CN117262242B - 一种应用于子母星的平面化展开立体舱门装置及工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种应用于子母星的平面化展开立体舱门装置及工作方法，属于空间产品结构与机构设计技术领域。解决了现有子母星平面舱门形式运载可用包络的利用率的问题。它包括舱门结构板、解锁器和铰链机构，所述舱门结构板包括多个结构板本体，所述多个结构板本体之间通过铰链机构相连，所述多个结构板本体的内侧边缘设置有内限位块，所述多个结构板本体的外侧边缘设置有外限位块，母星舱板的一侧设置有铰链支架和限位支架，母星舱板的另一侧设置有解锁器支架，所述限位支架上设置有内限位块，所述解锁器支架上设置有解锁器，所述舱门结构板的一侧通过铰链机构与铰链支架相连。它主要用于子母星的平面化展开立体舱门。
Description
技术领域
本发明属于空间产品结构与机构设计技术领域，特别是涉及一种应用于子母星的平面化展开立体舱门装置及工作方法。
背景技术
随着航天技术的不断发展，一箭多星已日趋频繁，子母星即为一箭多星的发射方式之一。子母星以母星为载荷平台，子星为载荷，在发射阶段和部分在轨阶段保持一颗卫星的状态。在合适的时间和轨道，子星会脱离母星完成分离，并执行相应的在轨任务。
对于侧向分离的子母星，在释放前，子星外侧往往有舱门等装置对子星进行包覆，避免子星暴露在外，以减少空间环境如在轨温度变化、辐照等对子星的影响，同时起到减少子星功耗，提高子星寿命等效果：在子星需要释放时，舱门打开，子星分离释放。
而常见的平面舱门往往存在一定的缺点，包括：平面舱门限制了内部子星的外形和尺寸；运载可用内包络为圆柱形，平面舱门设计对运载包络利用率较低。与之相比，立体舱门对运载利用率较高，对子星设计限制较小；但展开后可能与母星结构以及其他设备干涉，或遮挡设备视场，影响母星的在轨任务。除此以外，传统舱门装置结构、机构设计复杂，重量较重，不适用于体量较小的子母星使用。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种应用于子母星的平面化展开立体舱门装置及工作方法，以解决现有子母星平面舱门形式运载可用包络的利用率的问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种应用于子母星的平面化展开立体舱门装置，它包括舱门结构板、解锁器和铰链机构，所述舱门结构板包括多个结构板本体，所述多个结构板本体之间通过铰链机构相连，所述多个结构板本体的内侧边缘设置有内限位块，所述多个结构板本体的外侧边缘设置有外限位块，母星舱板的一侧设置有铰链支架和限位支架，母星舱板的另一侧设置有解锁器支架，所述限位支架上设置有内限位块，所述解锁器支架上设置有解锁器，所述舱门结构板的一侧通过铰链机构与铰链支架相连，所述舱门结构板的另一侧设置有解锁臂，所述解锁臂上设置有解锁销孔，所述舱门结构板处于闭合状态时，解锁臂插入解锁器支架，解锁器的销子插入解锁销孔，所述解锁器与控制器通讯连接，所述铰链机构包括扭簧，所述扭簧为舱门结构板的展开提供扭力。
更进一步的，所述结构板本体分为多个连接板和一个解锁板，所述连接板两侧设置有四个第一铰链安装孔，多个连接板之间通过第一铰链安装孔与铰链机构的配合相连，所述解锁板一侧设置有四个第一铰链安装孔，另一侧设置两个解锁臂，解锁板与连接板通过第一铰链安装孔与铰链机构的配合相连，所述连接板内侧设置有两个第一内限位块安装孔，所述内限位块上设置有两个第二内限位块安装孔，所述第一内限位块安装孔与第二内限位块安装孔通过标准件配合相连，所述连接板和解锁板的外侧均设置有两个第一外限位块安装孔，所述外限位块上设置两个第二外限位块安装孔，所述第一外限位块安装孔与第二外限位块安装孔通过标准件配合相连。
更进一步的，所述铰链支架上设置有两个第二铰链安装孔、两个铰链支架固定孔和铰链钮臂固定杆，所述铰链支架通过两个铰链支架固定孔及标准件的配合与母星舱板相连，所述两个第二铰链安装孔与第一铰链安装孔的配合与铰链机构相连，所述铰链钮臂固定杆设置在两个第二铰链安装孔之间。
更进一步的，所述铰链机构还包括转轴和螺母，在多个结构板本体之间，转轴穿过第一铰链安装孔和扭簧中心，转轴下方通过螺母拧紧，实现相邻结构板本体之间的连接，扭簧两端的扭转臂分别与两侧的结构板本体接触；在结构板本体与母星舱板之间，转轴穿过第一铰链安装孔、第二铰链安装孔和扭簧中心，转轴下方通过螺母拧紧，实现结构板本体与母星舱板之间的连接，扭簧两端的扭转臂分别与结构板本体和铰链钮臂固定杆接触。
