CN116696181A - 一种辅助扭簧展开的形状记忆缓释铰链 - Google Patents

Abstract

本发明涉及航空航天技术领域，特别涉及一种辅助扭簧展开的形状记忆缓释铰链。本发明实施例提供了一种辅助扭簧展开的形状记忆缓释铰链，包括合页板、扭簧和形状记忆材料制成的缓释变形层；扭簧设置在合页板上，扭簧用于提供弹力以打开合页板，缓释变形层设置在合页板上，缓释变形层包括第一形状和第二形状，第一形状纵截面为直线形，匹配打开状态的合页板，第二形状纵截面为U形，匹配收拢状态的合页板；通过缓释变形层和扭簧的配合来实现减缓合页板打开速度和精确展开合页板的效果。本发明实施例提供了一种辅助扭簧展开的形状记忆缓释铰链，能够提供一种结构简单、轻量化、可靠的辅助扭簧释放机构，以减缓扭簧的展开速度，降低机械冲击和振动。

Description

一种辅助扭簧展开的形状记忆缓释铰链

技术领域

本发明涉及航空航天技术领域，特别涉及一种辅助扭簧展开的形状记忆缓释铰链。

背景技术

空间可展开结构在卫星、探测器等航天器中得到广泛应用，它们通常由多个部件组成，需要在轨道上展开。扭簧是空间可展开结构中常用的展开机构，其具有简单、可靠、易于制造等优点。然而，扭簧的展开速度较快，容易造成机械冲击和振动，对航天器结构和设备造成损害。

相关技术中，可以利用阻尼器、减速器等机械结构实现缓释控制，还可以利用热学、电学、磁学等效应实现缓释控制。但是，上述方法或结构均具有结构复杂、体积大、重量大等缺点，不适用于空间器等重量和体积有限的设备。

因此，针对上述问题，急需一种结构简单、轻量化、可靠的辅助扭簧释放机构，以减缓扭簧的展开速度，降低机械冲击和振动。

发明内容

本发明实施例提供了一种辅助扭簧展开的形状记忆缓释铰链，能够提供一种结构简单、轻量化、可靠的辅助扭簧释放机构，以减缓扭簧的展开速度，降低机械冲击和振动。

第一方面，本发明实施例提供了一种辅助扭簧展开的形状记忆缓释铰链，包括合页板、扭簧和形状记忆材料制成的缓释变形层；

所述扭簧设置在所述合页板上，所述扭簧用于提供弹力以打开所述合页板，所述缓释变形层设置在所述合页板上，所述缓释变形层包括第一形状和第二形状，所述第一形状纵截面为直线形，匹配打开状态的所述合页板，所述第二形状纵截面为U形，匹配收拢状态的所述合页板；

通过所述缓释变形层和所述扭簧的配合来实现减缓所述合页板打开速度和精确展开所述合页板的效果。

在一种可能的设计中，所述第二形状包括两个用于固定的固定翼和一个用于变形的曲面中心，所述曲面中心的纵截面为圆弧。

在一种可能的设计中，所述缓释变形层包括变形部位，所述变形部位为所述第一形状变为所述第二形状的过程中形状发生变化的部位，所述变形部位远离所述合页板的面设置有加热膜，所述加热膜用于提供热量以驱动所述缓释变形层变形。

