CN111332503B - 一种空间天线模块无源式在轨对接装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空间天线模块无源式在轨对接装置，包括：对接母头、对接公头、滑动插销、契形限位环、压紧滑块、压紧推杆、压紧连杆、圆柱销、限位弹簧、预拉弹簧及预压弹簧。其中压紧滑块、压紧推杆、压紧连杆、圆柱销、组成锁紧机构。本发明提供的空间天线模块无源式在轨对接装置，能够实现空间天线模块的在轨对接。空间天线模块无源式在轨对接装置，利用预压缩弹簧驱动滑动插销插入对接母头。并利用及预拉伸弹簧及锁紧机构，通过内部触发的方式实现滑动插销的锁紧。本发明无需电驱动设备及控制设备，设计简单、制造成本低，具有较高的可靠性。

Description

一种空间天线模块无源式在轨对接装置

技术领域

本发明涉及空间天线模块的在轨对接技术领域，具体是一种空间天线模块无源式在轨对接装置。

背景技术

随着科学技术的发展，空间探索、观测及空间通讯需要口径更大、形面精度更高的超大型空间天线。由于航天器结构尺寸受制于运载火箭发射成本和发射包络，可采用多个空间天线模块在轨组装的方式实现超大型的空间天线系统，因此简单可靠的天线模块在轨对接装置是实现超大型空间天线的基础。

目前，已有的航天器在轨对接装置多种多样，可分为螺纹式、夹紧式、压杆式及卡爪式等，但大部分航天器在轨对接装置都为有源式，即需要电机等驱动器驱动对接装置内的活动部件发生作动，进而实现对接或压紧。有源式在轨对接装置由于电驱动器的存在，通常整体结构复杂，重量较大。对接装置中的电驱动装置需要配套相应的电源、电缆、控制设备等，使得对接装置的可靠性相对较低。若大型航天器系统使用两个以上有源在轨对接装置，则还需要考虑同步性的问题。多个电驱动器的在轨同步控制，增加了航天器模块对接的难度，并降低了整个对接系统的可靠性。通过天线模块进行在轨对接是实现超大型空间天线的有效手段，而采用有源式在轨对接装置将对空间天线模块的在轨对接控制系统提出更高的可靠性要求，给超大型空间天线的实现带来挑战。

因此，能够满足空间天线模块的在轨对接需求，并且具有高可靠性、结构简单、重量轻，以及无复杂控制设备及电源设备的在轨对接装置，对于我国超大型空间天线的实现至关重要，是我国现阶段必须解决的问题。我国现阶段已公开的发明中，应用于不同航天器在轨对接的装置均为有源式对接装置。本发明针对现有有源对接技术的不足，发明了一种可用于空间天线模块在轨对接的无源式在轨对接装置。本发明与已有发明相比显著差别是本发明为无源式，仅依靠自身的机构及弹簧实现刚性对接及锁定。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的在于提供了一种空间天线模块无源式在轨对接装置。

本发明采用的技术方案包括：对接母头、对接公头、滑动插销、楔形限位环、压紧滑块、压紧推杆、压紧连杆、圆柱销、限位弹簧、预拉弹簧及预压弹簧。其中：滑动插销安装至对接公头内，并可以在对接公头内沿着对接公头中轴线滑动；楔形限位环套在滑动插销上，楔形限位环可以沿着滑动插销中轴线滑动；压紧滑块设置在滑动插销内部，压紧滑块可在滑动插销内部沿着滑动插销中轴线滑动；压紧滑块、压紧推杆及压紧连杆通过圆柱销进行铰接，整体组成锁紧机构；预拉弹簧处于预拉伸状态，预压弹簧处于预拉状态；

优选地，利用预压弹簧及预拉弹簧进行储能，利用预压弹簧和预拉弹簧弹性能驱动对接公头和对接母头的对接，空间天线模块无源式在轨对接装置内无电驱动装置，无控制设备；

优选地，锁紧机构在预拉弹簧的拉力作用下弹出，并对滑动插销形成一个对接拉力，将滑动插销拉入对接母头内；

优选地，滑动插销在预压弹簧的压力作用下插入对接母头内；

优选地，楔形限位环可沿着滑动插销滑动并被动控制锁紧机构的弹出时机；

优选地，限位弹簧、预拉弹簧及预压弹簧的初始长度和刚度系数需进行匹配以确保滑动插销顺利插入对接母头内，并确保锁紧机构具有足够的锁紧力；

优选地，楔形限位环，控制锁紧机构适时弹出，限制对接公头及对接母头发生切向错动。

优选地，锁紧状态下，锁紧机构产生的锁紧力等于预拉弹簧的拉力。

优选地，空间天线模块无源式在轨对接装置适用于空间天线模块在轨对接。

本发明相对现有的有源式航天器对接装置，具有以下优点和积极效果：

1传统有源式航天器对接装置需要复杂电机驱动系统及控制系统，以实现对接及锁定操作。本发明为无源式，采用弹簧结合机构的方式实现被动的插入及锁定，无需复杂的电机驱动系统及控制系统，结构简单，可靠性高。

