CN116105552B - 一种机械张拉展开式气动减速器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种机械张拉展开式气动减速器，属于可展开式气动减速器的技术领域，包括顶盖、底座、张拉整体、支撑柱、上连接柱、下连接柱、肋、六组牵引绳收放机构以及缠绕在牵引绳收放机构上的牵引绳。本发明内部以张拉整体结构为主，外部采用柔性防护罩，在收拢时可有效减少收拢体积，避免受运载火箭整流罩尺寸的限制，展开时提供更大的气动面积，提供更好的减速效果，相较传统固定式刚性气动减速器具有质量轻、可折叠封装和收拢体积小的特点，同时在展开过程中同步性高，丰富了可展开式气动减速器的类型。同时本发明中第二层张拉单元位置固定，其内部的工作空间空间较大且位置恒定，能够更好的起到运载作用。

Description

一种机械张拉展开式气动减速器

技术领域

本发明属于可展开式气动减速器的技术领域，具体公开了一种机械张拉展开式气动减速器。

背景技术

随着行星着陆探测任务的不断推进，采样返回、载人登陆和建设基地等任务都要求能将更大和更重的探测器精确地着陆到行星表面的指定地点，传统的固定式刚性气动减速器受运载火箭发射能力及整流罩包络约束，极大地限制了气动减速器的尺寸、质量及弹道系数，从而大大降低了航天器载荷运输能力，加之环境恶劣、研制成本较高、通用性不强等缺点，固定式刚性气动减速器难以满足任务需求。由此提出了可展开式气动减速器的概念，可以实现折叠时减小收拢体积和展开时增大气动面积，提高减速效率的目的。根据防热结构的柔性程度及展开驱动形式，可展开式气动减速器技术可分为柔性充气式、半刚性机械式和刚性机械式三种。

目前，国内对柔性充气展开式气动减速技术的研究相对较多，如CN112146525A一种运载火箭上面级回收方法及回收系统中记载的可充气展开式气动减速器，但对机械展开式研究较少，因此，本发明提供一种机械张拉展开式气动减速器，以丰富可展开式气动减速器的类型。

发明内容

本发明提供一种机械张拉展开式气动减速器，以克服固定式刚性气动减速器存在的缺陷，实现折叠时减小收拢体积和展开时增大气动面积，提高减速效率，同时丰富可展开式气动减速器的类型。

本发明提供一种机械张拉展开式气动减速器，包括顶盖、底座、张拉整体、支撑柱、上连接柱、下连接柱、肋、六组牵引绳收放机构以及缠绕在牵引绳收放机构上的牵引绳；顶盖和底座平行设置；多根支撑柱围绕顶盖和底座的中心连线均匀布置，两端分别与顶盖和底座固定连接；六根上连接柱围绕顶盖的中心均匀布置，顶端与顶盖的底面固定连接；六根下连接柱围绕底座的中心均匀布置，底端与底座的顶面固定连接；六根肋围绕顶盖和底座的中心连线均匀布置，顶端与顶盖转动连接，内侧设置有滑槽；

张拉整体设置在顶盖和底座之间，包括多条索、多根杆和多个连接件；连接件由下到上分为六组，构成六层与底座和顶盖平行的节点单元，每层节点单元中有六个连接件作为六个节点绕顶盖和底座的中心连线均匀设置构成正六边形，六层节点单元由下到上依次为第一层节点单元、第二层节点单元、第三层节点单元、第四层节点单元、第五层节点单元和第六层节点单元，第一层节点单元的连接件布置在底座的顶面上，第二层节点单元的连接件布置在下连接柱的顶端，第三层节点单元的连接件悬空布置，第四层节点单元的连接件布置在肋的滑槽上，第五层节点单元的连接件布置在上连接柱的底端，第六层节点单元的连接件布置在顶盖的底面上；

每层节点单元中的六个节点按照顺时针方向命名，第一层节点单元中的六个节点依次为a11、a21、a31、a41、a51、a61，第二层节点单元中的六个节点依次为a12、a22、a32、a42、a52、a62，第三层节点单元中的六个节点依次为b11、b21、b31、b41、b51、b61，第四层节点单元中的六个节点依次为a13、a23、a33、a43、a53、a63，第五层节点单元中的六个节点依次b12、b22、b32、b42、b52、b62，第六层节点单元中的六个节点依次为b13、b23、b33、b43、b53、b63；

第一层节点单元和第三层节点单元的连接件以及与连接件相连的杆和索构成第一层张拉单元，连接a11和b11的杆、连接a21和b21的杆、连接a31和b31的杆、连接a41和b41的杆、连接a51和b51的杆以及连接a61和b61的杆为L1，连接a11和b21的索、连接a21和b31的索、连接a31和b41的索、连接a41和b51的索、连接a51和b61的索以及连接a61和b11索为V1，连接a11和a21的索、连接a21和a31的索、连接a31和a41的索、连接a41和a51的索、连接a51和a61的索以及连接a61和a11的索为B1；

第二层节点单元和第五层节点单元的连接件以及与连接件相连的杆和索构成第二层张拉单元，连接a12和b12的杆、连接a22和b22的杆、连接a32和b32的杆、连接a42和b42的杆、连接a52和b52的杆以及连接a62和b62的杆为L2，连接a12和b62的索、连接a22和b12的索、连接a32和b22的索、连接a42和b32的索、连接a52和b42的索以及连接a62和b52的索为V2；

第四层节点单元和第六层节点单元的连接件以及与连接件相连的杆和索构成第三层张拉单元，连接a13和b13的杆、连接a23和b23的杆、连接a33和b33的杆、连接a43和b43的杆、连接a53和b53的杆以及连接a63和b63的杆为L3，连接a13和b23的索、连接a23和b33的索、连接a33和b43的索、连接a43和b53的索、连接a53和b63的索以及连接a63和b13的索为V3，连接b13和b23的索、连接b23和b33的索、连接b33和b43的索、连接b43和b53的索、连接b53和b63的索以及连接b63和b13的索为B2；

