CN114701668A - 仿生可折叠柔性太空舱及其工作方法 - Google Patents

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罗淑月
林灿辉
殷俊
刘少宝
卢天健
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Abstract

本发明提供了一种仿生可折叠柔性太空舱及其工作方法，太空舱包括由柔性内层和刚性外层组成的分瓣式椭球体，其中，外层间隔覆均匀盖于内层上，向内挤压时内层向内径向折叠，外层合拢。刚性瓣与柔性瓣刚度比为10‑6:1，刚性瓣与柔性瓣所占圆周角度比为0.1:1，刚性瓣与柔性瓣分瓣数1:9。折叠时，由于舱体内外压强差使内层向内收缩至外层紧密覆盖于表面使体积减小。本发明采用仿生折叠方式，结构简单，折叠过程减少了对材料的损伤，并且能够对舱体进行重复折叠与充气，且充气展开时体积可控制，适用于不同外形舱体。

Description

仿生可折叠柔性太空舱及其工作方法
技术领域
本发明涉及仿生力学及太空舱领域，具体是一种仿生可折叠柔性太空舱及其工作方法。
背景技术
目前，在轨运行的载人航天器，大多以刚性金属舱为主。由于大型刚性密封舱结构质量重、体积大、发射成本高、在轨组装难，且受火箭发射包络的限制，其结构设计紧凑，有效空间狭窄，导致诸多重要科学试验难以顺利开展，航天员也只能站立休息，因此越来越难以满足未来深空探测发展的需要。可折叠柔性太空舱具有质量轻、折展效率高、空间利用率高、可靠性高、工程实施简单等优点。充气式舱体的蒙皮材料体系由多层柔性复合材料（如薄膜或织物）构成，主要包括气密层（或气体阻隔层）、增强层（或结构层、限制层）、微流星体／轨道碎片防护层和防辐射层，以及多层隔热层。无论从质量还是空间利用方面，充气式舱体都比刚性金属舱体有更突出的优势。开展大型充气展开舱体研究是解决当前较低发射能力与快速增长的航天任务之间矛盾的最佳途径之一。
发明内容
本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种仿生可折叠柔性太空舱及其工作方法，采用仿生折叠方式，结构简单，折叠过程减少了对材料的损伤，并且能够对舱体进行重复折叠与充气，且充气展开时体积可控制，适用于不同外形舱体。
一种仿生可折叠柔性太空舱，其特征在于：包括由柔性内层和刚性外层组成的分瓣式椭球体，其中，外层间隔覆均匀盖于内层上，向内挤压时内层向内径向折叠，外层合拢。
进一步改进，所述外层与内层刚度比为10-6：1。
进一步改进，所述外层与内层所占圆周角度比为0.1：1。
进一步改进，所述外层分瓣数为9瓣。
进一步改进，所述外层与内层之间采用铆接方式连接。
本发明提供的仿生可折叠柔性太空舱的工作方法，包括折叠过程和充气过程。
折叠时，内层向内径向折叠，外层合拢；
充气时，内层向外撑开使外层向外分开，最终外层全部舒展成为完整舱体构型。
本发明有益效果在于：
1、采用仿生折叠方式，结构简单，折叠过程减少了对材料的损伤。
2、能够对舱体进行重复折叠与充气，且充气展开时体积可控制，适用于不同外形舱体。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明展开状态的剖面图；
图2是展开状态外层与内层示意图；
图3是折叠过程示意图；
图4是虎刺梅花粉粒结构示意图；
图5是本发明有限元仿真结果示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明公开了一种基于仿生学原理的仿花粉粒折叠模式的可展开柔性空间舱体的仿生设计。所述可折叠柔性太空舱为分瓣式椭球形，由柔性瓣、刚性瓣和保护层等组成，柔性瓣与刚性瓣间隔，总体均匀分布形成舱体。刚性瓣与柔性瓣刚度比为10-6:1，刚性瓣与柔性瓣所占圆周角度比为0.1:1，刚性瓣与柔性瓣分瓣数1:9。折叠时，由于舱体内外压强差使内层向内收缩至外层紧密覆盖于表面使体积减小。
分瓣式椭球形太空舱体分为刚性瓣和柔性瓣，当结构折叠时，由于刚度不同，柔性瓣向内折叠收缩使刚性瓣向内聚拢。进行太空舱折叠时，径向体积缩小，轴向高度略有增加。
如图1所示，本发明充气式可折叠太空舱体结构为分瓣式椭球形，由柔性瓣和刚性瓣组成，柔性瓣与刚性瓣间隔，柔性瓣与刚性瓣之间为铆接，总体均匀分布形成舱体。
如图2所示，充气舱体在展开时，刚性瓣厚度大于柔性瓣，柔性瓣可由且刚性瓣刚度大于柔性瓣。
如图3所示，充气式舱体折叠时，柔性瓣向圆心聚拢收缩使其所连接的刚性瓣也向内收缩。当太空舱完全折叠，外层向内聚拢，舱体轴向高度略有增加。当舱体完全折叠时，刚性瓣合拢在一起，形成一个完整构型。
本发明的仿生效果来自于虎刺梅花粉粒结构，如图4所示。
对本发明提供的仿生可折叠柔性太空舱进行有限元仿真如图5所示，相同压力下，刚性瓣与柔性瓣从左至右所占圆周角度比分别为3,2,1，刚性瓣与柔性瓣刚度比均为500。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于设备实施例而言，以上所述仅是本发明的优选实施方式，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，对于本技术领域的普通技术人员来说，可轻易想到的变化或替换，在不脱离本发明原理的前提下，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种仿生可折叠柔性太空舱，其特征在于：包括由柔性内层和刚性外层组成的分瓣式椭球体，其中，外层间隔覆均匀盖于内层上，向内挤压时内层向内径向折叠，外层合拢。
2.根据权利要求1所述的仿生可折叠柔性太空舱，其特征在于：所述外层与内层刚度比为10-6：1。
3.根据权利要求1所述的仿生可折叠柔性太空舱，其特征在于：所述外层与内层所占圆周角度比为0.1：1。
4.根据权利要求1所述的仿生可折叠柔性太空舱，其特征在于：所述外层分瓣数为9瓣。
5.根据权利要求1所述的仿生可折叠柔性太空舱，其特征在于：所述外层与内层之间采用铆接方式连接。
6.一种仿生可折叠柔性太空舱的工作方法，其特征在于：包括折叠过程和充气过程；
折叠时，内层向内径向折叠，外层合拢；
充气时，内层向外撑开使外层向外分开，最终外层全部舒展成为完整舱体构型。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6547189B1 (en) * 1999-01-25 2003-04-15 The United States Of America As Represented By The United States National Aeronautics And Space Administration Inflatable vessel and method
CN104648697A (zh) * 2014-12-31 2015-05-27 哈尔滨工业大学 一种双层舱壁式充气舱体
CN110775298A (zh) * 2019-11-29 2020-02-11 上海宇航系统工程研究所 充气舱防护层结构
CN114030649A (zh) * 2021-11-26 2022-02-11 哈尔滨工业大学 一种采用可压缩多层夹芯防护层的充气展开半刚性密封舱

Patent Citations (4)

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