在一种可能的设计中，所述缓释变形层和所述合页板之间设置有用于隔热的隔热层，防止温度传至所述合页板。

在一种可能的设计中，所述加热膜与电源连接，所述电源通过改变电压控制所述加热膜的温度，进而控制所述缓释变形层的变形速度。

在一种可能的设计中，所述缓释变形层的制备材料包括形状记忆复合材料，所述形状记忆复合材料包括形状记忆聚合物和增强体。

在一种可能的设计中，所述形状记忆聚合物包括形状记忆环氧树脂、形状记忆氰酸酯和形状记忆苯乙烯中的至少一种。

在一种可能的设计中，所述增强体包括碳纤维、碳纳米管、石墨烯、玻璃纤维、凯夫拉纤维及芳纶纤维中的至少一种。

在一种可能的设计中，所述加热膜上设置有热敏电阻，所述热敏电阻用于监测所述加热膜的表面温度。

第二方面，本发明实施例还提供了一种缓释铰链的方法，基于上述中任一形状记忆缓释铰链，所述缓释铰链的方法包括：

通过所述缓释变形层和所述扭簧的配合来实现减缓所述合页板打开速度和精确展开所述合页板的效果。

本发明与现有技术相比至少具有如下有益效果：

在本实施例中，通过缓释变形层来实现铰链的缓释功能，缓释变形层结构简单，质量轻，缓释功能稳定。具体地，缓释变形层设置在合页板上，缓释变形层具有匹配合页板打开状态的第一形状和匹配合页板收拢状态的第二形状。当需要打开铰链时，合页板在扭簧的控制下具有一个打开的趋势，但此时由于缓释变形层为第二形状，阻止了合页板的打开趋势，防止了合页板在扭簧的作用下快速打开所带来的机械冲击和振动。此时控制缓释变形层开始缓慢变形，合页板在缓释变形层的变形力和扭簧的弹力的作用下缓慢打开。缓释变形层由第二形状变为第一形状的过程，即为合页板缓释打开的过程，通过控制缓释变形层变形的速度可以控制合页板的释放速度。

本发明提供的技术可以实现收拢状态空间可展开天线锁定-展开过程缓慢释放，有益于防止空间可展开天线展开速度过快，提高空间可展开结构的控制精度。相比于传统的扭簧释放机构，本发明的形状记忆缓释铰链具有低冲击、展开可控且速度缓慢等特点。它可以应用于空间可展开天线等空间可展开结构的释放和展开控制，且成本低、结构简单、轻量化、可靠，非常适合重量和体积有限的设备，易于实施和推广应用，具有较高的实用价值。因此，本发明有望在航天器和其他领域得到广泛应用，并具有显著的经济和社会效益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种辅助扭簧展开的形状记忆缓释铰链的收拢状态结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种辅助扭簧展开的形状记忆缓释铰链的展开状态结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种缓释变形层的第一形状的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的一种缓释变形层的第二形状的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的一种收拢状态的扭簧和合页板的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的一种展开状态的扭簧和合页板的结构示意图。

图中：

1-缓释变形层；

2-扭簧；

3-合页板；

4-隔热层；

5-加热膜；

6-热敏电阻。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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的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。

在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“第一”、“第二”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；除非另有规定或说明，术语“多个”是指两个或两个以上；术语“连接”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，或电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本说明书的描述中，需要理解的是，本发明实施例所描述的“上”、“下”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本发明实施例的限定。此外，在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件连接在另一个元件“上”或者“下”时，其不仅能够直接连接在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接连接在另一个元件“上”或者“下”。

如图1至6所示，本发明实施例提供了一种辅助扭簧2展开的形状记忆缓释铰链，包括合页板3、扭簧2和形状记忆材料制成的缓释变形层1；

扭簧2设置在合页板3上，扭簧2用于提供弹力以打开合页板3，缓释变形层1设置在合页板3上，缓释变形层1包括第一形状和第二形状，第一形状纵截面为直线形，匹配打开状态的合页板3，第二形状纵截面为U形，匹配收拢状态的合页板3；

通过缓释变形层1和扭簧2的配合来实现减缓所述合页板3打开速度和精确展开所述合页板3的效果。

在本实施例中，通过缓释变形层1来实现铰链的缓释功能，缓释变形层1结构简单，质量轻，缓释功能稳定。具体地，缓释变形层1设置在合页板3上，缓释变形层1具有匹配合页板3打开状态的第一形状和匹配合页板3收拢状态的第二形状。当需要打开铰链时，合页板3在扭簧2的控制下具有一个打开的趋势，但此时由于缓释变形层1为第二形状，阻止了合页板3的打开趋势，防止了合页板3在扭簧2的作用下快速打开所带来的机械冲击和振动。此时控制缓释变形层1开始缓慢变形，合页板3在缓释变形层1的变形力和扭簧2的弹力的作用下缓慢打开。缓释变形层1由第二形状变为第一形状的过程，即为合页板3缓释打开的过程，通过控制缓释变形层1变形的速度可以控制合页板3的释放速度。