第一层节点单元和第二层节点单元之间通过索连接，连接a11和a12的索、连接a21和a22的索、连接a31和a32的索、连接a41和a42的索、连接a51和a52的索以及连接a61和a62的索为D1；

第三层节点单元和第五层节点单元之间通过索连接，连接b11和b62的索、连接b21和b12的索、连接b31和b22的索、连接b41和b32的索、连接b51和b42的索以及连接b61和b52的索为D2；

第二层节点单元和第三层节点单元之间通过索连接，连接a12和b11的索、连接a22和b21的索、连接a32和b31的索、连接a42和b41的索、连接a52和b51的索以及连接a62和b61的索为S1，连接a12和b21的索、连接a22和b31的索、连接a32和b41的索、连接a42和b51的索、连接a52和b61的索以及连接a62和b11的索为S2；

索D1、D2、S1和S2实现第一层张拉单元和第二层张拉单元之间的连接；

第二层节点单元和第四层节点单元之间通过索连接，连接a12和a63的索、连接a22和a13的索、连接a32和a23的索、连接a42和a33的索、连接a52和a43的索以及连接a62和a53的索为D3；

第五层节点单元和第六层节点单元之间通过索连接，连接b12和b13的索、连接b22和b23的索、连接b32和b33的索、连接b42和b43的索、连接b52和b53的索以及连接b62和b63的索为D4；

第四层节点单元和第五层节点单元之间通过索连接，连接a13和b12的索、连接a23和b22的索、连接a33和b32的索、连接a43和b42的索、连接a53和b52的索以及连接a63和b62的索为S3，连接a13和b22的索、连接a23和b32的索、连接a33和b42的索、连接a43和b52的索、连接a53和b62的索以及连接a63和b12的索为S4；

索D3、D4、S3和S4实现第二层张拉单元和第三层张拉单元之间的连接；

杆L1、L2、L3的长度相同，索B1和B2的长度相同，索V1和V3的长度相同，索D1和D4的长度相同，索D2和D3的长度相同，索S1、S2、S3和S4的长度相同；

连接件分为两种，分别为铰轴连接件和球铰连接件，第一层节点单元、第二层节点单元、第三层节点单元、第五层节点单元和第六层节点单元中均为铰轴连接件，第四层节点单元中为球铰连接件；铰轴连接件包括连接座Ⅰ、垂直固定在连接座Ⅰ上的铰轴耳座以及安装在铰轴耳座上的铰轴，连接座Ⅰ上设置有多个通孔Ⅰ；球铰连接件包括连接座Ⅱ、直角连杆、滑块和半球盖，直角连杆的两端分别与连接座Ⅱ和滑块固定连接，连接座Ⅱ上设置有半球槽，半球盖安装在半球槽外，半球盖的中心设置有轴孔，连接座Ⅱ上设置有多个通孔Ⅱ；

第一层节点单元中，每个铰轴连接件连接两根索B1、一根索V1、一根索D1和一根杆L1，连接座Ⅰ固定在底座的顶面上，两根索B1端部的绳结活动套设在第一、第二通孔Ⅰ上，索V1的底端穿过第三通孔Ⅰ与牵引绳Ⅰ连接，索D1底端的绳结活动套设在第四通孔Ⅰ上，杆L1底端的轴孔与铰轴连接；

第二层节点单元中，每个铰轴连接件连接一根索S1、一根索S2、一根索D1、一根索V2、一根索D3和一根杆L2，连接座Ⅰ固定在下连接柱的顶端，索S1和索S2的底端穿过第一、第二通孔Ⅰ与两根牵引绳Ⅱ连接，索D1顶端的绳结活动套设在第三通孔Ⅰ上，索V2和索D3底端的绳结活动套设在第四、第五通孔Ⅰ上，杆L2底端的轴孔与铰轴连接；

第三层节点单元中，每个铰轴连接件连接一根索S1、一根索S2、一根索V1、一根索D2和一根杆L2，索S1、索S2、索V1顶端的绳结活动套设在第一、第二、第三通孔Ⅰ上，索D2底端的绳结活动套设在第四通孔Ⅰ上，L2顶端的轴孔与铰轴连接；

第四层节点单元处中，每个球铰连接件的滑块与肋的滑槽滑动配合，连接一根索S3、一根索S4、一根索V3、一根索D3和一根杆L3，索S3、索S4、索V3底端的绳结活动套设在第一、第二、第三通孔Ⅱ上，索D3顶端的绳结活动套设在第四通孔Ⅱ上，杆L3的底端为球状，转动安装在半球槽和半球盖围合成的球形空间内；

第五层节点单元中，每个铰轴连接件连接一根索S3、一根索S4、一根索D2、一根索V2、一根索D4和一根杆L2，连接座Ⅰ固定在上连接柱的底端，索S3和索S4的顶端穿过第一、第二通孔Ⅰ与两根牵引绳Ⅲ连接，索D2和索V2顶端的绳结活动套设在第三、第四通孔Ⅰ上，索D4底端的绳结活动套设在第五通孔Ⅰ上，杆L2顶端的轴孔与铰轴连接；

第六层节点单元中，每个铰轴连接件连接两根索B2、一根索V3、一根索D4和一根杆L3，连接座Ⅰ固定在顶盖的底面上，两根索B2端部的绳结活动套设在第一、第二通孔Ⅰ上，索V3的顶端穿过第三通孔Ⅰ与牵引绳Ⅳ连接，索D4顶端的绳结活动套设在第四通孔Ⅰ上，杆L3顶端的轴孔与铰轴连接；

