CN112357117B - 一种柔性充气展开密封舱的可伸缩中心承力结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种柔性充气展开密封舱的可伸缩中心承力结构，包括：外筒筒壳、内筒筒壳及连接筒筒壳；外筒筒壳的外筒对接法兰固定在充气密封舱后端盖上；内筒筒壳的内筒限位法兰所在端同轴套装在外筒筒壳内，且内筒筒壳外壁面上的导向滑轨与分别与外筒筒壳内壁面上的导向滑槽一一对应滑动配合；使得内筒筒壳可沿外筒筒壳轴向进行伸缩滑动；内筒筒壳的内筒对接法兰与连接筒筒壳底部的连接筒后法兰的内法兰同轴对接；连接筒筒壳的连接筒前法兰同轴固定在充气密封舱前端盖上；柔性充气展开结构安装在充气密封舱前端盖与充气密封舱后端盖之间，并包覆在所述中心承力结构外部。本发明能够有效提高充气展开密封舱发射和在轨展开的刚度。

Description

一种柔性充气展开密封舱的可伸缩中心承力结构
技术领域
本发明属于空间柔性充气展开密封结构技术领域，具体涉及一种柔性充气展开密封舱的可伸缩中心承力结构。
背景技术
随着空间技术的发展和深空探测任务的持续深入，对功能和规模更强大空间结构的需求也日趋强烈，但传统大型刚性密封舱结构由于重量和体积大、容积与质量比低，且受运载火箭有效空间包络和发射质量的限制，已越来越难以满足未来载人航天和星际探测超大型航天器发展的需求。解决空间超大型结构与运载能力之间矛盾的最直观方法是研制自展开结构、在轨组装以及在轨制造，而空间柔性充气展开密封结构作为最典型的自展开结构，具备发射体积小、质量轻、展开可靠、工程实施成本低等突出优势，为建造超大型空间结构提供了潜在的解决途径，也为航天科技开辟了一个崭新而广阔的研究领域。
柔性充气展开密封舱以其大收纳比和对运载火箭承载能力的低需求已成为世界各国在国际空间技术领域的研究热点，但充气展开密封舱因其自身固有的柔性特性，导致其刚度偏低，尤其是在轨充气展开状态的刚度，对母体航天器的机动精度影响很大；因此，提高柔性充气展开密封舱的整体刚度已成为其发展并实现空间广泛工程应用的关键技术之一。由于国内外空间柔性充气展开密封舱技术尚属起步阶段，暂未形成系统性的技术体系。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种柔性充气展开密封舱的可伸缩中心承力结构，能够有效提高充气展开密封舱发射和在轨展开的刚度。
本发明是通过下述技术方案实现的：
一种柔性充气展开密封舱的可伸缩中心承力结构，包括：外筒筒壳、内筒筒壳及连接筒筒壳；
外围结构为：充气密封舱后端盖、充气密封舱前端盖及柔性充气展开结构；
所述外筒筒壳两端分别设有外筒对接法兰和外筒限位法兰；所述外筒对接法兰为外筒筒壳的向外弯折的外法兰，所述外筒限位法兰为外筒筒壳的向内弯折的内法兰；所述外筒筒壳的内壁面设有两条以上沿其轴向的导向滑槽；
所述内筒筒壳的两端分别设有内筒限位法兰和内筒对接法兰；所述内筒限位法兰为外筒筒壳的向外弯折的分段式外法兰，相邻的两个外法兰段间距设定距离；所述内筒限位法兰的外径小于外筒筒壳的内径；所述内筒对接法兰为内筒筒壳的向内弯折的内法兰；所述内筒筒壳的外壁面设有两条以上沿其轴向的导向滑轨；且每个所述导向滑轨的端部分别位于内筒限位法兰的相邻的两个外法兰段之间；
所述连接筒筒壳的两端分别设有连接筒后法兰和连接筒前法兰；所述连接筒后法兰为内、外法兰，即连接筒后法兰的内法兰作为连接法兰，连接筒后法兰的外法兰作为限位法兰；所述连接筒前法兰为内法兰；
