CN110989269A - 一种空间半刚性可展开遮光罩的折叠方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种空间半刚性可展开遮光罩的折叠方法，对第一支撑杆预压，预压点距离第一支撑杆根部不超过遮光罩允许的最终折叠高度的0.6倍，在预压点处使双曲面接触压平；对第二支撑杆预压，预压点距离第二支撑杆根部不超过遮光罩允许的最终折叠高度的0.8倍，在预压点处使双曲面接触压平；第三步，重复步骤一、步骤二，依次对其他相邻支撑杆进行相互压紧并与固定法兰固定，实现遮光罩的折叠。本发明可以有效的保证半刚性遮光罩的可靠展开，针对柔性遮光罩也具有借鉴意义，在提升空间大尺度结构的折叠展开驱动可靠性方面有广泛应用，可应用于柔性/半刚性遮光罩、太阳帆等一系列产品的折叠收拢。

Description

一种空间半刚性可展开遮光罩的折叠方法
技术领域
本发明属于柔性/半刚性结构与机构技术领域，涉及一种空间半刚性可展开遮光罩的折叠方法。
背景技术
以空间相机领域为背景，为解决相机的可靠成像及观测问题，在前期空间可展开装置工程研制的基础上，对其折叠方式方法开展研究。以期提高遮光罩的展开可靠性。
在空间相机中，为了尽可能减小杂散光的影响，需要尽可能增加遮光罩的长度。较长的遮光罩通常带来相机体积增大、重量增加、固有频率下降的问题。这非常不利于空间相机满足发射要求。这就需要研究空间相机遮光罩的新结构形式，比如半刚性可展开遮光罩，其基本组件包括蒙皮(柔性材料制作)、支撑杆(可折叠)。可展开遮光罩的折叠展开可靠性，直接决定了系统的可靠性。常规的半刚性遮光罩的折叠方法包括“Z”、“圆柱形”；
Z形折叠是一种常见的折叠形式，其需要多折叠元件反复进行弯折，而且为了保证折叠态产品不会受外界载荷的影响，其折叠态还需要增加很多约束环节，且外界载荷下，容易破坏其初始的Z形状态，而对于自驱动的产品，Z形状态直接决定了其展开的驱动力。因此，Z形折叠一方面反复折叠增大了损伤产品的可能性，而且为了保持形状增加的约束也提升了产品不能顺利展开的风险。且该形式抗外界载荷的能力较弱。
“圆柱形”折叠是一种全卷曲折叠，基本形式如图1，因其折叠后形状酷似圆柱而得名，其可以充分利用折叠空间，折叠后的约束状态耐外界激励能力较Z形折叠有了较大提升。但是其折叠过程中，内部支撑件都被弯折，也增大了损伤产品的可能性，而且折叠后，产品自身的自接触，也增大了产品展开所需克服的摩擦力，不利于产品的展开。
因此，这两种折叠方式都可能损伤支撑杆，使展开驱动力变小，影响产品展开精度，甚至影响产品最终展开可靠性。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种空间半刚性可展开遮光罩的折叠方法，保证产品展开可靠性。
本发明解决技术的方案是：
一种空间半刚性可展开遮光罩的折叠方法，
半刚性遮光罩包括支撑杆、蒙皮和固定法兰，支撑杆一端连接在固定法兰上，支撑杆之间通过蒙皮连接，形成满足相机观测需求的曲面，蒙皮外包络面积可有效遮挡太阳光；
其中支撑杆为偶数根杆，支撑杆折叠后，依靠自身存储的弹性势能作为后续展开的驱动力；
固定法兰提供约束平面，后续支撑杆带动蒙皮折叠后，一起约束在固定法兰上；
该方法的步骤包括：
第一步，对第一支撑杆预压，预压点距离第一支撑杆根部不超过遮光罩允许的最终折叠高度的0.6倍，在预压点处使双曲面接触压平；预压后，将第一支撑杆弯折至相邻的第二支撑杆后方，使第一支撑杆端头与固定法兰接触；
第二步，对第二支撑杆预压，预压点距离第二支撑杆根部不超过遮光罩允许的最终折叠高度的0.8倍，在预压点处使双曲面接触压平；预压后，将第二支撑杆弯折至第一支撑杆上方，使第二支撑杆端头与固定法兰固定；
第三步，重复步骤一、步骤二，依次对其他相邻支撑杆进行相互压紧并与固定法兰固定，实现遮光罩的折叠。
优选的，当折叠的遮光罩得到释放指令后，支撑杆端头与固定法兰接触约束，自身储能被释放并展开，在此过程中，被压制的支撑杆解除压制，带动蒙皮逐步展开，直至整个遮光罩完全展开。
优选的，支撑杆材料为铍青铜，截面为双曲面构型，双曲面之间为中空结构。
优选的，支撑杆曲面上所有特征点等半径。
优选的，蒙皮由聚酰亚胺织物及铝箔复合成型，厚度为20-30微米。
优选的，蒙皮材料柔软，可以进行弯折，弯折之后不断裂。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)本发明对弯折高度控制保证了遮光罩的折叠包络，通过合理设置支撑杆的相互空间位置，保证了驱动力的利用效率最大化，且放松了对支撑杆的其他各项约束，减少了支撑杆的受损。
(2)本发明可以有效的保证半刚性遮光罩的可靠展开，针对柔性遮光罩也具有借鉴意义，在提升空间大尺度结构的折叠展开驱动可靠性方面有广泛应用，可应用于柔性/半刚性遮光罩、太阳帆等一系列产品的折叠收拢。
附图说明
图1为传统圆柱形折叠示意图；
图2为本发明半刚性可展开遮光罩展开状态示意图；
图3为本发明折叠后状态示意图；
图4为本发明折叠前后遮光罩简图；
图5为本发明折叠高度示意图；
图6为本发明支撑杆预压前后截面示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步阐述。
半刚性遮光罩包括支撑杆、蒙皮和固定法兰，支撑杆一端连接在固定法兰上，支撑杆之间通过蒙皮连接，形成满足相机观测需求的曲面，蒙皮外包络面积可有效遮挡太阳光；
其中支撑杆为偶数根杆，支撑杆折叠后，依靠自身存储的弹性势能作为后续展开的驱动力；
固定法兰提供约束平面，后续支撑杆带动蒙皮折叠后，一起约束在固定法兰上。
实施例
支撑杆数量为4根，由支撑杆1、支撑杆2、支撑杆3、支撑杆4组成，支撑杆折叠后，依靠存储的弹性能作为后续展开的驱动力。蒙皮数量为3块，由蒙皮1、蒙皮2、蒙皮3组成。
遮光罩的三块蒙皮、四根支撑杆支撑组成的遮挡区域，保证了遮光罩的功能要求。因此，产品的竖直状态，是后续折叠展开需要保证的产品状态。
在折叠时，分四步进行，如图4所示。
第一步对支撑杆1预压，预压高度位置为如图5中弯折高度区域中心，其具体数值不能超过遮光罩允许的折叠高度的0.6倍。相应的支撑杆部位进行预压，预压截面前后见图6，此操作保证了支撑杆不会初始受损。预压后，向支撑杆2后方，弯折支撑杆1，使其达到图5所示的最终状态。此过程中，对其余支撑杆不做操作。
第二步进行支撑杆2预压，预压弯折区域为其具体数值不能超过遮光罩允许的折叠高度的0.8倍，此系数保证了经历发射载荷后，遮光罩的折叠高度不超过设计要求值。预压后弯折，达到图5所示状态。弯折后，支撑杆1处于支撑杆2下方。支撑杆1被支撑杆2压制。此时，仅需简单约束即可将此双杆组件连同蒙皮系统的自由度限制住。
第三步进行支撑杆3弯折，过程形式与第一步相同。
第四步进行支撑杆4弯折，过程形式与第二步相同。
若操作资源充足，第三步、第四步可以与第一步、第二步同时进行。最终折叠状态如图3所示。
当得到释放指令后，外界约束释放，放开对支撑杆2、3的约束，在支撑杆2、3自身储能释放，驱动支撑杆2、3顺利展开。在此过程中，支撑杆1、4被解除压制，其储能释放产生的驱动力，除产生自身展开运动外，还推动支撑杆2、3展开，使其展开过程更加顺畅，支撑杆2、3的展开动作也通过蒙皮，带动了支撑杆1、4的展开，保证了整个遮光罩系统的可靠展开，如图2所示。
此折叠方法操作简单，对弯折高度控制保证了遮光罩的折叠包络，通过合理设置支撑杆的相互空间位置，保证了驱动力的利用效率最大化。且放松了对支撑杆的其他各项约束，减少了支撑杆的受损。
本发明可以有效的保证半刚性遮光罩的可靠展开，针对柔性遮光罩也具有借鉴意义，在提升空间大尺度结构的折叠展开驱动可靠性方面有广泛应用，可应用于柔性/半刚性遮光罩、太阳帆等一系列产品的折叠收拢。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (6)

