CN111747197B - 一种多边棱柱形薄膜平面折叠工装及折叠方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多边棱柱形薄膜平面折叠工装及折叠方法，由内侧折叠工装，外侧折叠工装以及工装定位孔组成。内侧折叠工装包括内侧折叠板和内侧柔性膜，内侧折叠板由单面磁吸橡胶板加工制作，无吸力的一侧粘贴固定在内侧柔性膜上。内侧折叠板根据长度分割成两至三块区域，分为折痕交点区域与折痕非交点区域。外侧折叠工装包括外侧折叠板和外侧柔性膜，外侧折叠板由单面磁吸橡胶板加工制作，无吸力的一侧粘贴固定在外侧柔性膜上。内外侧折叠工装根据边缘定位孔定位对齐，相互吸引夹持所需折叠薄膜。本发明将平面薄膜折叠成环形薄膜，解决薄膜折叠折痕不明确、薄膜折叠过程滑移、薄膜折叠后复位等问题，具有操作简便，可重复利用等优点。

Description

一种多边棱柱形薄膜平面折叠工装及折叠方法

技术领域

本发明涉及薄膜折叠方法工装领域，具体涉及一种多边棱柱形薄膜平面折叠工装。

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。

为解决这些问题，提出一套轻便的、无损伤的、可以按照设计图纸进行灵活制作的折叠方法和折叠工装方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种多边棱柱形薄膜平面折叠工装，配合人工定向运动辅助，将平面薄膜折叠成环状薄膜，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。该工装系统设计简单，操作简便，便于加工生产，可重复利用等优点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种多边棱柱形薄膜平面折叠工装，其特征在于：包括内侧折叠工装和外侧折叠工装；所述内侧折叠工装包括内侧折叠板和内侧柔性膜；所述外侧折叠工装包括外侧折叠板和外侧柔性膜，内侧柔性膜位于内侧折叠板上方，外侧柔性膜位于外侧折叠板下方；

内侧折叠板由内侧板以及设置在内侧板上的第一折痕构成；所述第一折痕包括水平折痕以及倾斜折痕，两条倾斜折痕对称分布在水平折痕两侧并相交于水平折痕上；水平折痕被所述倾斜折痕划分为若干段；相连的两段水平折痕中一条为向内折痕，另一条为向外折痕；相邻的两段水平折痕一条为峰线，另一条为谷线；

外侧折叠板由外侧板和设置在外侧板上的第二折痕构成；所述第二折痕包括与第一折痕相同的第一折痕形式，第一折痕形式也包括水平折痕以及倾斜折痕，两条倾斜折痕对称分布在水平折痕两侧并相交于水平折痕上；水平折痕被所述倾斜折痕划分为若干段；相连的两段水平折痕中一条为峰线，另一条为谷线；相邻的两段水平折痕一条为峰线，另一条为谷线。

一种多边棱柱形薄膜平面折叠工装，包括内侧折叠工装，外侧折叠工装以及工装定位孔，所述内侧折叠工装包括内侧折叠板和内侧柔性膜，内侧折叠板由单面磁吸橡胶板加工制作，无吸力的一侧粘贴固定在内侧柔性膜上，所述外侧折叠工装包括外侧折叠板和外侧柔性膜，外侧折叠板由单面磁吸橡胶板加工制作，无吸力的一侧粘贴固定在外侧柔性膜上。

所述多边棱柱形薄膜平面折叠工装，从上至下分别为内侧柔性膜、内侧折叠板、折叠薄膜、外侧折叠板、外侧柔性膜，薄膜折痕根据对称四折痕单元设计，峰线、谷线位置按照折叠过程中折叠方向确定，向上折叠的峰线为实线，向下折叠的谷线为虚线。

所述内侧折叠工装，内侧柔性膜位于内侧折叠板单元上方，内侧折叠板单元根据所需折叠薄膜对称四折痕单元设计，为保证折叠板在折痕处进行最大180°的转动角度，竖向相邻折叠板单元水平向峰线处折痕预留2π倍板厚的空隙距离^[H3]，竖向相邻折叠板单元水平向谷线处折痕不预留空隙，横向相邻折叠板单元斜向折痕处预留2π倍板厚的空隙距离^[H2]，折叠板单元粘贴在内侧柔性膜上，折叠板根据长度平均分割成两至三块区域，折叠板单元两端都有四折痕交点时分割成三块区域，只有一端有四折痕交点时分割成两块区域，区域分为折痕交点区域与折痕非交点区域，其中折痕交点区域包括四折痕交点区域，折痕非交点区域不包括四折痕交点区域。

所述外侧折叠工装，外侧柔性膜位于外侧折叠板单元下方，外侧折叠板单元根据所需折叠薄膜对称四折痕单元设计，为保证折叠板在折痕处进行最大180°的转动角度，竖向相邻折叠板单元水平向谷线处折痕预留2π倍板厚的空隙距离^[H1]，竖向相邻折叠板单元水平向峰线处折痕不预留空隙，横向相邻折叠板单元斜向折痕处预留2π倍板厚的空隙距离^[H2]，折叠板单元粘贴在外侧柔性膜上。