整体连接关系如下：所述外筒筒壳的外筒对接法兰同轴固定在充气密封舱后端盖上；
所述内筒筒壳的内筒限位法兰所在端同轴套装在外筒筒壳内，且内筒筒壳外壁面上的两个以上导向滑轨与分别与所述外筒筒壳内壁面上的两个以上导向滑槽一一对应滑动配合；使得内筒筒壳可沿外筒筒壳轴向进行伸缩滑动；
所述内筒筒壳的内筒对接法兰与连接筒筒壳底部的连接筒后法兰的内法兰同轴对接；所述连接筒筒壳的连接筒前法兰同轴固定在充气密封舱前端盖上；
所述柔性充气展开结构安装在充气密封舱前端盖与充气密封舱后端盖之间，并包覆在所述中心承力结构外部。
进一步的，还包括：展开缓冲器和压紧缓冲器；
所述展开缓冲器安装在外筒限位法兰的一个端面上；
所述压紧缓冲器安装在外筒限位法兰的另一个端面上；
两个以上展开缓冲器和两个以上压紧缓冲器均沿外筒限位法兰周向均匀分布。
进一步的，当柔性充气展开密封舱处于发射状态时，所述中心承力结构折叠压紧到位，所述内筒筒壳完全缩回到外筒筒壳内，所述连接筒后法兰的外法兰压紧在外筒限位法兰上设置的压紧缓冲器上；
当柔性充气展开密封舱处于在轨运行的充气张开状态时，所述中心承力结构展开到位，所述内筒筒壳完全从外筒筒壳伸出，所述内筒限位法兰压紧在外筒限位法兰上设置的展开缓冲器上。
进一步的，所述导向滑槽与外筒筒壳可一体加工成型，也可单独加工带有导向滑槽的条状结构后，再所述条状结构固定在所述外筒筒壳的内壁面上。
进一步的，所述导向滑轨可与内筒筒壳一体加工成型，也可单独加工导向滑轨后，再将所述导向滑轨固定在所述内筒筒壳的外壁面上。
进一步的，所述外筒对接法兰和外筒限位法兰均与外筒筒壳为一体成型；
所述内筒限位法兰和内筒对接法兰均与所述内筒筒壳一体成型；
所述连接筒后法兰和连接筒前法兰与连接筒筒壳为一体成型。
进一步的，所述导向滑轨与导向滑槽的横截面均为燕尾形，所述导向滑轨与导向滑槽为燕尾形的间隙配合。
进一步的，所述导向滑轨与导向滑槽的滑动配合面喷涂有二硫化钼。
有益效果：(1)本发明由外筒结构、内筒结构和连接筒结构组成，能够适应柔性充气密封舱发射时的折叠压紧和在轨充气展开对中心承力结构的伸缩需求，且能够显著提高柔性充气密封舱折叠压紧和充气展开的刚度，并为柔性充气展开结构(柔性充气展开结构的内层为柔性密封结构，外层为约束结构)的折叠压紧提供刚性支撑，以降低因折叠压紧过渡对内层的柔性密封结构造成的损伤；对柔性充气展开结构的展开提供构型约束，以降低外层的约束结构的压力，为柔性充气展开密封舱在轨运行的耐久性提供保证；本发明能够满足运载火箭和航天器的力学环境要求。
(2)本发明的柔性充气展开密封舱发射状态为折叠压紧状态，此状态下，内筒结构随柔性充气展开结构的折叠压紧，在导向滑槽和导向滑轨的导向作用下，完全伸入到外筒结构内，连接筒结构后法兰的外法兰压紧在压紧缓冲器上，柔性充气展开结构在外部的压紧装置的作用下，紧密包裹在外筒结构和连接筒结构的外部，形成以所述中心承力结构为核心的整体，有效提高了柔性充气展开密封舱发射状态的刚度，并为柔性充气展开结构的折叠压紧提供了刚性支撑，避免折叠压紧过渡，对柔性充气展开结构造成损伤。