牵引绳收放机构Ⅴ和牵引绳收放机构Ⅵ分别安装在底座和顶盖的中心位置，六根牵引绳Ⅴ分别与六根杆L1连接，六根牵引绳Ⅵ分别与六根杆L3连接。

进一步地，第一层节点单元中，第一、第二、第三通孔Ⅰ上穿有套环，两根索B1端部的绳结以及索D1底端的绳结套设在套环上；第二层节点单元中，第三、第四、第五通孔Ⅰ上穿有套环，索D1顶端的绳结以及索V2和索D3底端的绳结套设在套环上；第三层节点单元中，第一、第二、第三、第四通孔Ⅰ上穿有套环，索S1、索S2、索V1顶端的绳结以及索D2底端的绳结套设在套环上；第四层节点单元处中，第一、第二、第三、第四通孔Ⅱ上穿有套环，索S3、索S4、索V3底端的绳结以及索D3顶端的绳结套设在套环上；第五层节点单元处中，第三、第四、第五通孔Ⅰ上穿有套环，索D2和索V2顶端的绳结以及索D4底端的绳结套设在套环上；第六层节点单元中，第一、第二、第四通孔Ⅰ上穿有套环，两根索B2端部的绳结以及索D4顶端的绳结套设在套环上。

进一步地，六个牵引绳收放机构Ⅰ安装在底座的顶面上，分别控制六根索V1的收放；每根下连接柱上安装有两个牵引绳收放机构Ⅱ，分别控制索S1和索S2的收放；每根上连接柱上安装有两个牵引绳收放机构Ⅲ，分别控制索S3和索S4的收放；六个牵引绳收放机构Ⅳ安装在顶盖的底面上，分别控制六根索V3的收放。

进一步地，杆L3和L1上均设置有安装环，安装环上穿设有套环，牵引绳Ⅴ和牵引绳Ⅵ端部的绳结套设在套环上。

进一步地，上述机械张拉展开式气动减速器，还包括柔性防护罩，柔性防护罩固定在肋的外侧。

进一步地，上述机械张拉展开式气动减速器，还包括防热头锥，防热头锥固定在顶盖的顶面上。

进一步地，牵引绳收放机构为卷扬机。

进一步地，张拉整体处于展开态仰视视角下，每层节点单元第一个节点的位置关系为：

a11逆时针旋转θ得到节点b11，节点b11顺时针旋转β得到节点a12，节点a12顺时针旋转θ得到节点b12，节点b12顺时针旋转β得到节点a13，节点a13逆时针旋转θ得到b13；

β为相邻张拉单元的偏转角，β＝30°；

θ为内转角，每层张拉单元中同一根杆两端在张拉整体底面的投影和张拉整体底面中心点O所成的夹角为内转角。

本发明具有以下有益效果：

本发明内部以张拉整体结构为主，外部采用柔性防护罩，在收拢时可有效减少收拢体积，避免受运载火箭整流罩尺寸的限制，展开时提供更大的气动面积，提供更好的减速效果，相较传统固定式刚性气动减速器具有质量轻、可折叠封装和收拢体积小的特点，同时在展开过程中同步性高，丰富了可展开式气动减速器的类型。同时本发明中第二层张拉单元位置固定，其内部的工作空间空间较大且位置恒定，能够更好的起到运载作用，本发明的这一特点是其他同类或相似结构所不具备的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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他的附图。

图1为机械张拉展开式气动减速器内部结构的展开状态图；

图2为机械张拉展开式气动减速器内部结构的中间状态图；

图3为机械张拉展开式气动减速器内部结构的折叠状态图；

图4为机械张拉展开式气动减速器的展开状态图；

图5为机械张拉展开式气动减速器的中间状态图；

图6为机械张拉展开式气动减速器的折叠状态图；

图7为张拉整体的展开状态图；

图8为图7的仰视图；

图9为铰轴连接件的结构示意图；

图10为球铰连接件的结构示意图；

图11为第一层节点单元中铰轴连接件与杆和索的连接关系图；

图12为第二层节点单元中铰轴连接件与杆和索的连接关系图；

图13为第三层节点单元中铰轴连接件与杆和索的连接关系图；

图14为第四层节点单元中球铰连接件与杆和索的连接关系图；

图15为第五层节点单元中铰轴连接件与杆和索的连接关系图；

图16为第六层节点单元中铰轴连接件与杆和索的连接关系图；

图中：1-防热头锥；2-顶盖；3-底座；4-张拉整体；5-支撑柱；6-上连接柱；7-下连接柱；8-肋；9-柔性防护罩；10-铰轴连接件；10.1-连接座Ⅰ；10.2-铰轴耳座；10.3-铰轴；11-球铰连接件；11.1-连接座Ⅱ；11.2-直角连杆；11.3-滑块；11.4-半球盖；12-套环；13-牵引绳收放机构Ⅰ；14-牵引绳收放机构Ⅱ；15-牵引绳收放机构Ⅲ；16-牵引绳收放机构Ⅳ；17-牵引绳收放机构Ⅴ；18-牵引绳收放机构Ⅵ。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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他实施例，都属于本发明保护的范围。

本实施例提供一种机械张拉展开式气动减速器，包括防热头锥1、顶盖2、底座3、张拉整体4、支撑柱5、上连接柱6、下连接柱7、肋8、柔性防护罩9、六组牵引绳收放机构以及缠绕在牵引绳收放机构上的牵引绳。

防热头锥1固定在顶盖2的顶面上；顶盖2和底座3平行设置；多根支撑柱5围绕顶盖2和底座3的中心连线均匀布置，两端分别与顶盖2和底座3固定连接；六根上连接柱6围绕顶盖2的中心均匀布置，顶端与顶盖2的底面固定连接；六根下连接柱7围绕底座3的中心均匀布置，底端与底座3的顶面固定连接；六根肋8围绕顶盖2和底座3的中心连线均匀布置，顶端与顶盖2转动连接，内侧设置有滑槽；柔性防护罩9固定在肋8的外侧。

