CN111323987B - 一种空间可展开遮光结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种空间可展开遮光结构，属于空间探测技术领域，空间可展开遮光结构包括底座、支撑结构和连接结构，支撑结构与底座通过连接结构相连接，底座上设置收纳装置，连接结构包括第一伸缩单元和第二伸缩单元，第一伸缩单元的一端与收纳装置相连接，第一伸缩单元的另一端与支撑结构相连接，第二伸缩单元的一端与底座相连接，第二伸缩单元的另一端与支撑结构相连接，且第二伸缩单元由形状记忆复合材料制备而成。与现有技术比较，本发明实现了遮光结构简单高效的收拢和展开，避免了对航天器的冲击；同时提高收拢稳定性、展开过程可控、保证各部分展开过程中的同步性、同时增加展开后遮光结构的刚度。

Description

一种空间可展开遮光结构

技术领域

本发明涉及空间探测技术领域，具体而言，涉及一种空间可展开遮光结构。

背景技术

随着空间探测技术的发展，星载光学系统向着大口径发展，空间遥感相机为了抑制杂光，并减小热流对相机内部的影响，镜头前端通常需要设置遮光罩。遮光罩长度越长越有利于保证遥感相机稳定工作。但传统的整体筒式遮光罩体积大、重量重、体积受发射整流罩包络尺寸限制，且展开机构复杂、可控性差、同步性不好，展开过程中可能会给航天器带来冲击。

发明内容

本发明解决的问题是现有技术中遮光罩体积大、重量重、体积受发射整流罩包络尺寸限制，且展开机构复杂、可控性差、同步性不好中的至少一个方面。

为解决上述问题，本发明提供一种空间可展开遮光结构包括底座、支撑结构和连接结构，所述支撑结构与所述底座通过所述连接结构相连接，所述底座上设置收纳装置，所述连接结构包括第一伸缩单元和第二伸缩单元，所述第一伸缩单元的一端与所述收纳装置相连接，所述第一伸缩单元的另一端与所述支撑结构相连接，所述第二伸缩单元的一端与所述底座相连接，所述第二伸缩单元的另一端与所述支撑结构相连接，且所述第二伸缩单元由形状记忆复合材料制备而成。

可选地，所述支撑结构包括从上到下依次设置的第一支撑单元、第二支撑单元和第三支撑单元，且所述第一支撑单元、所述第二支撑单元、所述第三支撑单元和所述底座之间顺次通过所述连接结构相连接。

可选地，所述第一支撑单元、所述第二支撑单元和所述第三支撑单元均为弧形结构，且所述第一支撑单元、所述第二支撑单元和所述第三支撑单元的弧形长度依次增大。

可选地，所述支撑结构上设置第一安装孔，所述底座上设置第二安装孔，所述第一伸缩单元穿过所述第一安装孔和所述第二安装孔将所述底座和所述支撑结构相连接。

可选地，所述第一伸缩单元包括第一伸缩元件和第二伸缩元件，且所述第一伸缩元件与所述第二伸缩元件交叉设置于所述第一支撑单元与所述第二支撑单元之间和/或所述第二支撑单元与所述第三支撑单元之间和/或所述第三支撑单元与所述底座之间。

可选地，所述第二伸缩单元包括形状记忆复合材料层和加热网层，且所述加热网层紧贴所述形状记忆复合材料层的内侧壁设置。

可选地，所述收纳装置包括固定轴、第一壳体、第二壳体和压缩装置，所述固定轴与所述第一壳体和所述第二壳体相连接，且所述第一壳体设置于所述第二壳体的内部，所述压缩装置的一端与所述固定轴相连接，所述压缩装置的另一端与所述第一壳体相连接，所述第一壳体还与所述第一伸缩单元相连接。