(3)本发明的柔性充气展开密封舱在轨运行状态为充气张开状态，此状态下，内筒结构随充气展开密封舱的展开，在导向滑槽和导向滑轨的导向作用下，逐渐从外筒结构内伸出，随着内筒限位法兰与展开缓冲器的接触，柔性充气展开密封舱展开到位，在柔性充气展开密封舱达到额定压力的过程中，内筒限位法兰与展开缓冲器的接触力增大，所述中心承力结构的刚度也增大，在导向滑槽、导向滑轨的径向约束和内筒限位法兰、展开缓冲器轴向约束的作用下，所述中心承力结构在展开到位后，不仅能够有效提高柔性充气展开密封舱的展开刚度，还对柔性充气展开密封舱展开后的构型起到约束作用，有效降低了柔性充气展开结构的外层的约束结构的压力。
附图说明
图1为本发明的展开状态示意图；
图2为本发明的压紧状态示意图；
图3为本发明的装配示意图；
图4为图3的A-A剖面图；
图5为外筒结构的组成示意图；
图6为图5为B-B剖面图；
图7为内筒结构的组成示意图；
图8为图7为C-C剖面图；
图9为连接筒结构的组成示意图；
其中，10-外筒结构，20-内筒结构，30-连接筒结构，101-外筒筒壳，102-外筒对接法兰，103-外筒限位法兰，104-导向滑槽，105-展开缓冲器，106-压紧缓冲器，201-内筒筒壳，202-内筒限位法兰，203-内筒对接法兰，204-导向滑轨，301-连接筒筒壳，302-连接筒后法兰，303-连接筒前法兰。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本实施例提供了一种柔性充气展开密封舱的可伸缩中心承力结构，参见附图1-4，包括：外筒结构(10)、内筒结构(20)和连接筒结构(30)；
外围结构为：充气密封舱后端盖、充气密封舱前端盖及柔性充气展开结构；
参见附图5-6，所述外筒结构(10)包括：外筒筒壳(101)、外筒对接法兰(102)、外筒限位法兰(103)、导向滑槽(104)、展开缓冲器(105)和压紧缓冲器(106)；
所述外筒筒壳(101)为轻质高刚度薄壁型壳体结构；外筒筒壳(101)的底部设有外筒对接法兰(102)，外筒筒壳(101)的顶部设有外筒限位法兰(103)；所述外筒对接法兰(102)为外筒筒壳(101)的向外弯折的外法兰，所述外筒限位法兰(103)为外筒筒壳(101)的向内弯折的内法兰；所述外筒对接法兰(102)和外筒限位法兰(103)均与外筒筒壳(101)为一体成型，能够提高外筒筒壳(101)的刚度；
所述外筒对接法兰(102)上加工有用于与充气密封舱后端盖连接的连接孔；
所述外筒筒壳(101)的内壁面设有两条以上沿其轴向的导向滑槽(104)；所述导向滑槽(104)与外筒筒壳(102)可一体加工成型，也可单独加工带有导向滑槽(104)的条状结构后，再所述条状结构固定在所述外筒筒壳(102)的内壁面上；
所述展开缓冲器(105)安装在外筒限位法兰(103)的下端面上，用于在充气密封舱展开到位后提供限位缓冲；
所述压紧缓冲器(106)安装在外筒限位法兰(103)的上端面上，用于为充气密封舱收拢压紧提供限位缓冲；
两个以上展开缓冲器(105)和两个以上压紧缓冲器(106)均沿外筒限位法兰(103)周向均匀分布；
参见附图7-8，所述内筒结构(20)包括：内筒筒壳(201)、内筒限位法兰(202)、内筒对接法兰(203)和导向滑轨(204)；
所述内筒筒壳(201)为轻质高刚度薄壁型壳体结构；内筒筒壳(201)的底部设有内筒限位法兰(202)，内筒筒壳(201)的顶部设有内筒对接法兰(203)；所述内筒限位法兰(202)和内筒对接法兰(203)均与所述内筒筒壳(201)一体成型，能够提高内筒筒壳(201)的刚度；