张拉整体4设置在顶盖2和底座3之间，张拉整体4包括多条索、多根杆和多个连接件。

连接件由下到上分为六组，构成六层与底座3和顶盖2平行的节点单元，每层节点单元中有六个连接件作为六个节点绕顶盖2和底座3的中心连线均匀设置构成正六边形，六层节点单元由下到上依次为第一层节点单元、第二层节点单元、第三层节点单元、第四层节点单元、第五层节点单元和第六层节点单元，第一层节点单元的连接件布置在底座3的顶面上，第二层节点单元的连接件布置在下连接柱7的顶端，第三层节点单元的连接件悬空布置，第四层节点单元的连接件布置在肋8的滑槽上，第五层节点单元的连接件布置在上连接柱6的底端，第六层节点单元的连接件布置在顶盖2的底面上。

如图7和图8所示，每层节点单元中的六个节点按照顺时针方向命名，第一层节点单元中的六个节点依次为a11、a21、a31、a41、a51、a61，第二层节点单元中的六个节点依次为a12、a22、a32、a42、a52、a62，第三层节点单元中的六个节点依次为b11、b21、b31、b41、b51、b61，第四层节点单元中的六个节点依次为a13、a23、a33、a43、a53、a63，第五层节点单元中的六个节点依次b12、b22、b32、b42、b52、b62，第六层节点单元中的六个节点依次为b13、b23、b33、b43、b53、b63。

如图8所示，张拉整体4处于展开态仰视视角下，每层节点单元第一个节点的位置关系为：a11逆时针旋转θ得到节点b11，节点b11顺时针旋转β得到节点a12，节点a12顺时针旋转θ得到节点b12，节点b12顺时针旋转β得到节点a13，节点a13逆时针旋转θ得到b13；β为相邻张拉单元的偏转角，β＝30°；θ为内转角，每层张拉单元中同一根杆两端在张拉整体底面的投影和张拉整体底面中心点O所成的夹角为内转角。如图8中，∠a11Ob11中a11和b11为第一层张拉单元中同一根杆的两端，∠a12Ob12中a12和b12为第二层张拉单元中同一根杆的两端，∠a13Ob13中a13和b13为第三张拉单元中同一根杆的两端。

第一层节点单元和第三层节点单元的连接件以及与连接件相连的杆和索构成第一层张拉单元，连接a11和b11的杆、连接a21和b21的杆、连接a31和b31的杆、连接a41和b41的杆、连接a51和b51的杆以及连接a61和b61的杆为L1，连接a11和b21的索、连接a21和b31的索、连接a31和b41的索、连接a41和b51的索、连接a51和b61的索以及连接a61和b11索为V1，连接a11和a21的索、连接a21和a31的索、连接a31和a41的索、连接a41和a51的索、连接a51和a61的索以及连接a61和a11的索为B1。

第二层节点单元和第五层节点单元的连接件以及与连接件相连的杆和索构成第二层张拉单元，连接a12和b12的杆、连接a22和b22的杆、连接a32和b32的杆、连接a42和b42的杆、连接a52和b52的杆以及连接a62和b62的杆为L2，连接a12和b62的索、连接a22和b12的索、连接a32和b22的索、连接a42和b32的索、连接a52和b42的索以及连接a62和b52的索为V2。

第四层节点单元和第六层节点单元的连接件以及与连接件相连的杆和索构成第三层张拉单元，连接a13和b13的杆、连接a23和b23的杆、连接a33和b33的杆、连接a43和b43的杆、连接a53和b53的杆以及连接a63和b63的杆为L3，连接a13和b23的索、连接a23和b33的索、连接a33和b43的索、连接a43和b53的索、连接a53和b63的索以及连接a63和b13的索为V3，连接b13和b23的索、连接b23和b33的索、连接b33和b43的索、连接b43和b53的索、连接b53和b63的索以及连接b63和b13的索为B2。

第一层节点单元和第二层节点单元之间通过索连接，连接a11和a12的索、连接a21和a22的索、连接a31和a32的索、连接a41和a42的索、连接a51和a52的索以及连接a61和a62的索为D1。

第三层节点单元和第五层节点单元之间通过索连接，连接b11和b62的索、连接b21和b12的索、连接b31和b22的索、连接b41和b32的索、连接b51和b42的索以及连接b61和b52的索为D2。

第二层节点单元和第三层节点单元之间通过索连接，连接a12和b11的索、连接a22和b21的索、连接a32和b31的索、连接a42和b41的索、连接a52和b51的索以及连接a62和b61的索为S1，连接a12和b21的索、连接a22和b31的索、连接a32和b41的索、连接a42和b51的索、连接a52和b61的索以及连接a62和b11的索为S2。

索D1、D2、S1和S2实现第一层张拉单元和第二层张拉单元之间的连接。

第二层节点单元和第四层节点单元之间通过索连接，连接a12和a63的索、连接a22和a13的索、连接a32和a23的索、连接a42和a33的索、连接a52和a43的索以及连接a62和a53的索为D3。

第五层节点单元和第六层节点单元之间通过索连接，连接b12和b13的索、连接b22和b23的索、连接b32和b33的索、连接b42和b43的索、连接b52和b53的索以及连接b62和b63的索为D4。

第四层节点单元和第五层节点单元之间通过索连接，连接a13和b12的索、连接a23和b22的索、连接a33和b32的索、连接a43和b42的索、连接a53和b52的索以及连接a63和b62的索为S3，连接a13和b22的索、连接a23和b32的索、连接a33和b42的索、连接a43和b52的索、连接a53和b62的索以及连接a63和b12的索为S4。

索D3、D4、S3和S4实现第二层张拉单元和第三层张拉单元之间的连接。

杆L1、L2、L3的长度相同，索B1和B2的长度相同，索V1和V3的长度相同，索D1和D4的长度相同，索D2和D3的长度相同，索S1、S2、S3和S4的长度相同。

