CN111717719B - 多边形棱柱薄膜结构折叠工装系统及折叠方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种多边形棱柱薄膜结构折叠工装系统及折叠方法，由内部支架系统、外部支架系统、单元折叠系统和顶部连接系统组成。薄膜由内部支架撑起，外部支架利用套筒通过撑杆相互连接，套筒通过球铰连接单元折叠板，单元折叠板通过磁性等无损方法吸附固定在薄膜外侧，顶部连接板与撑杆用单向铰固定连接，共同组成了人工辅助的多边棱柱形薄膜折叠工装系统。本发明可通过外部驱动系统的作用，配合人工定向辅助折痕运动方向，将环形薄膜折叠压缩，解决薄膜折叠折痕不明确、薄膜折叠过程滑移以及薄膜折叠后复位等问题。本发明具有设计简单，操作简便，可重复利用等优点，在航空航天领域具有很大的应用前景。

Description

多边形棱柱薄膜结构折叠工装系统及折叠方法
技术领域
本发明涉及薄膜折叠工装领域，具体涉及一种多边形棱柱薄膜结构折叠工装系统及方法。
背景技术
近年来，为实现更大的展开面积、更轻的质量，航天器上出现了越来越多的大型薄膜可展开结构，如薄膜太阳帆、薄膜遮光罩、薄膜天线、薄膜太阳电池阵等。为满足火箭运载包络限制，发射前大型薄膜结构需要按照设计图纸准确地折叠收纳，入轨后有序展开成指定的形状。然而薄膜结构尺寸大、柔性大，且表面不能进行折痕预制，给准确折叠带来了较大的难度。
另一方面，由于膜结构的易损性，几乎没有人提出过针对膜结构的折叠工装，大多数是针对机械结构构件的工装或者篷布类等易损性较低的工装系统，因此特定对于薄膜结构的折叠工装系统成为了迫切需要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足，而提供一种轻便的、无损伤的、折痕明确的多边形棱柱薄膜结构折叠工装，该工装系统设计简单，操作简便，便于加工生产等优点。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
本发明提出一种多边形棱柱薄膜结构折叠工装系统，包括：
内部支架系统，具有与棱柱边数相等的多边形截面，用于固定待折叠薄膜；
外部支架系统，包括位于多边形截面顶角外侧的竖向导杆；
单元折叠系统，包括折叠单元以及连接相邻两竖向导杆的横向连接杆，横向连接杆为多层，相邻横向连接杆以及相邻两竖向导杆围合成一个折叠区，在每个折叠区设置一个所述折叠单元；横向连接杆滑动的设置在所述外部支架系统的竖向导杆上；在每个折叠单元上设置至少一个与待折叠薄膜固定的连接点；
以及，
顶部连接系统，设置在所述外部支架系统上端，具有与最上层横向连接杆连接的第一连接端和与最上层折叠单元连接的第二连接端；通过顶部连接系统使折叠单元在折叠的同时横向连接杆滑动。
进一步，本发明所提出的多边形棱柱薄膜结构折叠工装系统，在竖向导杆的两个横向连接杆之间还设置有限定相邻两横向连接杆折叠位置的限位套筒。
进一步，本发明所提出的多边形棱柱薄膜结构折叠工装系统，所述折叠单元包括六块三角形折叠板，相邻两块三角形折叠板间设置有单向铰连接；六块三角形折叠板包括两块等腰三角形板以及四块直角三角形板，其中两块等腰三角形板顶点相对且上下对称，四块直角三角形板对称分布在两块等腰三角形板的两侧；六块三角形折叠板形成水平折缝以及斜向折缝，水平折缝处单向铰安装在折叠板外侧，斜向折缝处单向铰安装在折叠板内侧。
进一步，本发明所提出的多边形棱柱薄膜结构折叠工装系统，设置在每个折叠单元与待折叠薄膜固定的连接点位于上下两三角形折叠板中部外侧区域，并通过一磁铁与对应薄膜内侧区域吸附固定。
进一步，本发明所提出的多边形棱柱薄膜结构折叠工装系统，竖向相邻的折叠单元间设置单向铰连接，竖向相邻折叠单元折缝处单向铰安装在折叠板外侧。
进一步，本发明所提出的多边形棱柱薄膜结构折叠工装系统，外部支架系统的连接套筒壁外伸出两通接口，设置球铰连接点，每个折叠单元的上侧三角形折叠板水平端部设置圆形连接孔，每个折叠单元的上侧三角形折叠板与连接套筒利用圆形连接孔通过球铰连接。