所述内筒限位法兰(202)为外筒筒壳(101)的向外弯折的分段式外法兰，相邻的两个外法兰段间距设定距离；所述内筒限位法兰(202)的外径小于外筒筒壳(101)的内径；
所述内筒对接法兰(203)为内筒筒壳(201)的向内弯折的内法兰；内筒对接法兰(203)上加工有用于与连接筒结构(30)连接的连接螺孔；
所述内筒筒壳(201)的外壁面设有两条以上沿其轴向的导向滑轨(204)；且每个所述导向滑轨(204)的底端分别位于内筒限位法兰(202)的相邻的两个外法兰段之间；所述导向滑轨(204)可与内筒筒壳(201)一体加工成型，也可单独加工导向滑轨(204)后，再将所述导向滑轨(204)固定在所述内筒筒壳(201)的外壁面上；
其中，所述导向滑轨(204)与导向滑槽(104)的横截面均为燕尾形；
参见附图9，所述连接筒结构(30)包括：连接筒筒壳(301)、连接筒后法兰(302)和连接筒前法兰(303)；
所述连接筒筒壳(301)为轻质高刚度薄壁型壳体结构；连接筒筒壳(301)的底部设有连接筒后法兰(302)；连接筒筒壳(301)的顶部设有连接筒前法兰(303)；
所述连接筒后法兰(302)为内、外法兰，即连接筒后法兰(302)的内法兰作为连接法兰，连接筒后法兰(302)的外法兰作为限位法兰；
所述连接筒前法兰(303)为内法兰，连接筒前法兰(303)上加工有用于与充气密封舱前端盖连接的连接孔；
所述连接筒后法兰(302)和连接筒前法兰(303)与连接筒筒壳(301)为一体成型，能够提高连接筒筒壳(301)刚度，降低重量；
整体连接关系如下：所述外筒筒壳(101)底部的外筒对接法兰(102)通过螺钉同轴固定在充气密封舱后端盖上；
所述内筒筒壳(201)的内筒限位法兰(202)所在端同轴套装在外筒筒壳(101)内，且内筒筒壳(201)外壁面上的两个以上导向滑轨(204)与分别与所述外筒筒壳(101)内壁面上的两个以上导向滑槽(104)一一对应滑动配合；使得内筒筒壳(201)可沿外筒筒壳(101)轴向进行伸缩滑动；其中，所述导向滑轨(204)与导向滑槽(104)为燕尾形的间隙配合，在保证导向承载的同时，防止内筒筒壳(201)沿外筒筒壳(101)进行伸缩滑动时发生卡滞；且所述导向滑轨(204)与导向滑槽(104)的滑动配合面喷涂有二硫化钼或其他润滑材料，可以降低摩擦系数，增强耐磨性；
所述内筒筒壳(201)顶部的内筒对接法兰(203)通过螺钉与连接筒筒壳(301)底部的连接筒后法兰(302)的内法兰同轴对接；所述连接筒筒壳(301)顶部的连接筒前法兰(303)通过螺钉同轴固定在充气密封舱前端盖上；
所述柔性充气展开结构安装在充气密封舱前端盖与充气密封舱后端盖之间，并包覆在所述中心承力结构外部；
参见附图2，当柔性充气展开密封舱处于发射状态，即所述中心承力结构处于折叠压紧状态时，所述内筒筒壳(201)在导向滑轨(204)与导向滑槽(104)的滑动配合作用下，向充气密封舱后端盖的方向轴向移动，当内筒筒壳(201)完全缩回到外筒筒壳(101)内时，所述中心承力结构折叠压紧到位，此时，所述连接筒后法兰(302)的外法兰的下端面压紧在外筒限位法兰(103)上设置的压紧缓冲器(106)上，压紧缓冲器(106)起到压紧的限位缓冲作用；
所述柔性充气展开结构在压紧装置的作用下，包裹在外筒结构(10)和连接筒结构(30)的外部，形成以刚性的所述中心承力结构为核心的整体，有效提高了柔性充气展开密封舱发射状态的刚度，并为柔性充气展开结构的折叠压紧提供了刚性支撑，避免折叠压紧过渡，对柔性充气展开结构造成损伤。