连接件分为两种，分别为铰轴连接件10和球铰连接件11，第一层节点单元、第二层节点单元、第三层节点单元、第五层节点单元和第六层节点单元中均为铰轴连接件10，第四层节点单元中为球铰连接件11；铰轴连接件10包括连接座Ⅰ10.1、垂直固定在连接座Ⅰ10.1上的铰轴耳座10.2以及安装在铰轴耳座10.2上的铰轴10.3，本实施例中铰轴采用螺栓且配有螺母，连接座Ⅰ10.1上设置有多个通孔Ⅰ；球铰连接件11包括连接座Ⅱ11.1、直角连杆11.2、滑块11.3和半球盖11.4，直角连杆11.2的两端分别与连接座Ⅱ11.1和滑块11.3固定连接，连接座Ⅱ11.1上设置有半球槽，半球盖11.4通过螺栓安装在半球槽外，半球盖11.4的中心设置有轴孔，连接座Ⅱ11.1上设置有多个通孔Ⅱ。

第一层节点单元中，每个铰轴连接件10连接两根索B1、一根索V1、一根索D1和一根杆L1，连接座Ⅰ10.1固定在底座3的顶面上，两根索B1端部的绳结活动套设在第一、第二通孔Ⅰ上，索V1的底端穿过第三通孔Ⅰ与牵引绳Ⅰ连接，索D1底端的绳结活动套设在第四通孔Ⅰ上，杆L1底端的轴孔与铰轴10.3连接。

第二层节点单元中，每个铰轴连接件10连接一根索S1、一根索S2、一根索D1、一根索V2、一根索D3和一根杆L2，连接座Ⅰ10.1固定在下连接柱7的顶端，索S1和索S2的底端穿过第一、第二通孔Ⅰ与两根牵引绳Ⅱ连接，索D1顶端的绳结活动套设在第三通孔Ⅰ上，索V2和索D3底端的绳结活动套设在第四、第五通孔Ⅰ上，杆L2底端的轴孔与铰轴10.3连接。

第三层节点单元中，每个铰轴连接件10连接一根索S1、一根索S2、一根索V1、一根索D2和一根杆L2，索S1、索S2、索V1顶端的绳结活动套设在第一、第二、第三通孔Ⅰ上，索D2底端的绳结活动套设在第四通孔Ⅰ上，L2顶端的轴孔与铰轴10.3连接。

第四层节点单元处中，每个球铰连接件11的滑块11.3与肋8的滑槽滑动配合，连接一根索S3、一根索S4、一根索V3、一根索D3和一根杆L3，索S3、索S4、索V3底端的绳结活动套设在第一、第二、第三通孔Ⅱ上，索D3顶端的绳结活动套设在第四通孔Ⅱ上，杆L3的底端为球状，转动安装在半球槽和半球盖11.4围合成的球形空间内。

第五层节点单元中，每个铰轴连接件10连接一根索S3、一根索S4、一根索D2、一根索V2、一根索D4和一根杆L2，连接座Ⅰ10.1固定在上连接柱6的底端，索S3和索S4的顶端穿过第一、第二通孔Ⅰ与两根牵引绳Ⅲ连接，索D2和索V2顶端的绳结活动套设在第三、第四通孔Ⅰ上，索D4底端的绳结活动套设在第五通孔Ⅰ上，杆L2顶端的轴孔与铰轴10.3连接。

第六层节点单元中，每个铰轴连接件10连接两根索B2、一根索V3、一根索D4和一根杆L3，连接座Ⅰ10.1固定在顶盖2的底面上，两根索B2端部的绳结活动套设在第一、第二通孔Ⅰ上，索V3的顶端穿过第三通孔Ⅰ与牵引绳Ⅳ连接，索D4顶端的绳结活动套设在第四通孔Ⅰ上，杆L3顶端的轴孔与铰轴10.3连接。

牵引绳收放机构Ⅴ17和牵引绳收放机构Ⅵ18分别安装在底座3和顶盖2的中心位置，六根牵引绳Ⅴ分别与六根杆L1连接，六根牵引绳Ⅵ分别与六根杆L3连接。

进一步地，第一层节点单元中，第一、第二、第三通孔Ⅰ上穿有套环12，两根索B1端部的绳结以及索D1底端的绳结套设在套环12上；第二层节点单元中，第三、第四、第五通孔Ⅰ上穿有套环12，索D1顶端的绳结以及索V2和索D3底端的绳结套设在套环12上；第三层节点单元中，第一、第二、第三、第四通孔Ⅰ上穿有套环12，索S1、索S2、索V1顶端的绳结以及索D2底端的绳结套设在套环12上；第四层节点单元处中，第一、第二、第三、第四通孔Ⅱ上穿有套环12，索S3、索S4、索V3底端的绳结以及索D3顶端的绳结套设在套环12上；第五层节点单元处中，第三、第四、第五通孔Ⅰ上穿有套环12，索D2和索V2顶端的绳结以及索D4底端的绳结套设在套环12上；第六层节点单元中，第一、第二、第四通孔Ⅰ上穿有套环12，两根索B2端部的绳结以及索D4顶端的绳结套设在套环12上。

进一步地，六个牵引绳收放机构Ⅰ13安装在底座3的顶面上，分别控制六根索V1的收放；每根下连接柱7上安装有两个牵引绳收放机构Ⅱ14，分别控制索S1和索S2的收放；每根上连接柱6上安装有两个牵引绳收放机构Ⅲ15，分别控制索S3和索S4的收放；六个牵引绳收放机构Ⅳ16安装在顶盖2的底面上，分别控制六根索V3的收放。