所述工装定位孔，内、外侧柔性膜水平端部预留部分矩形区域，区域内根据折叠薄膜水平折痕划分多个矩形区域，每个矩形区域在端部边缘对应中部位置预留定位孔。

所述的对称四折痕单元，规定水平向折痕较短边为谷线，较长边为峰线，斜向折痕为谷线，水平向折痕与斜向折痕夹角

斜向折痕沿水平向折痕对称布置，可同时沿水平向折痕垂直方向对称布置，但夹角可以改变，沿着折痕折叠至终状态时，多边形内角为

可以根据所需多边形内角设计夹角。

本发明还提出一种基于上述多边棱柱形薄膜平面折叠工装的折叠方法，工装由内侧折叠工装，外侧折叠工装以及工装定位孔组成。准备阶段中，从下至上依次放置外侧折叠工装、折叠薄膜、内侧折叠工装，内、外侧折叠工装根据内、外侧柔性膜端部定位孔对齐，并用夹片固定，工装内部折叠板单元通过磁力相互吸附夹紧薄膜，折叠阶段中，按照从两边到中部的顺序，配合人工定向辅助，先按照折痕折叠端部单元，再逐步折叠内部单元，直至折叠完成，拆卸阶段中，先拆卸内侧折叠工装折痕非交点区域，再拆卸内侧折叠工装折痕交点区域，最后再拆卸外侧折叠工装区域，至此折叠工装系统使用完成。

有益效果：本发明由内侧折叠工装，外侧折叠工装以及工装定位孔组成一种人工辅助平面薄膜折叠工装系统。配合人工定向辅助，达到将平面薄膜折叠成棱柱形薄膜的目的。通过该系统解决了薄膜折叠过程中折痕不清晰明确、薄膜折叠过程中出现滑移、反复折叠过程对膜产生不可逆的损伤以及薄膜折叠后形状无法固定存在自恢复等各类问题。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仅为四边形尺寸，在确定厚度后只需直接切割即可生产；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为内、外侧折叠工装三维视图；

图2为外侧折叠工装俯视图；

图3为内侧折叠工装俯视图；

图4为四折痕单元峰线谷线示意图，(a)为平面图，(b)为折叠状态图；

图5(a)为外侧折叠板简要布置图，(b)为内侧折叠板简要布置图；

图6为折叠过程简化示意图；

其中：1、外侧折叠工装；2、内侧折叠工装；3、定位孔；4、外侧折叠板；5、外侧柔性膜；6、内侧折叠板；7、内侧柔性膜；8、折痕交点区域；9、折痕非交点区域；10、谷线-水平向较短边折痕；11、峰线-水平向较长边折痕；12、谷线-斜向折痕；H1、水平向谷线折痕预留2π倍板厚距离；H2、斜向谷线折痕预留2π倍板厚距离；H3、水平向峰线折痕预留2π倍板厚距离。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

本发明一种多边棱柱形薄膜平面折叠工装，其三维视图如图1所示，由内侧折叠工装2，外侧折叠工装1以及定位孔3组成。

外侧折叠工装1俯视图如图2所示，包括外侧折叠板4和外侧柔性膜5，外侧折叠板4由单面磁吸橡胶板加工制作，无吸力的一侧粘贴固定在外侧柔性膜5上，折叠板单元水平向谷线折痕预留2π倍板厚距离H1，斜向谷线折痕预留2π倍板厚距离H2，具体参考图5中的(a)所示。

内侧折叠工装2俯视图如图3所示，包括内侧折叠板6和内侧柔性膜7，内侧折叠板6由单面磁吸橡胶板加工制作，无吸力的一侧粘贴固定在内侧柔性膜7上。参考图5中的(b)所示，折叠板单元水平向峰线折痕预留2π倍板厚距离H3，斜向谷线折痕预留2π倍板厚距离H2。基于后期拆卸方便的目的，将内侧折叠板根据长度平均分割成两至三块区域，折叠板两端都有四折痕交点的分割成三块区域，只有一端有四折痕交点的分割成两块区域，区域分为折痕交点区域8与折痕非交点区域9，其中折痕交点区域8内包括四折痕的交点区域，折痕非交点区域9不包括四折痕的交点区域。内外侧折叠工装根据边缘定位孔3定位对齐，折叠板单元相互吸引加持所需折叠薄膜。叠完毕在拆卸内侧的折叠板时因为挤压会很难拆除，所以分割成折痕交点区域8与折痕非交点区域9组合的多块区域依次拆除。