参见附图1，当柔性充气展开密封舱处于在轨运行的充气张开状态，即所述中心承力结构处于展开状态时，所述内筒筒壳(201)在导向滑轨(204)与导向滑槽(104)的滑动配合作用下，向充气密封舱前端盖的方向轴向移动，内筒筒壳(201)从外筒筒壳(101)内逐渐伸展开；当内筒筒壳(201)完全从外筒筒壳(101)伸出时，所述中心承力结构展开到位，此时，所述内筒限位法兰(202)的上端面压紧在外筒限位法兰(103)上设置的展开缓冲器(105)上，展开缓冲器(105)起到压紧的限位缓冲作用；
所述柔性充气展开结构达到额定压力的过程中，内筒限位法兰(202)与展开缓冲器(105)的接触力增大，所述中心承力结构的刚度也增大，在导向滑槽(104)、导向滑轨(204)的径向约束和内筒限位法兰(202)、展开缓冲器(105)轴向约束的作用下，所述中心承力结构在展开到位后，不仅能够有效提高柔性充气展开密封舱的展开刚度，还对柔性充气展开密封舱展开后的构型起到约束作用，有效降低了柔性充气展开结构的压力。
所述中心承力结构的装配过程如下：
第一步，分别完成外筒结构(10)、内筒结构(20)和连接筒结构(30)的各组成部件的装配；
第二步，在导向滑槽(104)和导向滑轨(204)的滑动配合面喷涂二硫化钼或其他润滑材料，以降低摩擦系数，增强耐磨性；
第三步，将内筒结构(20)从外筒结构(10)的外筒对接法兰(102)端伸入外筒筒壳(101)内，保证导向滑轨(104)和导向滑槽(204)一一滑动配合，并对相互滑动的顺畅性进行测试；
第四步，将连接筒结构(30)的连接筒后法兰(302)与内筒结构(20)的对接法兰(203)连接；连接完成后，所述可伸缩中心承力筒结构完成装配；
第五步，将外筒结构(10)的外筒对接法兰(102)与充气密封舱后端盖连接，将连接筒结构(30)的连接筒前法兰(303)与充气密封舱前端盖连接，完成可伸缩中心承力筒结构与柔性充气展开密封舱的装配。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种柔性充气展开密封舱的可伸缩中心承力结构，其特征在于，包括：外筒筒壳(101)、内筒筒壳(201)及连接筒筒壳(301)；
外围结构为：充气密封舱后端盖、充气密封舱前端盖及柔性充气展开结构；
所述外筒筒壳(101)两端分别设有外筒对接法兰(102)和外筒限位法兰(103)；所述外筒对接法兰(102)为外筒筒壳(101)的向外弯折的外法兰，所述外筒限位法兰(103)为外筒筒壳(101)的向内弯折的内法兰；所述外筒筒壳(101)的内壁面设有两条以上沿其轴向的导向滑槽(104)；
所述内筒筒壳(201)的两端分别设有内筒限位法兰(202)和内筒对接法兰(203)；所述内筒限位法兰(202)为外筒筒壳(101)的向外弯折的分段式外法兰，相邻的两个外法兰段间距设定距离；所述内筒限位法兰(202)的外径小于外筒筒壳(101)的内径；所述内筒对接法兰(203)为内筒筒壳(201)的向内弯折的内法兰；所述内筒筒壳(201)的外壁面设有两条以上沿其轴向的导向滑轨(204)；且每个所述导向滑轨(204)的端部分别位于内筒限位法兰(202)的相邻的两个外法兰段之间；