2本发明利用弹簧预压及预拉进行储能，利用弹簧弹性能驱动对接装置，因此在对接过程中无需消耗航天器系统中的电能，节省能源。

3本发明中，预拉弹簧、压紧滑块、压紧推杆及压紧连杆组成的机构在对接过程中会对滑动插销形成一个对接拉力，将滑动插销拉入对接母头内，使得对接装置具有较高的容错性。

4设计构型简单，体积小，质量轻，装配工艺好；设计灵活，接口部件、对接部件及弹簧部件均可改变尺寸以适应不同航天器在轨对接需求。

本发明采用无源式方案，通过利用预压、预拉弹簧结合机构实现航天器在轨对接装置的插入及锁定过程，适用于不同航天器的在轨对接需求。

附图说明

图1为本发明整体外观示意图。

图2为本发明对接前状态剖面示意图。

图3为本发明对接过程中的中间状态剖面示意图。

图4为本发明对接过程中的中间状态剖面示意图。

图5为本发明对接完成状态剖面示意图。

图中：1为对接母头，2为对接公头，3为滑动插销，4为楔形限位环，5为压紧滑块，61为第一压紧推杆，62为第二压紧推杆，63为第三压紧推杆，64为第四压紧推杆，71为第一压紧连杆，72为第二压紧连杆，73为第三压紧连杆，74为第四压紧连杆，81为第一圆柱销，82为第二圆柱销，83为第三圆柱销，84为第四圆柱销，85为第五圆柱销，86为第六圆柱销，87为第七圆柱销，88为第八圆柱销，89为第九圆柱销，810为第十圆柱销，811为第十一圆柱销，812为第十二圆柱销，9为限位弹簧，10为预拉弹簧，11为预压弹簧。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。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，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

本发明提供的航天器无源式对接装置，其功能是实现航天器的在轨对接。本发明的对接前状态、对接过程中状态及对接完成后的状态分别见图2、图3、图 4和图5。

本发明采用无源式对接方案，其内部对接驱动部件为预压弹簧及预拉弹簧。预压弹簧安装在对接公头内部，初始为预压状态。压紧滑块、压紧推杆及压紧连杆组成锁紧机构。在楔形限位环的限制下，压紧推杆及压紧连杆初始位置在滑动插销的内部。预拉弹簧初始为受拉状态，压紧滑块在预拉弹簧的拉力作用下有向左侧滑动的趋势，并对压紧推杆产生推力。压紧推杆及压紧连杆在压紧滑块推力作用下，有从滑动插销内部弹出的趋势。

对接过程中，预压弹簧被释放，预压弹簧释放后推动滑动插销在对接公头内部向前滑动。滑动插销向前滑动的过程中，楔形限位环在限位弹簧的推动下，随着滑动插销一同向前运动。当滑动插销的行程达到一定值后，楔形限位环进入对接母头内部，楔形限位环在对接母头的限制下停止向前运动。滑动插销在预压弹簧的推动下继续向前运动，并穿过对接母头的中心圆孔。见图3所示，当滑动插销插入对接母头一定距离后，压紧推杆及压紧连杆的运动将不再受限制，压紧推杆及压紧连杆将在预拉弹簧的拉力作用下从滑动插销内部弹出。

当压紧推杆及压紧连杆将在预拉弹簧的拉力作用下从滑动插销内部弹出后，在预拉弹簧的驱动下，压紧连杆将卡在对接母头上，压紧连杆将对对接母头施加锁紧力，对接母头在压紧连杆的作用下，对滑动插销整体产生一个拉力，进而限制滑动插销反向运动。见图3所示，在预拉弹簧的作用下，压紧滑块、压紧推杆及压紧连杆组成的锁紧机构将实现滑动插销的锁定，锁紧状态下，锁紧机构产生的锁紧力等于预拉弹簧的拉力。

如图1至图4所示，下面的实施例提供了一种空间天线模块无源式在轨对接装置，包括：对接母头1，对接公头2，滑动插销3，楔形限位环4，压紧滑块5，第一压紧推杆61，第二压紧推杆62，第三压紧推杆63，第四压紧推杆64，第一压紧连杆71，第二压紧连杆72，第三压紧连杆73，第四压紧连杆74，第一圆柱销81，第二圆柱销82，第三圆柱销83，第四圆柱销84，第五圆柱销85，第六圆柱销86，第七圆柱销87，第八圆柱销88，第九圆柱销89，第十圆柱销810，第十一圆柱销811，第十二圆柱销812，限位弹簧9，预拉弹簧10，预压弹簧11。