准备阶段中，从下至上依次放置外侧折叠工装1、折叠薄膜、内侧折叠工装2，内、外侧折叠工装根据内、外侧柔性膜端部定位孔3对齐，并用夹片固定，工装内部折叠板4、6单元通过磁力相互吸附夹紧薄膜。参考图6所示，折叠阶段中，按照从两边到中部的顺序，配合人工定向辅助，以谷线折痕10、12向下折叠，峰线折痕11向上折叠的原则，先按照折痕折叠端部单元，再逐步折叠内部单元，直至折叠完成，如图4中的(a)、(b)所示。拆卸阶段中，先拆卸内侧折叠工装2折痕非交点区域9，再拆卸内侧折叠工装折痕交点区域8，最后再拆卸外侧折叠工装1，至此折叠工装系统使用完成。通过此过程达到平面薄膜折叠成环状薄膜的目的，具有设计简单，操作简便，可重复利用等优点。

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 (8)

1.一种多边棱柱形薄膜平面折叠工装，其特征在于：包括内侧折叠工装和外侧折叠工装；所述内侧折叠工装包括内侧折叠板和内侧柔性膜；所述外侧折叠工装包括外侧折叠板和外侧柔性膜，内侧柔性膜位于内侧折叠板上方，外侧柔性膜位于外侧折叠板下方；

内侧折叠板由内侧板以及设置在内侧板上的第一折痕构成；所述第一折痕包括水平折痕以及倾斜折痕，两条倾斜折痕对称分布在水平折痕两侧并相交于水平折痕上；水平折痕被所述倾斜折痕划分为若干段；相连的两段水平折痕中一条为向内折痕，另一条为向外折痕；相邻的两段水平折痕一条为峰线，另一条为谷线；

外侧折叠板由外侧板和设置在外侧板上的第二折痕构成；所述第二折痕包括与第一折痕相同的第一折痕形式，第一折痕形式也包括水平折痕以及倾斜折痕，两条倾斜折痕对称分布在水平折痕两侧并相交于水平折痕上；水平折痕被所述倾斜折痕划分为若干段；相连的两段水平折痕中一条为峰线，另一条为谷线；相邻的两段水平折痕一条为峰线，另一条为谷线。

2.根据权利要求1所述的多边棱柱形薄膜平面折叠工装，其特征在于：所述外侧板包括第一折痕板和第二折痕板，第二折痕板设置在两块第一折痕板之间；所述第一折痕形式设置在第一折痕板上；在第二折痕板上设置有第二折痕形式，第二折痕形式由水平折痕构成；相邻两水平折痕中一条为峰线，另一条为谷线。

3.根据权利要求1所述的多边棱柱形薄膜平面折叠工装，其特征在于：外侧折叠板上水平向峰线处折痕预留2π倍板厚的空隙距离，竖向相邻折叠板单元水平向谷线处折痕不预留空隙，横向相邻折叠板单元斜向折痕处预留2π倍板厚的空隙距离。

4.根据权利要求1所述的多边棱柱形薄膜平面折叠工装，其特征在于：外侧折叠板上水平向谷线处折痕预留2π倍板厚的空隙距离，竖向相邻折叠板单元水平向峰线处折痕不预留空隙，横向相邻折叠板单元斜向折痕处预留2π倍板厚的空隙距离。

5.根据权利要求1所述的多边棱柱形薄膜平面折叠工装，其特征在于：内侧折叠板由单面磁吸橡胶板加工制作，无吸力的一侧粘贴固定在内侧柔性膜上，外侧折叠板由单面磁吸橡胶板加工制作，无吸力的一侧粘贴固定在外侧柔性膜上。

6.根据权利要求1所述的多边棱柱形薄膜平面折叠工装，其特征在于：内侧柔性膜和外侧柔性膜水平端部预留部分矩形区域，区域内根据折叠薄膜水平折痕划分多个矩形区域，每个矩形区域在端部边缘对应中部位置预留定位孔。

7.根据权利要求1所述的多边棱柱形薄膜平面折叠工装，其特征在于：第一折痕中水平向折 痕较短边为谷线，较长边为峰线，斜向折痕为谷线，水平向折痕与斜向折痕夹角

。

8.基于权利要求1-7任一所述多边棱柱形薄膜平面折叠工装的折叠方法，其特征在于：

准备阶段中，从下至上依次放置外侧折叠工装、折叠薄膜、内侧折叠工装，内侧折叠工装和外侧折叠工装根据内侧柔性膜和外侧柔性膜端部定位孔对齐，并用夹片固定，外侧折叠工装和内侧折叠工装夹紧折叠薄膜；

折叠阶段中，按照从两边到中部的顺序，配合人工定向辅助，先按照折痕折叠端部单元，再逐步折叠内部单元，直至折叠完成；

拆卸阶段中，先拆卸内侧折叠工装折痕非交点区域，再拆卸内侧折叠工装折痕交点区域，最后再拆卸外侧折叠工装区域，至此折叠工装系统使用完成。

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