CN112918704A - 用于优化航天器太阳帆板克服火箭发射力学环境的机构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及航天器太阳帆板结构，特别涉及一种用于优化航天器太阳帆板克服火箭发射力学环境的机构。包括斜坡杯和辅助支撑机构，其中斜坡杯设置于太阳帆板上；辅助支撑机构设置于航天器本体上，可进行伸缩；辅助支撑机构与斜坡杯配合实现对太阳帆板的辅助支撑。本发明具有能够调整太阳帆板收拢基频的功能，可以通过调整压缩弹簧给予太阳帆板的支撑力和支撑刚度，从而调整太阳帆板收拢状态的基频，进而优化太阳帆板克服火箭发射力学环境的能力。

Description

用于优化航天器太阳帆板克服火箭发射力学环境的机构
技术领域
本发明涉及航天器太阳帆板结构，特别涉及一种用于优化航天器太阳帆板克服火箭发射力学环境的机构。
背景技术
随着我国大力发展商业航天事业，航天器正逐步朝向低成本的方向发展。作为航天器最重要的组成部件之一的太阳帆板，其低成本化也随之而行。在传统太阳帆板的设计方案中，太阳帆板需要两个以上解锁释放机构，通过压紧帆板的一个区域使得太阳帆板能够克服火箭发射时的力学环境。但解锁释放机构一般由火工切割器或记忆合金等构成，价格高昂，并且火工切割器为一次性产品，记忆合金也有使用次数限制。并且，一套解锁机构的重量也相对较高，导致航天器的发射费用较高。以上两点导致了传统方案不利于降低航天器太阳帆板的成本。由于太阳帆板收拢状态下的基频在前期方案设计的三维模型有限元分析中存在一定的误差，产品在实际生产组装后并不一定能够满足设计指标要求。传统太阳帆板在生产组装后若收拢基频不符合指标要求则无法进行调整。综上，需要找到能够降低航天器太阳帆板的成本以及可调节太阳帆板收拢基频的方案势在必行。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种用于优化航天器太阳帆板克服火箭发射力学环境的机构，具有能够调整太阳帆板收拢基频的功能，可以通过调整压缩弹簧给予太阳帆板的支撑力和支撑刚度，从而调整太阳帆板收拢状态的基频，进而优化太阳帆板克服火箭发射力学环境的能力。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种用于优化航天器太阳帆板克服火箭发射力学环境的机构，包括斜坡杯和辅助支撑机构，其中斜坡杯设置于太阳帆板上；所述辅助支撑机构设置于航天器本体上，可进行伸缩；所述辅助支撑机构与所述斜坡杯配合实现对太阳帆板的辅助支撑。
所述辅助支撑机构包括辅助支撑底座、弹簧限位杆、支撑套及压缩弹簧，其中辅助支撑底座与所述航天器本体连接，所述弹簧限位杆插设于所述辅助支撑底座内且与所述辅助支撑底座固定连接，所述压缩弹簧和支撑套依次套设于所述弹簧限位杆上，所述弹簧限位杆与所述支撑套滑动配合，所述压缩弹簧的两端分别与所述弹簧限位杆和所述支撑套抵接。
所述支撑套的侧壁上沿轴向设有导向槽；所述弹簧限位杆上设有容置于所述导向槽内的限位销。
所述支撑套的顶部为锥形支撑部，所述锥形支撑部与所述斜坡杯的内壁锥面配合。
所述弹簧限位杆的下端设有用于轴向限位的限位轴肩，所述弹簧限位杆的端部通过锁紧螺母锁紧。
所述斜坡杯为喇叭口状结构。
所述太阳帆板上设有安装孔，所述斜坡杯容置于所述安装孔内且与所述太阳帆板固定连接。
本发明的优点与有益效果是：
1.本发明的辅助支撑机构复杂度低、尺寸小、重量轻且安装简单。
2.本发明主要结构中辅助支撑底座采用7075铝合金加工制造，其余均采用钛合金加工制造，质量轻且刚度性能好。通过螺纹连接各个主要结构，通过调整压缩弹簧给予太阳帆板的支撑力和支撑刚度，从而调整太阳帆板的收拢基频。
3.本发明采用辅助支撑机构代替传统的解锁释放机构，重量轻，成本低。
4.本发明使用限位销限制支撑套的位移，使得太阳帆板展开后无多余飞行物产生。
5.本发明的基本原理是采用辅助支撑机构代替解锁释放结构进行调节太阳帆板的收拢基频。通过调整压缩弹簧给予太阳帆板的支撑力和支撑刚度，从而调整太阳帆板收拢状态的基频，进而优化太阳帆板克服火箭发射力学环境的能力。
附图说明
图1为本发明用于优化航天器太阳帆板克服火箭发射力学环境的机构的结构示意图；
图2为图1中I处放大图；
图3为本发明用于优化航天器太阳帆板克服火箭发射力学环境的机构的剖视图；
图4为本发明中辅助支撑机构的轴测剖视图。
图中：1为辅助支撑底座，2为弹簧限位杆，201为限位轴肩，3为支撑套，301为导向槽，4为限位销，5为压缩弹簧，6为斜坡杯，7为锁紧螺母，10为辅助支撑机构，11为太阳帆板，1101为安装孔。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