1.一种空间半刚性可展开遮光罩的折叠方法，其特征在于，
半刚性遮光罩包括支撑杆、蒙皮和固定法兰，支撑杆一端连接在固定法兰上，支撑杆之间通过蒙皮连接，形成满足相机观测需求的曲面，蒙皮外包络面积可有效遮挡太阳光；
其中支撑杆为偶数根杆，支撑杆折叠后，依靠自身存储的弹性势能作为后续展开的驱动力；
固定法兰提供约束平面，后续支撑杆带动蒙皮折叠后，一起约束在固定法兰上；
该方法的步骤包括：
第一步，对第一支撑杆预压，预压点距离第一支撑杆根部不超过遮光罩允许的最终折叠高度的0.6倍，在预压点处使双曲面接触压平；预压后，将第一支撑杆弯折至相邻的第二支撑杆后方，使第一支撑杆端头与固定法兰接触；
第二步，对第二支撑杆预压，预压点距离第二支撑杆根部不超过遮光罩允许的最终折叠高度的0.8倍，在预压点处使双曲面接触压平；预压后，将第二支撑杆弯折至第一支撑杆上方，使第二支撑杆端头与固定法兰固定；
第三步，重复步骤一、步骤二，依次对其他相邻支撑杆进行相互压紧并与固定法兰固定，实现遮光罩的折叠。
2.根据权利要求1所述的一种空间半刚性可展开遮光罩的折叠方法，其特征在于：当折叠的遮光罩得到释放指令后，支撑杆端头与固定法兰接触约束，自身储能被释放并展开，在此过程中，被压制的支撑杆解除压制，带动蒙皮逐步展开，直至整个遮光罩完全展开。
3.根据权利要求1所述的一种空间半刚性可展开遮光罩的折叠方法，其特征在于：支撑杆材料为铍青铜，截面为双曲面构型，双曲面之间为中空结构。
4.根据权利要求3所述的一种空间半刚性可展开遮光罩的折叠方法，其特征在于：支撑杆曲面上所有特征点等半径。
5.根据权利要求1所述的一种空间半刚性可展开遮光罩的折叠方法，其特征在于：蒙皮由聚酰亚胺织物及铝箔复合成型，厚度为20-30微米。
6.根据权利要求5所述的一种空间半刚性可展开遮光罩的折叠方法，其特征在于：蒙皮材料柔软，可以进行弯折，弯折之后不断裂。
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