进一步地，杆L3和L1上均设置有安装环，安装环上穿设有套环12，牵引绳Ⅴ和牵引绳Ⅵ端部的绳结套设在套环12上。

进一步地，牵引绳收放机构为卷扬机。

本实施例中，支撑柱5连接底座3和顶盖2，固定张拉整体4第一层节点单元和第六层节点单元位置以及整个机械张拉展开式气动减速器内部结构的外部框架；下连接柱7连接底座3和张拉整体4中第二层节点单元的连接件连接，上连接柱6连接顶盖2和张拉整体5中第五层节点单元的连接件连接，固定了第二层节点单元和第五层节点单元位置；肋8与张拉整体4中第四层节点单元处的连接件连接，同时与顶盖2连接；防热头锥1与顶盖2连接，由传统的刚性硬质防热材料构成，主要起热防护的作用，再入过程中同时具备可抛、分离的功能。柔性防护罩9与肋8连接，是一种具备收纳和展开能力的柔性防热材料，随肋8展开后与刚性防热头锥形成球锥形气动外形，起到减速与防热作用。

如图1-3所示，机械张拉展开式气动减速器内部结构在从折叠态到中间态再到展开态的过程中，通过牵引绳收放机构Ⅴ17和牵引绳收放机构Ⅵ18使牵引绳Ⅴ和牵引绳Ⅵ收缩，带动张拉整体4中L1杆和L3杆分别与底座3和底盖2的夹角变小，L3杆底端向上运动，带动与之相连的肋8运动，实现机械张拉展开式气动减速器内部结构的展开。在整个展开过程中，第一层节点单元、第二层节点单元、第五层节点单元和第六层节点单元位置不变，两端均位于这四层节点的杆和索，其长度和位置均保持不变，仅第三层节点单元和第四层节点单元位置发生改变，相应的带动与这两层连接件相连的杆和索的长度和位置发生改变。

由上述可知杆和索共有96根，分为3组杆和13组索，每组均有六根。

三组杆长度均不变，根据连接方式可将杆分为两类，第一类为杆L1和杆L2，两组杆均只与张拉整体4内部有连接，其中杆L2位置保持不变，杆L1的底端与底座3连接，顶端自由运动，只需要保证杆沿一个方向运动，采用铰轴连接件10；第二类为杆L3，顶端与顶盖连接，底端与肋8连接，为保证肋8的径向运动，杆L3需要向各个方向移动，采用球铰连接件11。

根据连接方式将索为三类，第一类为索B1、索B2、索D1、索D4和索V2，这5组索的两端均位于保持不变的第四层节点单元，因此在整个展开过程中位置和索长均不改变，剩下8组索的位置和索长均会发生相应改变，第一类索的两端采用绳结和套环12与连接件实现连接，并使索张紧；第二类为索V1、索V3、索S1、索S2、索S3和索S4，这6组索在整个展开过程中位置随两端节点位置的改变而改变，索长缩短，到完全展开时索会处于松弛状态，为保证索在完全展开时处于张紧状态，使张拉整体4达到自平衡，需外加牵引绳来控制索的长度，使索达到张紧状态，六组索则需要六组牵引绳收放机构来实现，一组牵引绳收放机构Ⅰ13位于底座3上，控制索V1，两组牵引绳收放机构Ⅱ14设置在下连接柱7上，分别控制索S1和索S2，两组牵引绳收放机构Ⅲ15设置在上连接柱6上，分别控制索S3和索S4；一组牵引绳收放机构Ⅳ16位于顶盖2上，控制索V3；第三类为索D2和索D3，这两组索在整个展开过程中位置随两端节点位置的改变而改变，索长伸长，虽然位置发生改变，连接索两端节点的距离变大，但未完全展开时可使索保持松弛状态，在完全展开时保持张紧，实现张拉整体5自平衡，因此两端采用采用绳结和套环12与连接件实现连接。

到达展开态时张拉整体4中所有索都保持张紧状态，所有杆均受压力，所有索均受拉力，整个张拉整体4处于自平衡状态，六根肋8达到完全展开，实现机械张拉展开式气动减速器内部结构的完全展开。

结合图4-6，柔性防护罩9附着在肋8上，在机械张拉展开式气动减速器由展开到折叠状态中，柔性防护罩9是向外折出，结合图1-3可知，由展开到折叠过程中，第三层节点单元和第四层节点单元所在层圆周半径相同，若柔性防护罩9向内折叠会出现与张拉整体4结构干涉的情况，故柔性防护罩9的折叠方式应如图4-6所示。

本发明驱动过程如下：通过牵引绳收放机构Ⅴ17和牵引绳收放机构Ⅵ18控制牵引绳Ⅴ和牵引绳Ⅵ的伸缩，从而带动张拉整体中L1杆和L3杆的运动，两组杆带动整个张拉整体4实现展开运动，该过程中杆的长度保持不变；第一类索在整个展开过程中索长保持不变；第二类索在整个展开过程中索长缩短，在完全展开时，通过对应牵引绳收放机构将索缩短，达到张紧的状态；第三类索在展开过程中保持松弛的状态，完全展开时保持张紧。张拉整体4展开带动肋8的运动，肋8带动附着在上面的柔性防护罩9实现机械张拉展开式气动减速器的展开。整个展开过程中，牵引绳收放机构可控制展开的速度，牵引绳收放机构Ⅴ17和牵引绳收放机构Ⅵ18可充分保证展开的同步性，其次，第二层张拉单元的位置恒定，不会随着张拉整体4的折展发生改变，将第二层张拉单元中间部分作为工作空间，有位置恒定，工作空间大的优点。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种机械张拉展开式气动减速器，其特征在于，包括顶盖、底座、张拉整体、支撑柱、上连接柱、下连接柱、肋、六组牵引绳收放机构以及缠绕在牵引绳收放机构上的牵引绳；

