。

压紧底座3选用铝合金或其它轻质金属材料。

所述太空软包5为整体结构，近似为圆柱或圆台形状的回转体构型，有一定的弹性，能提供若干锁紧点。

太空软包5压紧后，从太空软包5顶部到三级锁紧点的距离H＝h1+h2，其中，h1为二级锁紧点到一级锁紧点所在圆周的最小垂矩，h2为二级锁紧点到三级锁紧点所在圆周的最小垂矩，h1≥4h2。

所述一级锁紧点的个数a、二级锁紧点的个数b、三级锁紧点的个数c满足下列比例关系：

b＝a，c＝w*b，

其中，w取值为1或2。

所述压紧底座3为倒置的圆锥台结构，圆锥台的锥角θ的取值范围15°～30°

其中，压紧带1主要起到对太空软包5进行“勒紧”的作用，是实现压紧功能的主要部件，可根据太空软包5大小、所需压紧力来设置数量不等的压紧带1。绳带连接件2用于连接压紧带1与压紧绳4，能起到高效传递压紧力的作用。压紧绳4主要用于将太空软包5固定的压紧力最终传递到下方的压紧底座3、以实现压紧。压紧底座3为太空软包5提供最终的刚性固定边界，尺寸根据太空软包5构型来确定。

在进行太空软包5压紧时，首先将太空软包5放置于压紧底座3上，如图5、7所示，再将压紧带1和绳带连接件2连接，一端固定在太空软包5顶部，最后通过压紧绳4将太空软包5最终压紧，并通过开展绳子张力实现定量压紧。

实施例

太空软包5为圆台构型，圆台上下直径分别为

和

太空软包5初始高度283mm，太空软包5上方提供4个一级锁紧点。

每相邻两个一级锁紧点之间用一根V形压紧带1连接，共用4根压紧带1。所用压紧带1为凯芙拉编织带，宽度15mm，厚度1mm，压紧过程中编织带所受的最大力为1000N，V形带形成的三角形高度为200mm。

绳带连接件2为二级锁紧点，数量为4个。所用压紧绳4为凯芙拉编织绳，直径4mm，根据绳带之间的受力关系，压紧绳4上受到的最大力为2130N。压紧绳4形成的三角形高度为50mm，如图7所示。

压紧底座3选用铝合金材料，顶部直径

高度80mm，周边支撑部分的倾斜角度为25°，在周边支撑部分上部圆周方向提供三级锁紧点，数量为4个。压紧绳4依次穿过二级锁紧点和三级锁紧点，绳头固定在压紧底座3上，最终对太空软包5进行压紧固定。

最终压紧后，太空软包5高度为260mm，压紧效果如图9所示。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域专业技术人员的公知技术。

Claims

1.一种太空软包结构的柔性压紧装置，其特征在于，包括：压紧带(1)、绳带连接件(2)、压紧底座(3)、压紧绳(4)、一级锁紧点、二级锁紧点、三级锁紧点；

太空软包(5)放置在压紧底座(3)上，太空软包(5)的顶部周向均布有多个一级锁紧点；

压紧底座(3)周向均布有多个三级锁紧点；

一根压紧绳(4)依次通过多个三级锁紧点固定连接所述压紧底座(3)；

两相邻三级锁紧点之间的压紧绳(4)的中点位置作为二级锁紧点；

所述二级锁紧点上设置有绳带连接件(2)；

所述压紧带(1)的根数与一级锁紧点的个数相同；

两相邻二级锁紧点上的绳带连接件(2)使用一根压紧带(1)固定连接，所述压紧带(1)穿过一级锁紧点后压紧带(1)的两端分别和绳带连接件(2)固定连接；

压紧带(1)的宽度B根据被压紧的太空软包(5)的直径D确定，具体为：

在D≤600mm时，B的取值范围为10mm～15mm；

在D>600mm时，B的取值范围为15mm～20mm；

压紧带(1)的数量n的取值范围为：[πD/300]≤n≤[πD/200]，

绳带连接件(2)的材料具体选用高强铝；

太空软包(5)压紧后，从太空软包(5)顶部到三级锁紧点的距离H＝h1+h2，其中，h1为二级锁紧点到一级锁紧点所在圆周的最小垂矩，h2为二级锁紧点到三级锁紧点所在圆周的最小垂矩，h1≥4h2。

2.根据权利要求1所述的一种太空软包结构的柔性压紧装置，其特征在于，所述压紧绳(4)的材料为高强纤维材料。

3.根据权利要求1所述的一种太空软包结构的柔性压紧装置，其特征在于，所述压紧带(1)的表面贴靠太空软包(5)的外壁。

4.根据权利要求1所述的一种太空软包结构的柔性压紧装置，其特征在于，所述压紧底座(3)的材料为铝合金。

5.根据权利要求1～4任意之一所述的一种太空软包结构的柔性压紧装置，其特征在于，所述一级锁紧点的个数a、二级锁紧点的个数b、三级锁紧点的个数c满足下列比例关系：

b＝a，c＝w*b，其中，w取值为1或2。

6.根据权利要求5所述的一种太空软包结构的柔性压紧装置，其特征在于，所述压紧底座(3)为倒置的圆锥台结构，圆锥台的锥角θ的取值范围15°～30°。