所述滑动插销3安装在对接公头2内部的圆柱形空腔内，楔形限位环4套在滑动插销3上，压紧滑块5安装在滑动插销3内部的圆柱形空腔内，第一压紧推杆61一端与压紧滑块5通过第一圆柱销81铰接，第二压紧推杆62一端与压紧滑块5通过第二圆柱销82铰接，第三压紧推杆63一端与压紧滑块5通过第三圆柱销83铰接，第四压紧推杆64一端与压紧滑块5通过第四圆柱销84铰接，第一压紧推杆61一端与第一压紧连杆71通过第五圆柱销85铰接，第二压紧推杆62一端与第二压紧连杆72通过第六圆柱销86铰接，第三压紧推杆63一端与第三压紧连杆73通过第七圆柱销87铰接，第四压紧推杆64一端与第四压紧连杆74通过第八圆柱销88铰接，第一压紧连杆71一端与滑动插销通过第九圆柱销89铰接，第二压紧连杆72一端与滑动插销通过第十圆柱销810铰接，第三压紧连杆73一端与滑动插销通过第十一圆柱销811铰接，第四压紧连杆74一端与滑动插销通过第十二圆柱销812铰接，限位弹簧9套在滑动插销3上，限位弹簧9两端分别与楔形限位环4及滑动插销3固连，预拉弹簧10安装在滑动插销 3的内部圆柱形空腔内，预拉弹簧10的两端分别与滑动压块5及滑动插销3固连，预压弹簧11安装在对接公头2的圆柱形空腔内，预压弹簧11的两端分别与滑动插销3及对接公头2固连。

其中：

-预压弹簧11用于推动滑动插销3插入对接母头1内；

-压紧滑块5、第一压紧推杆61，第二压紧推杆62，第三压紧推杆63，第四压紧推杆64，第一压紧连杆71，第二压紧连杆72，第三压紧连杆73，第四压紧连杆74，第一圆柱销81，第二圆柱销82，第三圆柱销83，第四圆柱销84，第五圆柱销85，第六圆柱销86，第七圆柱销87，第八圆柱销88，第九圆柱销89，第十圆柱销810，第十一圆柱销811，第十二圆柱销812组成锁定机构，将滑动插销3锁定在对接母头1上；

-对接过程中，楔形限位环4用于限制锁定机构向外弹出；

-对接完成后，楔形限位环用于限制对接公头2及对接母头1发生切向移动；

-对接过程中，限位弹簧9用于推动楔形限位环4随着滑动插销3向前移动；当楔形限位环4接触对接母头1后，限位弹簧9发生压缩，楔形限位环4向后滑动，进而解除对锁定机构向外弹出的限制。

-对接完成后，锁紧机构产生的锁紧力等于预拉弹簧的拉力。

在本实施例中，限位弹簧9刚度为0.1N/mm，自由长度为70mm；预拉弹簧 10刚度为0.3N/mm，自由长度为70mm，预拉后长度为90mm；预压弹簧刚度为 0.2N/mm，自由长度为220mm，预压后长度为90mm。

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形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (7)

1.一种空间天线模块无源式在轨对接装置，其特征在于，包括：对接母头、对接公头、滑动插销、楔形限位环、压紧滑块、压紧推杆、压紧连杆、圆柱销、限位弹簧、预拉弹簧及预压弹簧；其中：

所述滑动插销安装至对接公头内，并可以在对接公头内沿着对接公头中轴线滑动；

所述楔形限位环套在滑动插销上，楔形限位环可以沿着滑动插销中轴线滑动；

所述压紧滑块设置在滑动插销内部，压紧滑块可在滑动插销内部沿着滑动插销中轴线滑动；

所述压紧滑块、压紧推杆及压紧连杆通过圆柱销进行铰接，整体组成锁紧机构；

所述预拉弹簧处于预拉伸状态，预压弹簧处于预压状态；

利用所述预压弹簧及预拉弹簧进行储能，利用所述预压弹簧和预拉弹簧弹性能驱动所述对接公头和所述对接母头的对接，所述空间天线模块无源式在轨对接装置内无电驱动装置，无控制设备；

所述锁紧机构在所述预拉弹簧的拉力作用下弹出，并对所述滑动插销形成一个对接拉力，将所述滑动插销拉入所述对接母头内。

2.根据权利要求1所述的一种空间天线模块无源式在轨对接装置，其特征在于，所述滑动插销在所述预压弹簧的压力作用下插入对接母头内。

3.根据权利要求1所述的一种空间天线模块无源式在轨对接装置，其特征在于，所述楔形限位环可沿着滑动插销滑动并被动控制锁紧机构的弹出时机。

4.根据权利要求1所述的一种空间天线模块无源式在轨对接装置，其特征在于，所述限位弹簧、预拉弹簧及预压弹簧的初始长度和刚度系数需进行匹配以确保所述滑动插销顺利插入所述对接母头内，并确保所述锁紧机构具有足够的锁紧力。

5.根据权利要求1所述的一种空间天线模块无源式在轨对接装置，其特征在于，所述楔形限位环，控制锁紧机构适时弹出，限制对接公头及对接母头发生切向错动。

6.根据权利要求1所述的一种空间天线模块无源式在轨对接装置，其特征在于，锁紧状态下，所述锁紧机构产生的锁紧力等于所述预拉弹簧的拉力。

7.根据权利要求1所述的一种空间天线模块无源式在轨对接装置，其特征在于，所述空间天线模块无源式在轨对接装置适用于空间天线模块在轨对接。

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