所述顶盖和底座平行设置；

多根支撑柱围绕顶盖和底座的中心连线均匀布置，两端分别与顶盖和底座固定连接；

六根上连接柱围绕顶盖的中心均匀布置，顶端与顶盖的底面固定连接；

六根下连接柱围绕底座的中心均匀布置，底端与底座的顶面固定连接；

六根肋围绕顶盖和底座的中心连线均匀布置，顶端与顶盖转动连接，内侧设置有滑槽；

所述张拉整体设置在顶盖和底座之间，包括多条索、多根杆和多个连接件；

连接件由下到上分为六组，构成六层与底座和顶盖平行的节点单元，每层节点单元中有六个连接件作为六个节点绕顶盖和底座的中心连线均匀设置构成正六边形，六层节点单元由下到上依次为第一层节点单元、第二层节点单元、第三层节点单元、第四层节点单元、第五层节点单元和第六层节点单元，第一层节点单元的连接件布置在底座的顶面上，第二层节点单元的连接件布置在下连接柱的顶端，第三层节点单元的连接件悬空布置，第四层节点单元的连接件布置在肋的滑槽上，第五层节点单元的连接件布置在上连接柱的底端，第六层节点单元的连接件布置在顶盖的底面上；

每层节点单元中的六个节点按照顺时针方向命名，第一层节点单元中的六个节点依次为a11、a21、a31、a41、a51、a61，第二层节点单元中的六个节点依次为a12、a22、a32、a42、a52、a62，第三层节点单元中的六个节点依次为b11、b21、b31、b41、b51、b61，第四层节点单元中的六个节点依次为a13、a23、a33、a43、a53、a63，第五层节点单元中的六个节点依次b12、b22、b32、b42、b52、b62，第六层节点单元中的六个节点依次为b13、b23、b33、b43、b53、b63；

第一层节点单元和第三层节点单元的连接件以及与连接件相连的杆和索构成第一层张拉单元，连接a11和b11的杆、连接a21和b21的杆、连接a31和b31的杆、连接a41和b41的杆、连接a51和b51的杆以及连接a61和b61的杆为L1，连接a11和b21的索、连接a21和b31的索、连接a31和b41的索、连接a41和b51的索、连接a51和b61的索以及连接a61和b11索为V1，连接a11和a21的索、连接a21和a31的索、连接a31和a41的索、连接a41和a51的索、连接a51和a61的索以及连接a61和a11的索为B1；

第二层节点单元和第五层节点单元的连接件以及与连接件相连的杆和索构成第二层张拉单元，连接a12和b12的杆、连接a22和b22的杆、连接a32和b32的杆、连接a42和b42的杆、连接a52和b52的杆以及连接a62和b62的杆为L2，连接a12和b62的索、连接a22和b12的索、连接a32和b22的索、连接a42和b32的索、连接a52和b42的索以及连接a62和b52的索为V2；

第四层节点单元和第六层节点单元的连接件以及与连接件相连的杆和索构成第三层张拉单元，连接a13和b13的杆、连接a23和b23的杆、连接a33和b33的杆、连接a43和b43的杆、连接a53和b53的杆以及连接a63和b63的杆为L3，连接a13和b23的索、连接a23和b33的索、连接a33和b43的索、连接a43和b53的索、连接a53和b63的索以及连接a63和b13的索为V3，连接b13和b23的索、连接b23和b33的索、连接b33和b43的索、连接b43和b53的索、连接b53和b63的索以及连接b63和b13的索为B2；

第一层节点单元和第二层节点单元之间通过索连接，连接a11和a12的索、连接a21和a22的索、连接a31和a32的索、连接a41和a42的索、连接a51和a52的索以及连接a61和a62的索为D1；

第三层节点单元和第五层节点单元之间通过索连接，连接b11和b62的索、连接b21和b12的索、连接b31和b22的索、连接b41和b32的索、连接b51和b42的索以及连接b61和b52的索为D2；

第二层节点单元和第三层节点单元之间通过索连接，连接a12和b11的索、连接a22和b21的索、连接a32和b31的索、连接a42和b41的索、连接a52和b51的索以及连接a62和b61的索为S1，连接a12和b21的索、连接a22和b31的索、连接a32和b41的索、连接a42和b51的索、连接a52和b61的索以及连接a62和b11的索为S2；

索D1、D2、S1和S2实现第一层张拉单元和第二层张拉单元之间的连接；

第二层节点单元和第四层节点单元之间通过索连接，连接a12和a63的索、连接a22和a13的索、连接a32和a23的索、连接a42和a33的索、连接a52和a43的索以及连接a62和a53的索为D3；

第五层节点单元和第六层节点单元之间通过索连接，连接b12和b13的索、连接b22和b23的索、连接b32和b33的索、连接b42和b43的索、连接b52和b53的索以及连接b62和b63的索为D4；

第四层节点单元和第五层节点单元之间通过索连接，连接a13和b12的索、连接a23和b22的索、连接a33和b32的索、连接a43和b42的索、连接a53和b52的索以及连接a63和b62的索为S3，连接a13和b22的索、连接a23和b32的索、连接a33和b42的索、连接a43和b52的索、连接a53和b62的索以及连接a63和b12的索为S4；

索D3、D4、S3和S4实现第二层张拉单元和第三层张拉单元之间的连接；

杆L1、L2、L3的长度相同，索B1和B2的长度相同，索V1和V3的长度相同，索D1和D4的长度相同，索D2和D3的长度相同，索S1、S2、S3和S4的长度相同；

所述连接件分为两种，分别为铰轴连接件和球铰连接件，第一层节点单元、第二层节点单元、第三层节点单元、第五层节点单元和第六层节点单元中均为铰轴连接件，第四层节点单元中为球铰连接件；

所述铰轴连接件包括连接座Ⅰ、垂直固定在连接座Ⅰ上的铰轴耳座以及安装在铰轴耳座上的铰轴，连接座Ⅰ上设置有多个通孔Ⅰ；

所述球铰连接件包括连接座Ⅱ、直角连杆、滑块和半球盖，直角连杆的两端分别与连接座Ⅱ和滑块固定连接，连接座Ⅱ上设置有半球槽，半球盖安装在半球槽外，半球盖的中心设置有轴孔，连接座Ⅱ上设置有多个通孔Ⅱ；