可选地，所述压缩装置为螺旋弹簧片。

可选地，所述第二壳体上设置开口，所述第一伸缩单元穿过所述开口与所述第一壳体相连接。

可选地，所述的空间可展开遮光结还包括外壳，所述外壳与所述底座和所述支撑结构相连接，且所述外壳覆盖于所述支撑结构的外表面。

本发明所述的一种空间可展开遮光结构相对于现有技术的优势在于：

本发明的空间可展开遮光结构包括第一伸缩单元和第二伸缩单元，所述第二伸缩单元由形状记忆复合材料制备而成，实现了遮光结构简单高效的收拢和展开，避免了对航天器的冲击；第一伸缩单元的一端与收纳装置相连接，第一伸缩单元的另一端与支撑结构相连接，提高收拢稳定性与展开过程可控性，保证各部分展开过程中的同步性，同时增加展开后遮光结构的刚度。

附图说明

图1为本发明实施例中空间可展开遮光结构展开状态下的结构示意图；

图2为本发明实施例中空间可展开遮光结构展开状态下的结构示意图(无外壳)；

图3为本发明实施例中空间可展开遮光结构收拢状态的结构示意图；

图4为本发明实施例中底座的结构示意图；

图5为本发明实施例中第一支撑单元的结构示意图；

图6为本发明实施例中第二支撑单元的结构示意图；

图7为本发明实施例中第三支撑单元的结构示意图；

图8为本发明实施例中第二伸缩单元的结构示意图；

图9为图8中A处的局部放大剖视图；

图10为本发明实施例中收纳装置与第一伸缩单元连接的俯视图。

附图标记说明：

1-底座、11-第二安装孔、12-第三安装孔、2-支撑结构、21-第一支撑单元、22-第二支撑单元、23-第三支撑单元、24-固定装置、25-第一安装孔、3-连接结构、31-第一伸缩单元、32-第二伸缩单元、321-形状记忆复合材料层、322-加热网层、4-外壳、5-收纳装置、51-固定轴、52-压缩装置、53-第一壳体、54-第二壳体。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，附图中“X”的正向代表右方，“X”的反向代表左方，“Y”的正向代表上方，“Y”的反向代表下方，“Z”的正向代表前方，“Z”的反向代表后方，且术语“X”、“Y”、“Z”等指示的方位或位置关系为基于说明书附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。术语“一些具体实施例”的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

如图1-4所示，本发明实施例提供了一种空间可展开遮光结构包括底座1、支撑结构2和连接结构3，支撑结构2与底座1通过连接结构3相连接，底座1上设置收纳装置5，连接结构3包括第一伸缩单元31和第二伸缩单元32，第一伸缩单元31的一端与收纳装置5相连接，第一伸缩单元31的另一端与支撑结构2相连接，第二伸缩单元32的一端与底座1相连接，第二伸缩单元32的另一端与支撑结构2相连接，且第二伸缩单元32由形状记忆复合材料制备而成。底座1上设置第三安装孔12，通过第三安装孔12可将空间可展开遮光结构固定到待遮光元件上进行光线遮挡，以减小热流对待遮光元件的影响。本实施例中对于第二伸缩单元32与支撑结构2和底座1的连接方式不做具体限制，在一些优选的实施例中，第二伸缩单元32与支撑结构2和底座1通过固定装置24相连接。

在本实施例中，形状记忆复合材料是一种具有形状记忆效应的新型智能材料，当材料的温度高于其固有的玻璃化转变温度Tg时，材料将由刚性转变为柔性，此时可在外力作用下进行弯曲或卷曲等形变，材料由初始形状变为临时形状，当温度降低并低于玻璃化转变温度Tg后，即便撤去外力，该材料也可保持临时形状，而当该材料的温度再次高于其固有的玻璃化转变温度Tg后，没有外力影响时，材料可自行恢复到初始形状。在本实施例中，形状记忆聚合物复合材料包括基体材料和增强材料，在一些优选的实施例中，基体材料采用环氧类形状记忆聚合物或氰酸酯类形状记忆聚合物树脂，增强材料为纤维增强复合材料或颗粒增强复合材料，在一些具体实施例中，增强材料为玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、硼纤维、石墨烯、镍粉、碳纳米管或空心纳米四氧化三铁颗粒的一种或多种组合，原料来源广泛。