所述连接筒筒壳(301)的两端分别设有连接筒后法兰(302)和连接筒前法兰(303)；所述连接筒后法兰(302)为内、外法兰，即连接筒后法兰(302)的内法兰作为连接法兰，连接筒后法兰(302)的外法兰作为限位法兰；所述连接筒前法兰(303)为内法兰；
整体连接关系如下：所述外筒筒壳(101)的外筒对接法兰(102)同轴固定在充气密封舱后端盖上；
所述内筒筒壳(201)的内筒限位法兰(202)所在端同轴套装在外筒筒壳(101)内，且内筒筒壳(201)外壁面上的两个以上导向滑轨(204)与分别与所述外筒筒壳(101)内壁面上的两个以上导向滑槽(104)一一对应滑动配合；使得内筒筒壳(201)可沿外筒筒壳(101)轴向进行伸缩滑动；
所述内筒筒壳(201)的内筒对接法兰(203)与连接筒筒壳(301)底部的连接筒后法兰(302)的内法兰同轴对接；所述连接筒筒壳(301)的连接筒前法兰(303)同轴固定在充气密封舱前端盖上；
所述柔性充气展开结构安装在充气密封舱前端盖与充气密封舱后端盖之间，并包覆在所述中心承力结构外部；
所述可伸缩中心承力结构，还包括：展开缓冲器(105)和压紧缓冲器(106)；
所述展开缓冲器(105)安装在外筒限位法兰(103)的一个端面上；
所述压紧缓冲器(106)安装在外筒限位法兰(103)的另一个端面上；
两个以上展开缓冲器(105)和两个以上压紧缓冲器(106)均沿外筒限位法兰(103)周向均匀分布；
当柔性充气展开密封舱处于发射状态时，所述中心承力结构折叠压紧到位，所述内筒筒壳(201)完全缩回到外筒筒壳(101)内，所述连接筒后法兰(302)的外法兰压紧在外筒限位法兰(103)上设置的压紧缓冲器(106)上；
当柔性充气展开密封舱处于在轨运行的充气张开状态时，所述中心承力结构展开到位，所述内筒筒壳(201)完全从外筒筒壳(101)伸出，所述内筒限位法兰(202)压紧在外筒限位法兰(103)上设置的展开缓冲器(105)上。
2.如权利要求1所述的一种柔性充气展开密封舱的可伸缩中心承力结构，其特征在于，所述导向滑槽(104)与外筒筒壳(101 )可一体加工成型，也可单独加工带有导向滑槽(104)的条状结构后，再所述条状结构固定在所述外筒筒壳(101 )的内壁面上。
3.如权利要求1所述的一种柔性充气展开密封舱的可伸缩中心承力结构，其特征在于，所述导向滑轨(204)可与内筒筒壳(201)一体加工成型，也可单独加工导向滑轨(204)后，再将所述导向滑轨(204)固定在所述内筒筒壳(201)的外壁面上。
4.如权利要求1所述的一种柔性充气展开密封舱的可伸缩中心承力结构，其特征在于，
所述外筒对接法兰(102)和外筒限位法兰(103)均与外筒筒壳(101)为一体成型；
所述内筒限位法兰(202)和内筒对接法兰(203)均与所述内筒筒壳(201)一体成型；
所述连接筒后法兰(302)和连接筒前法兰(303)与连接筒筒壳(301)为一体成型。
5.如权利要求1所述的一种柔性充气展开密封舱的可伸缩中心承力结构，其特征在于，所述导向滑轨(204)与导向滑槽(104)的横截面均为燕尾形，所述导向滑轨(204)与导向滑槽(104)为燕尾形的间隙配合。
6.如权利要求1所述的一种柔性充气展开密封舱的可伸缩中心承力结构，其特征在于，所述导向滑轨(204)与导向滑槽(104)的滑动配合面喷涂有二硫化钼。
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