进一步，本发明所提出的多边形棱柱薄膜结构折叠工装系统，顶部连接系统包括连接板以及设置在连接板端部的悬挂板；悬挂板与上层折叠单元连接；连接板与上层横向连接杆连接。
进一步，本发明所提出的多边形棱柱薄膜结构折叠工装系统，悬挂板位置位于内部支架系统中薄膜面外侧，与最上层单元折叠系统内上层折叠板通过单向铰连接。
进一步，本发明所提出的多边形棱柱薄膜结构折叠工装系统，内部支架系统包括位于多边形截面每个顶角的一根立杆。
本发明还提出一种多边形棱柱薄膜结构折叠工装系统的折叠方法，具体为：
在竖向外力作用下，顶部连接系统通过与其相连的横杆带动外部支架系统上的套筒向下移动，套筒之间通过横杆相互连接，同一层同时向下移动，套筒通过球铰，配合人工定向辅助折痕运动方向，同时带动同一层单元折叠系统对内部支架系统上的薄膜折叠，当套筒与可滑动套筒接触时，最上层薄膜折叠完成，并带动下层薄膜开始折叠，直至三层薄膜全部折叠完成，卸除单元折叠系统上的磁铁，拆除单元折叠系统，可将折叠完成的薄膜取下，完成整个过程。
本发明采用以上技术手段与现有技术相比，具有的有益效果为：
本发明由内部支架系统、外部支架系统、单元折叠系统和顶部连接系统组成一种多边形棱柱薄膜结构折叠工装系统。通过外部驱动系统的作用，配合人工定向辅助折痕运动方向，达到将多边形薄膜折叠压缩的目的。该系统解决了薄膜折叠过程中折痕不清晰明确、反复折叠过程对膜产生不可逆的损伤、薄膜折叠过程中出现滑移以及薄膜折叠后形状无法固定等问题。在设计阶段，薄膜折叠工装只需要简单计算一些几何参数即可完成；在生产阶段，薄膜折叠工装各个部件设计简单，工厂可快速批量生产；在使用阶段，薄膜折叠工装只需按照预留折痕方向，配合人工定向辅助即可直接使用，操作简单快捷；在拆除阶段，按照先外后内，从中部向两端的顺序可快速拆卸不会对膜产生影响。综上所述该折叠工装系统设计简单，操作方便，重复折叠时无需多次设计折痕，可重复利用等优势，在航空航天等领域具有很大的应用前景。
附图说明
图1为本发明空间示意图；
图2为本发明正立面示意图；
图3为本发明顶立面示意图；
图4为本发明单元折叠板示意图；
图5为套筒连接示意图；
图6为球铰示意图；
图7为单向铰示意图；
图8为折叠板与球铰连接示意图；
图9为单元折叠板单向铰布置正视图；
其中：1、内部支架立杆；2、外部支架立杆；3、单元折叠板；4、顶部连接板；5、连接套筒；6、横杆；7、单向铰；8、限位套筒；9、顶部连接板；10、悬挂板；11、折叠板；12、球铰；13、磁铁。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
本发明一种多边形棱柱薄膜结构折叠工装系统，其三维形态如图1所示，由内部支架系统、外部支架系统、单元折叠系统和顶部连接系统组成，内部支架系统内设置有六根立杆1，立杆1外包裹一层薄膜。系统正立面图如图2所示，外部支架系统上设置有六根立杆2，每根立杆2设置有多个可竖向移动的连接套筒5。套筒壁外伸出两通接口，同一高度处相邻套筒接口中设置有横杆6连接，同一竖向立杆相邻套筒间设置一不固定的限位套筒8，单元折叠系统共设置三层，每层六个，每个系统内包括六块三角形折叠板3，相邻两块三角形折叠板3间设置有单向铰7连接，竖向相邻的单元折叠系统设置单向铰7连接，参考图7、图9所示，顶部连接系统内设置六块连接板9，每块连接板端部设置一悬挂板10，如图3所示。
参考图4所示，外部支架系统内套筒中部壁外伸出两通接口，设置球铰连接点，每个单元折叠系统内上侧三角形折叠板11水平端部设置圆形连接孔，单元折叠系统内的上侧三角形折叠板11与外部支架系统内的套筒利用圆形连接孔通过球铰12连接，参考图6、图8所示。顶部连接系统连接板9端部的悬挂板10位置位于内部支架系统中薄膜面外侧，与最上层单元折叠系统内上层折叠板11通过单向铰7连接，连接板9端部与外部支架系统最上层横杆6连接。单元折叠系统三角形折叠板11水平折缝处单向铰7安装在系统外侧，三角形折叠板11斜向折缝处单向铰7安装在系统内侧，竖向相邻单元折叠系统折缝处单向铰7安装在系统外侧，单元折叠系统内上下两三角形折叠板11中部外侧区域与对应薄膜内侧区域设置一磁铁13吸附固定。