如图8、图9所示，本实施例的第二伸缩单元32由形状记忆复合材料制备而成，实现了遮光结构简单高效的收拢和展开，避免了对航天器的冲击；且第一伸缩单元31的一端与收纳装置5相连接，第一伸缩单元31的另一端与支撑结构2相连接，提高收拢稳定性、展开过程可控、保证各部分展开过程中的同步性、同时增加展开后遮光结构的刚度。

如图5-7所示，优选地，支撑结构2包括从上到下依次设置的第一支撑单元21、第二支撑单元22和第三支撑单元23，且第一支撑单元21、第二支撑单元22、第三支撑单元23和底座1之间顺次通过连接结构3相连接。且第一支撑单元21与第二支撑单元22之间，第二支撑单元22与第三支撑单元23之间，第三支撑单元23与底座1之间通过多个第一伸缩单元31和多个第二伸缩单元32相连接，在一些优选的实施例中，多个第一伸缩单元31和第二伸缩单元32均匀连接于各支撑单元和底座1上，保证受力均匀。在一些优选的实施例中，第一支撑单元21、第二支撑单元22和第三支撑单元23均为弧形结构，且第一支撑单元21、第二支撑单元22和第三支撑单元23的弧形长度依次增大。在这里需要说明的是，本实施例中的弧形长度为从弧形结构边缘的一端到另一端的距离。

优选地，本实施例中的空间可展开遮光结构还包括外壳4，外壳4与底座1和支撑结构2相连接，且外壳4覆盖于所述支撑结构2的外表面。本实施例中对于底座1的形状不做具体限制，在一些优选的实施例中，底座1的形状为圆环形，结构简单。本实施例中对于外壳4与底座1和支撑结构2的连接方式不做具体限制，在一些优选的实施例中，外壳47以铆接或胶接的方式固定于底座1和连接结构3的外侧，而由于支撑结构2中的第一支撑单元21、第二支撑单元22和第三支撑单元23的弧形长度依次增大，但均小于底座1圆环的长度，且第一支撑单元21、第二支撑单元22、第三支撑单元23和底座1同心设置，因而当外壳4与底座1和支撑结构2连接后，整个空间可展开遮光结构的形状为斜切筒状，当空间可展开遮光结构工作时，可通过飞行器调姿，使遮光结构具有外壳4的一侧和太阳方向保持一定角度，达到控制杂光和热流的作用，同时节省原料，减轻整体重量，同时减少了发射时间。

本实施例中，外壳4的材质为柔性薄膜材料，可采用聚酰亚胺或聚四氟乙烯等柔性材料制成，在一些优选的实施例中，在外壳4的外部可以镀铝或镀银等反光材料，提高挡光、控温作用，在另一些优选的实施例中，外壳4的内部可以采用渗碳工艺使薄膜材料成深色，利于吸收遮光结构内部的热量。

如图8和图9所示，优选地，第二伸缩单元32包括形状记忆复合材料层321和加热网层322，且加热网层322紧贴形状记忆复合材料层321的内侧壁设置。本实施例中对于第二伸缩单元32的结构不做具体限制，在一些优选的实施例中，第二伸缩单元32为螺旋状，有利于轴向压缩，能够实现轴向3-20倍的大展收比，具体为，当第二伸缩单元32中的加热网层322通电加热到形状记忆复合材料的玻璃化转变温度Tg以上时，形状记忆复合材料层321的模量下降，此时可轴向施加外力，使第二伸缩单元32由展开状态压缩至收拢状态，此时断开电源，形状记忆复合材料层321的温度降低到玻璃化转变温度Tg以下，此时形状记忆复合材料层321的模量上升，撤去外力，第二伸缩单元32被固定在压缩收拢状态；当第二伸缩单元32中的加热网层322再次通电加热到形状记忆复合材料的玻璃化转变温度Tg以上时，第二伸缩单元32通过形状记忆复合材料的形状记忆效应可自行回复到原展开状态，实现了遮光结构简单高效的收拢和展开，避免了对航天器的冲击。