如图1-2所示，本发明提供的一种用于优化航天器太阳帆板克服火箭发射力学环境的机构，包括斜坡杯6和辅助支撑机构10，其中斜坡杯6设置于太阳帆板11上；辅助支撑机构10设置于航天器本体上，可进行伸缩；辅助支撑机构10与斜坡杯6配合实现对太阳帆板11的辅助支撑。
本发明的实施例中，太阳帆板11上设有安装孔1101，斜坡杯6容置于安装孔1101内且通过螺母与太阳帆板11固定连接。具体地，如图3所示，斜坡杯6为喇叭口状结构。
如图3-4所示，本发明的实施例中，辅助支撑机构10包括辅助支撑底座1、弹簧限位杆2、支撑套3及压缩弹簧5，其中辅助支撑底座1与航天器本体连接，弹簧限位杆2插设于辅助支撑底座1内且与辅助支撑底座1固定连接，压缩弹簧5和支撑套3依次套设于弹簧限位杆2上，弹簧限位杆2与支撑套3滑动配合，压缩弹簧5的两端分别与弹簧限位杆2和支撑套3抵接。
进一步地，弹簧限位杆2的下端设有用于轴向限位的限位轴肩201，压缩弹簧5的下端与限位轴肩201抵接，弹簧限位杆2的端部通过锁紧螺母7锁紧。
进一步地，支撑套3的侧壁上沿轴向设有导向槽301；弹簧限位杆2上设有容置于导向槽301内的限位销4。弹簧限位杆2与支撑套3相对运动时，限位销4在导向槽301内滑动，且限制弹簧限位杆2的运动行程。
本发明的实施例中，支撑套3的顶部为锥形支撑部，锥形支撑部与斜坡杯6的内壁锥面配合。在太阳帆板11收拢时，支撑套3的锥形支撑部与斜坡杯6的锥面接触。
本发明的实施例中，辅助支撑机构10具有能够调整太阳帆板收拢基频的功能，可以通过调整压缩弹簧5给予太阳帆板11的支撑力和支撑刚度，压缩弹簧5的内径为大于7mm，外径小于14mm。这使得压缩弹簧5具有很大的调整范围。由此调整太阳帆板收拢状态的基频，进而优化太阳帆板克服火箭发射力学环境的能力。辅助支撑机构10具有可替代传统太阳帆板解锁释放机构的功能，尺寸小且重量轻，可降低航天器太阳帆板的成本。
本发明主要结构中辅助支撑底座1采用7075铝合金加工制造，其余均采用钛合金加工制造，质量轻且刚度性能好。通过螺纹连接各个主要结构，通过调整压缩弹簧给予太阳帆板的支撑力和支撑刚度，从而调整太阳帆板的收拢基频。
本发明提供的辅助支撑机构依靠压缩弹簧的丝径、中径、有效圈数和节距的调整来对压缩弹簧提供的支撑力和支撑刚度进行优化，从而可以人为的调整太阳帆板收拢状态时的基频，进而优化太阳帆板克服火箭发射力学环境的能力。
以上所述仅为本发明的实施方式，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、扩展等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种用于优化航天器太阳帆板克服火箭发射力学环境的机构，其特征在于，包括斜坡杯(6)和辅助支撑机构(10)，其中斜坡杯(6)设置于太阳帆板(11)上；所述辅助支撑机构(10)设置于航天器本体上，可进行伸缩；所述辅助支撑机构(10)与所述斜坡杯(6)配合实现对太阳帆板(11)的辅助支撑。
2.根据权利要求1所述的用于优化航天器太阳帆板克服火箭发射力学环境的机构，其特征在于，所述辅助支撑机构(10)包括辅助支撑底座(1)、弹簧限位杆(2)、支撑套(3)及压缩弹簧(5)，其中辅助支撑底座(1)与所述航天器本体连接，所述弹簧限位杆(2)插设于所述辅助支撑底座(1)内且与所述辅助支撑底座(1)固定连接，所述压缩弹簧(5)和支撑套(3)依次套设于所述弹簧限位杆(2)上，所述弹簧限位杆(2)与所述支撑套(3)滑动配合，所述压缩弹簧(5)的两端分别与所述弹簧限位杆(2)和所述支撑套(3)抵接。
3.根据权利要求2所述的用于优化航天器太阳帆板克服火箭发射力学环境的机构，其特征在于，所述支撑套(3)的侧壁上沿轴向设有导向槽(301)；所述弹簧限位杆(2)上设有容置于所述导向槽(301)内的限位销(4)。
4.根据权利要求2所述的用于优化航天器太阳帆板克服火箭发射力学环境的机构，其特征在于，所述支撑套(3)的顶部为锥形支撑部，所述锥形支撑部与所述斜坡杯(6)的内壁锥面配合。
5.根据权利要求2所述的用于优化航天器太阳帆板克服火箭发射力学环境的机构，其特征在于，所述弹簧限位杆(2)的下端设有用于轴向限位的限位轴肩(201)，所述弹簧限位杆(2)的端部通过锁紧螺母(7)锁紧。
6.根据权利要求1所述的用于优化航天器太阳帆板克服火箭发射力学环境的机构，其特征在于，所述斜坡杯(6)为喇叭口状结构。
7.根据权利要求1所述的用于优化航天器太阳帆板克服火箭发射力学环境的机构，其特征在于，所述太阳帆板(11)上设有安装孔(1101)，所述斜坡杯(6)容置于所述安装孔(1101)内且与所述太阳帆板(11)固定连接。
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