本发明提供的技术可以实现收拢状态空间可展开天线锁定-展开过程缓慢释放，有益于防止空间可展开天线展开速度过快，提高空间可展开结构的控制精度。相比于传统的扭簧2释放机构，本发明的形状记忆缓释铰链具有低冲击、展开可控且速度缓慢等特点。它可以应用于空间可展开天线等空间可展开结构的释放和展开控制，且成本低、结构简单、轻量化、可靠，非常适合重量和体积有限的设备，易于实施和推广应用，具有较高的实用价值。因此，本发明有望在航天器和其他领域得到广泛应用，并具有显著的经济和社会效益。

需要说明的是，缓释变形层1在缓慢变形的过程中不仅提供阻尼效果，还提供了驱动力。缓释变形层1缓慢变形既能实现缓慢展开合页板3的效果，还能提供展开合页板3的驱动力。但是，若铰链不设置扭簧，或是铰链全部由形状记忆材料制备，会出现展开驱动力不足的情况，或者是展开的过程中铰链会发生变形，展开的精度下降。因此，本申请提供了一种通过缓释变形层1和扭簧2配合的方案，如此设置，既能实现缓释效果，又可以避免展开驱动力不足，展开精度下降的问题。

需要说明的是，可以设置多个扭簧2来调节释放合页板3的弹力。

在本发明的一些实施例中，第二形状包括两个用于固定的固定翼和一个用于变形的曲面中心，曲面中心的纵截面为圆弧。

在本实施例中，可以将曲面中心的纵截面设计为圆弧状，如此设置，可以提高缓释变形层1的阻力矩和驱动力矩。

在本发明的一些实施例中，缓释变形层1包括变形部位，变形部位为第一形状变为第二形状的过程中形状发生变化的部位，变形部位远离合页板3的面设置有加热膜5，加热膜5用于提供热量以驱动缓释变形层1变形。

在本实施例中，缓释变形层1的热量可以通过加热膜5提供，加热膜5厚度薄，不占用太大空间，加热效率高。在变形部位设置加热膜5能够为缓释变形层1精准地提供热量，具有节省能源提升加热效率和节省加热膜5材料的有益效果。

在本发明的一些实施例中，缓释变形层1和合页板3之间设置有用于隔热的隔热层4，防止温度传至合页板3。

在本实施例中，设置隔热层4可以防止缓释变形层1的高温传递至合页板3和扭簧2，进而影响二者的性能。

在本发明的一些实施例中，加热膜5与电源连接，电源通过改变电压控制加热膜5的温度，进而控制缓释变形层1的变形速度。

在本实施例中，通过调节电源的电压，可以调节电流大小，进而可以调节缓释变形层1的温度变化，进而可以调节缓释变形层1的变形速度，最终实现合页板3释放速度可调节的效果。