优选地，支撑结构2上设置第一安装孔25，底座1上设置第二安装孔11，第一伸缩单元31穿过第一安装孔25和第二安装孔11将底座1和支撑结构2相连接。增加收拢力和收拢可靠性，同时增加遮光结构整体结构的刚度。

在一些优选的实施例中，第一伸缩单元31包括第一伸缩元件和第二伸缩元件，且第一伸缩元件与第二伸缩元件交叉连接，具体地，第一伸缩元件和第二伸缩元件交叉设置于第一支撑单元21与第二支撑单元22之间和/或第二支撑单元22与第三支撑单元23之间和/或第三支撑单元23与底座1之间。使得相邻的第二伸缩单元32间相互约束，减少位移自由度，增加遮光结构的稳定性。在一些优选的实施例中，第一伸缩单元31为绳索，原料易得。

如图10所示，优选地，收纳装置5包括固定轴51、第一壳体53、第二壳体54和压缩装置52，本实施例中，对于固定轴51、第一壳体53、第二壳体54和压缩装置52的形状不做具体限制，在一些优选的实施例中，固定轴51为圆柱形，第一壳体53和第二壳体54为同心设置的圆筒形，且第一壳体53设置于第二壳体54的内部，压缩装置52为螺旋弹簧片，结构简单。

固定轴51的一端固定于第二壳体54的上端，固定轴51的另一端固定于第二壳体54的下端，且固定轴51与第一壳体53滑动连接，使得第一壳体53可绕固定轴51转动。压缩装置52的一端与固定轴51相连接，压缩装置52的另一端与第一壳体53相连接，第一壳体53还与所述第一伸缩单元31相连接。

优选地，第二壳体54上设置开口，第一伸缩单元31穿过开口与第一壳体53相连接。

本实施例中收纳装置5的工作原理在于：当第一伸缩单元31被施加向外的力拽出时，带动第一壳体53转动，此时内部的压缩装置52旋转储存能量；当第一伸缩单元31的外力撤去时，压缩装置52释放能量，带动第一壳体53转动将第一伸缩单元31收回。通过这样的装置可以实现第一伸缩单元31的收纳，防止第一伸缩单元31杂乱影响结构可靠性，且提高收拢稳定性、展开过程可控、保证各部分展开过程中的同步性、同时增加展开后遮光结构的刚度。

本实施例中空间可展开遮光结构的工作方式为：

当第二伸缩单元32中的加热网层322通电加热到形状记忆复合材料的玻璃化转变温度Tg以上时，形状记忆复合材料层321的模量下降，此时可轴向施加外力，使第二伸缩单元32在第一伸缩单元31的牵引下由展开状态压缩至收拢状态，此时断开电源，形状记忆复合材料层321的温度降低到玻璃化转变温度Tg以下，此时形状记忆复合材料层321的模量上升，撤去外力，第二伸缩单元32被固定在压缩收拢状态，此时，第一伸缩单元31存储在收纳装置5中并被锁定，且外壳4沿遮光结构的轴向呈波纹状折叠在各支撑单元和底座1之间；

当遮光结构在收拢状态被运送至预定工作轨道后，再次向第二伸缩单元32中的加热网层322通电加热，使其到形状记忆复合材料的玻璃化转变温度Tg以上，此时，第二伸缩单元32在形状记忆回复力的作用下，自行缓慢回复至原展开状态，同时第一伸缩单元31从收纳装置5中拉出。