第一层节点单元中，每个铰轴连接件连接两根索B1、一根索V1、一根索D1和一根杆L1，连接座Ⅰ固定在底座的顶面上，两根索B1端部的绳结活动套设在第一、第二通孔Ⅰ上，索V1的底端穿过第三通孔Ⅰ与牵引绳Ⅰ连接，索D1底端的绳结活动套设在第四通孔Ⅰ上，杆L1底端的轴孔与铰轴连接；

第二层节点单元中，每个铰轴连接件连接一根索S1、一根索S2、一根索D1、一根索V2、一根索D3和一根杆L2，连接座Ⅰ固定在下连接柱的顶端，索S1和索S2的底端穿过第一、第二通孔Ⅰ与两根牵引绳Ⅱ连接，索D1顶端的绳结活动套设在第三通孔Ⅰ上，索V2和索D3底端的绳结活动套设在第四、第五通孔Ⅰ上，杆L2底端的轴孔与铰轴连接；

第三层节点单元中，每个铰轴连接件连接一根索S1、一根索S2、一根索V1、一根索D2和一根杆L2，索S1、索S2、索V1顶端的绳结活动套设在第一、第二、第三通孔Ⅰ上，索D2底端的绳结活动套设在第四通孔Ⅰ上，L2顶端的轴孔与铰轴连接；

第四层节点单元处中，每个球铰连接件的滑块与肋的滑槽滑动配合，连接一根索S3、一根索S4、一根索V3、一根索D3和一根杆L3，索S3、索S4、索V3底端的绳结活动套设在第一、第二、第三通孔Ⅱ上，索D3顶端的绳结活动套设在第四通孔Ⅱ上，杆L3的底端为球状，转动安装在半球槽和半球盖围合成的球形空间内；

第五层节点单元中，每个铰轴连接件连接一根索S3、一根索S4、一根索D2、一根索V2、一根索D4和一根杆L2，连接座Ⅰ固定在上连接柱的底端，索S3和索S4的顶端穿过第一、第二通孔Ⅰ与两根牵引绳Ⅲ连接，索D2和索V2顶端的绳结活动套设在第三、第四通孔Ⅰ上，索D4底端的绳结活动套设在第五通孔Ⅰ上，杆L2顶端的轴孔与铰轴连接；

第六层节点单元中，每个铰轴连接件连接两根索B2、一根索V3、一根索D4和一根杆L3，连接座Ⅰ固定在顶盖的底面上，两根索B2端部的绳结活动套设在第一、第二通孔Ⅰ上，索V3的顶端穿过第三通孔Ⅰ与牵引绳Ⅳ连接，索D4顶端的绳结活动套设在第四通孔Ⅰ上，杆L3顶端的轴孔与铰轴连接；

牵引绳收放机构Ⅴ和牵引绳收放机构Ⅵ分别安装在底座和顶盖的中心位置，六根牵引绳Ⅴ分别与六根杆L1连接，六根牵引绳Ⅵ分别与六根杆L3连接。

2.根据权利要求1所述的机械张拉展开式气动减速器，其特征在于，第一层节点单元中，第一、第二、第三通孔Ⅰ上穿有套环，两根索B1端部的绳结以及索D1底端的绳结套设在套环上；

第二层节点单元中，第三、第四、第五通孔Ⅰ上穿有套环，索D1顶端的绳结以及索V2和索D3底端的绳结套设在套环上；

第三层节点单元中，第一、第二、第三、第四通孔Ⅰ上穿有套环，索S1、索S2、索V1顶端的绳结以及索D2底端的绳结套设在套环上；

第四层节点单元处中，第一、第二、第三、第四通孔Ⅱ上穿有套环，索S3、索S4、索V3底端的绳结以及索D3顶端的绳结套设在套环上；

第五层节点单元处中，第三、第四、第五通孔Ⅰ上穿有套环，索D2和索V2顶端的绳结以及索D4底端的绳结套设在套环上；

第六层节点单元中，第一、第二、第四通孔Ⅰ上穿有套环，两根索B2端部的绳结以及索D4顶端的绳结套设在套环上。

3.根据权利要求2所述的机械张拉展开式气动减速器，其特征在于，六个牵引绳收放机构Ⅰ安装在底座的顶面上，分别控制六根索V1的收放；

每根下连接柱上安装有两个牵引绳收放机构Ⅱ，分别控制索S1和索S2的收放；

每根上连接柱上安装有两个牵引绳收放机构Ⅲ，分别控制索S3和索S4的收放；

六个牵引绳收放机构Ⅳ安装在顶盖的底面上，分别控制六根索V3的收放。

4.根据权利要求1-3任一项所述的机械张拉展开式气动减速器，其特征在于，杆L3和L1上均设置有安装环，安装环上穿设有套环，牵引绳Ⅴ和牵引绳Ⅵ端部的绳结套设在套环上。

5.根据权利要求4所述的机械张拉展开式气动减速器，其特征在于，还包括柔性防护罩，柔性防护罩固定在肋的外侧。

6.根据权利要求5所述的机械张拉展开式气动减速器，其特征在于，还包括防热头锥，防热头锥固定在顶盖的顶面上。

7.根据权利要求6所述的机械张拉展开式气动减速器，其特征在于，牵引绳收放机构为卷扬机。

8.根据权利要求1所述的机械张拉展开式气动减速器，其特征在于，张拉整体处于展开态仰视视角下，每层节点单元第一个节点的位置关系为：

a11逆时针旋转θ得到节点b11，节点b11顺时针旋转β得到节点a12，节点a12顺时针旋转θ得到节点b12，节点b12顺时针旋转β得到节点a13，节点a13逆时针旋转θ得到b13；

β为相邻张拉单元的偏转角；

θ为内转角。

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