在本发明的一些实施例中，缓释变形层1的制备材料包括形状记忆复合材料，形状记忆复合材料包括形状记忆聚合物和增强体。

在本实施例中，形状记忆复合材料变形程度大，质量轻，力学性能优异，能够提供较大的变形力。

在本发明的一些实施例中，形状记忆聚合物包括形状记忆环氧树脂、形状记忆氰酸酯和形状记忆苯乙烯中的至少一种。

在本实施例中，形状记忆环氧树脂、形状记忆氰酸酯和形状记忆苯乙烯为变形能力优异的形状记忆聚合物材料。

在本发明的一些实施例中，增强体包括碳纤维、碳纳米管、石墨烯、玻璃纤维、凯夫拉纤维及芳纶纤维中的至少一种。

在本实施例中，碳纤维、碳纳米管、石墨烯、玻璃纤维、凯夫拉纤维及芳纶纤维可以增加形状记忆复合材料的刚度和强度。

在本发明的一些实施例中，加热膜5上设置有热敏电阻6，热敏电阻6用于监测加热膜5的表面温度。

在本实施例中，可以设置热敏电阻6来监测加热膜5的表面温度，进而根据加热膜5的表面温度能够更好更精准地控制调节加热膜5及缓释变形层1的温度。

本发明实施例还提供了一种缓释铰链的方法，基于上述实施例中任一形状记忆缓释铰链，缓释铰链的方法包括：

通过缓释变形层1和扭簧2的配合来实现减缓所述合页板3打开速度和精确展开所述合页板3的效果。

需要说明的是，本发明实施例提供的方法与上述实施例提供的形状记忆缓释铰链基于同一发明构思，因此，能够取得相同的有益效果，具体有益效果见上文，不在此处进行赘述。

最后应说明的是：以上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精神和范围。

Claims (10)

1.一种辅助扭簧(2)展开的形状记忆缓释铰链，其特征在于，包括合页板(3)、扭簧(2)和形状记忆材料制成的缓释变形层(1)；

所述扭簧(2)设置在所述合页板(3)上，所述扭簧(2)用于提供弹力以打开所述合页板(3)，所述缓释变形层(1)设置在所述合页板(3)上，所述缓释变形层(1)包括第一形状和第二形状，所述第一形状纵截面为直线形，匹配打开状态的所述合页板(3)，所述第二形状纵截面为U形，匹配收拢状态的所述合页板(3)；

通过所述缓释变形层(1)和所述扭簧(2)的配合来实现减缓所述合页板(3)打开速度和精确展开所述合页板(3)的效果。

2.根据权利要求1所述的形状记忆缓释铰链，其特征在于，所述第二形状包括两个用于固定的固定翼和一个用于变形的曲面中心，所述曲面中心的纵截面为圆弧。

3.根据权利要求2所述的形状记忆缓释铰链，其特征在于，所述缓释变形层(1)包括变形部位，所述变形部位为所述第一形状变为所述第二形状的过程中形状发生变化的部位，所述变形部位远离所述合页板(3)的面设置有加热膜(5)，所述加热膜(5)用于提供热量以驱动所述缓释变形层(1)变形。

4.根据权利要求3所述的形状记忆缓释铰链，其特征在于，所述缓释变形层(1)和所述合页板(3)之间设置有用于隔热的隔热层(4)，防止温度传至所述合页板(3)。

5.根据权利要求4所述的形状记忆缓释铰链，其特征在于，所述加热膜(5)与电源连接，所述电源通过改变电压控制所述加热膜(5)的温度，进而控制所述缓释变形层(1)的变形速度。

6.根据权利要求1所述的形状记忆缓释铰链，其特征在于，所述缓释变形层(1)的制备材料包括形状记忆复合材料，所述形状记忆复合材料包括形状记忆聚合物和增强体。

7.根据权利要求6所述的形状记忆缓释铰链，其特征在于，所述形状记忆聚合物包括形状记忆环氧树脂、形状记忆氰酸酯和形状记忆苯乙烯中的至少一种。

8.根据权利要求6所述的形状记忆缓释铰链，其特征在于，所述增强体包括碳纤维、碳纳米管、石墨烯、玻璃纤维、凯夫拉纤维及芳纶纤维中的至少一种。

9.根据权利要求5所述的形状记忆缓释铰链，其特征在于，所述加热膜(5)上设置有热敏电阻(6)，所述热敏电阻(6)用于监测所述加热膜(5)的表面温度。

10.一种缓释铰链的方法，其特征在于，基于权利要求1-9中任一所述的形状记忆缓释铰链，所述缓释铰链的方法包括：

通过所述缓释变形层(1)和所述扭簧(2)的配合来实现减缓所述合页板(3)打开速度和精确展开所述合页板(3)的效果。