因此，本实施例中空间可展开遮光结构实现了遮光结构简单高效的收拢和展开，避免了对航天器的冲击，同时提高收拢稳定性、展开过程可控、保证各部分展开过程中的同步性、同时增加展开后遮光结构的刚度。

虽然本发明公开披露如上，但本发明公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本发明公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种空间可展开遮光结构，其特征在于，包括底座（1）、支撑结构（2）和连接结构（3），所述支撑结构（2）与所述底座（1）通过所述连接结构（3）相连接，所述底座（1）上设置收纳装置（5），所述连接结构（3）包括第一伸缩单元（31）和第二伸缩单元（32），所述第一伸缩单元（31）的一端与所述收纳装置（5）相连接，所述第一伸缩单元（31）的另一端与所述支撑结构（2）相连接，所述第二伸缩单元（32）的一端与所述底座（1）相连接，所述第二伸缩单元（32）的另一端与所述支撑结构（2）相连接，且所述第二伸缩单元（32）由形状记忆复合材料制备而成,所述收纳装置（5）包括固定轴（51）、第一壳体（53）、第二壳体（54）和压缩装置（52），所述固定轴（51）与所述第一壳体（53）和所述第二壳体（54）相连接，且所述第一壳体（53）设置于所述第二壳体（54）的内部，所述压缩装置（52）的一端与所述固定轴（51）相连接，所述压缩装置（52）的另一端与所述第一壳体（53）相连接，所述第一壳体（53）还与所述第一伸缩单元（31）相连接，当所述第一伸缩单元（31）被施加向外的力拽出时，带动所述第一壳体（53）转动，此时内部的所述压缩装置（52）旋转储存能量。

2.根据权利要求1所述的空间可展开遮光结构，其特征在于，所述支撑结构（2）包括从上到下依次设置的第一支撑单元（21）、第二支撑单元（22）和第三支撑单元（23），且所述第一支撑单元（21）、所述第二支撑单元（22）、所述第三支撑单元（23）和所述底座（1）之间顺次通过所述连接结构（3）相连接。

3.根据权利要求2所述的空间可展开遮光结构，其特征在于，所述第一支撑单元（21）、所述第二支撑单元（22）和所述第三支撑单元（23）均为弧形结构，且所述第一支撑单元（21）、所述第二支撑单元（22）和所述第三支撑单元（23）的弧形长度依次增大。

4.根据权利要求1所述的空间可展开遮光结构，其特征在于，所述支撑结构（2）上设置第一安装孔（25），所述底座（1）上设置第二安装孔（11），所述第一伸缩单元（31）穿过所述第一安装孔（25）和所述第二安装孔（11）将所述底座（1）和所述支撑结构（2）相连接。

5.根据权利要求2所述的空间可展开遮光结构，其特征在于,所述第一伸缩单元（31）包括第一伸缩元件和第二伸缩元件，且所述第一伸缩元件与所述第二伸缩元件交叉设置于所述第一支撑单元（21）与所述第二支撑单元（22）之间和/或所述第二支撑单元（22）与所述第三支撑单元（23）之间和/或所述第三支撑单元（23）与所述底座（1）之间。

6.根据权利要求1所述的空间可展开遮光结构，其特征在于，所述第二伸缩单元（32）包括形状记忆复合材料层（321）和加热网层（322），且所述加热网层（322）紧贴所述形状记忆复合材料层（321）的内侧壁设置。

7.根据权利要求1所述的空间可展开遮光结构，其特征在于，所述压缩装置（52）为螺旋弹簧片。

8.根据权利要求1所述的空间可展开遮光结构，其特征在于,所述第二壳体（54）上设置开口，所述第一伸缩单元（31）穿过所述开口与所述第一壳体（53）相连接。

9.根据权利要求1所述的空间可展开遮光结构，其特征在于，还包括外壳（4），所述外壳（4）与所述底座（1）和所述支撑结构（2）相连接，且所述外壳（4）覆盖于所述支撑结构（2）的外表面。

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