参考图5所示，在竖向外力作用下，顶部连接板9通过与其相连的横杆6带动外部支架系统上的连接套筒5向下移动，连接套筒5之间通过横杆6相互连接，同一层同时向下移动，套筒5通过球铰12，配合人工定向辅助折痕运动方向，同时带动同一层单元折叠系统对内部支架系统上的薄膜折叠，当连接套筒5与可滑动的限位套筒8接触时，最上层薄膜折叠完成，并带动下层薄膜开始折叠，直至三层薄膜全部折叠完成，卸除单元折叠系统上的磁铁，拆除单元折叠系统，可将折叠完成的薄膜取下，完成整个过程。可以看出，该工装系统设计简单，操作简便，重复折叠时无需多次设计折痕，可重复利用，在航空航天领域具有很大的应用前景。
应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种多边形棱柱薄膜结构折叠工装系统，其特征在于，包括：
内部支架系统，具有与棱柱边数相等的多边形截面，用于固定待折叠薄膜；
外部支架系统，包括位于多边形截面顶角外侧的竖向导杆；
单元折叠系统，包括折叠单元以及连接相邻两竖向导杆的横向连接杆，横向连接杆为多层，相邻横向连接杆以及相邻两竖向导杆围合成一个折叠区，在每个折叠区设置一个所述折叠单元；横向连接杆滑动的设置在所述外部支架系统的竖向导杆上；在每个折叠单元上设置至少一个与待折叠薄膜固定的连接点；
以及，
顶部连接系统，设置在所述外部支架系统上端，具有与最上层横向连接杆连接的第一连接端和与最上层折叠单元连接的第二连接端；通过顶部连接系统使折叠单元在折叠的同时横向连接杆滑动。
2.根据权利要求1所述的多边形棱柱薄膜结构折叠工装系统，其特征在于，在竖向导杆上位于两个横向连接杆之间还设置有限定相邻两横向连接杆折叠位置的限位套筒。
3.根据权利要求2所述的多边形棱柱薄膜结构折叠工装系统，其特征在于，所述折叠单元包括六块三角形折叠板，相邻两块三角形折叠板间设置有单向铰；六块三角形折叠板包括两块等腰三角形板以及四块直角三角形板，其中两块等腰三角形板顶点相对且上下对称，四块直角三角形板对称分布在两块等腰三角形板的两侧；六块三角形折叠板形成水平折缝以及斜向折缝，水平折缝处单向铰安装在折叠板外侧，斜向折缝处单向铰安装在折叠板内侧。
4.根据权利要求3所述的多边形棱柱薄膜结构折叠工装系统，其特征在于，设置在每个折叠单元与待折叠薄膜固定的连接点位于上下两三角形折叠板中部外侧区域，并通过一磁铁与对应薄膜内侧区域吸附固定。
5.根据权利要求3所述的多边形棱柱薄膜结构折叠工装系统，其特征在于，竖向相邻的折叠单元间设置单向铰，竖向相邻折叠单元折缝处单向铰安装在折叠板外侧。
6.根据权利要求3所述的多边形棱柱薄膜结构折叠工装系统，其特征在于：外部支架系统的连接套筒壁外伸出两通接口，设置球铰连接点，每个折叠单元的上侧三角形折叠板水平端部设置圆形连接孔，每个折叠单元的上侧三角形折叠板与连接套筒利用圆形连接孔通过球铰连接。
7.根据权利要求1所述的多边形棱柱薄膜结构折叠工装系统，其特征在于，顶部连接系统包括连接板以及设置在连接板端部的悬挂板；悬挂板与最上层折叠单元连接；连接板与最上层横向连接杆连接。
8.根据权利要求7所述的多边形棱柱薄膜结构折叠工装系统，其特征在于：悬挂板位置位于内部支架系统中薄膜面外侧，与最上层单元折叠系统内上层折叠板通过单向铰连接。
9.根据权利要求1所述的多边形棱柱薄膜结构折叠工装系统，其特征在于，内部支架系统包括位于多边形截面每个顶角的一根立杆。
10.如权利要求6所述的折叠工装系统的折叠方法，其特征在于：在竖向外力作用下，顶部连接系统通过与其相连的横向连接杆带动外部支架系统上的连接套筒向下移动，连接套筒之间通过横向连接杆相互连接，同一层同时向下移动，连接套筒通过球铰，配合人工定向辅助折痕运动方向，同时带动同一层单元折叠系统对内部支架系统上的薄膜折叠，当连接套筒与可滑动的限位套筒接触时，最上层薄膜折叠完成，并带动下层薄膜开始折叠，直至三层薄膜全部折叠完成，卸除单元折叠系统上的磁铁，拆除单元折叠系统，可将折叠完成的薄膜取下，完成整个过程。
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