更进一步的，所述限位支架上设置有第三内限位块安装孔和限位块支架固定孔，所述限位支架通过限位块支架固定孔与标准件的配合与母星舱板相连，所述内限位块通过第二内限位块安装孔、第三内限位块安装孔及标准件的配合与限位支架相连。
更进一步的，所述解锁器支架上设置有解锁器支架通孔、解锁器支架固定孔和解锁器安装孔，所述解锁器上设置有解锁器固定孔和解锁器止口，所述解锁器支架通过解锁器支架固定孔和标准件的配合与母星舱板相连，所述解锁器通过解锁器固定孔、解锁器安装孔和标准件的配合与解锁器支架相连，所述解锁器止口插入解锁器支架通孔中。
更进一步的，所述多个结构板本体的外侧包覆有热控多层隔热组件。
更进一步的，所述内限位块为三角型结构，三角型结构斜边与结构板本体相连。
更进一步的，所述外限位块为平板型结构，平板型结构一侧与结构板本体相连。
本发明还提供了一种应用于子母星的平面化展开立体舱门装置的工作方法，具体为：舱门装置闭合时，将舱门结构板向解锁器支架方向扣合，当解锁臂插入解锁器支架，解锁销孔与解锁器的销子位置重合时，控制器控制解锁器将销子插入解锁销孔，在内限位块的作用下，限制舱门结构板的闭合角度，使舱门装置闭合时形成立体固定状态；舱门装置展开时，控制器控制解锁器解锁，解锁器将销子从解锁销孔中拔出，舱门结构板在扭簧的作用下旋转，在外限位块的作用下舱门结构板旋转至180°，使舱门装置展开时为平面固定状态。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
（1）本发明所述舱门装置闭合时为立体状态，提高了运载可用包络的利用率，降低了子星设计限制与设计难度。
（2）本发明所述舱门装置展开时为平面状态，避免对母星结构或设备造成干涉或遮挡，从而降低母星设计难度。
（3）本发明所述舱门装置闭合与展开操作简单，一名操作人员即可完成，避免多人操作造成的人力浪费，同时极大地缩短工作时间，提高工作效率。
（4）本发明所述舱门装置可重复使用，降低地面试验成本。
（5）本发明所述舱门装置重量轻，机构体积小，便于在微小卫星中使用。
（6）本发明所述舱门装置各零件结构简单，加工难度小，便于推广。
（7）本发明所述舱门装置各零件相互独立，可根据卫星具体需求进行二次设计/选型，装置适应性强。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明所述的一种应用于子母星的平面化展开立体舱门装置内侧立体结构示意图；
图2为本发明所述的一种应用于子母星的平面化展开立体舱门装置外侧立体结构示意图；
图3为本发明所述的连接板结构示意图；
图4为本发明所述的解锁板结构示意图；
图5为本发明所述的内限位块结构示意图；
图6为本发明所述的外限位块结构示意图；
图7为本发明所述的铰链支架结构示意图；
图8为本发明所述的限位支架结构示意图；
图9为本发明所述的解锁器安装结构示意图；
图10为本发明所述的铰链机构安装结构示意图；
图11为本发明所述的一种应用于子母星的平面化展开立体舱门装置安装结构示意图；
图12为本发明所述的一种应用于子母星的平面化展开立体舱门装置闭合状态示意图；
图13为本发明所述的一种应用于子母星的平面化展开立体舱门装置展开状态示意图；
图14为本发明所述的一种应用于子母星的平面化展开立体舱门装置提高运载内包络利用率示意图。
图中：
1：舱门结构板，2：内限位块，3：外限位块，4：铰链支架，5：限位支架，6：解锁器支架，7：解锁器，8：铰链机构，9：热控多层隔热组件，10：母星舱板，11：整流罩，1-1：结构板本体，1-2：第一铰链安装孔，1-3：第一内限位块安装孔，1-4：第一外限位块安装孔，1-5：解锁臂，2-1：第二内限位块安装孔，3-1：第二外限位块安装孔，4-1：第二铰链安装孔，4-2：铰链支架固定孔，4-3：铰链钮臂固定杆，5-1：第三内限位块安装孔，5-2：限位块支架固定孔，6-1：解锁器支架通孔，6-2：解锁器支架固定孔，6-3：解锁器安装孔，7-1：解锁器固定孔，7-2：解锁器止口，8-1：扭簧，8-2：转轴，8-3：螺母。
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、完整地阐述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，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。
参见图1-11说明本实施方式，一种应用于子母星的平面化展开立体舱门装置，它包括舱门结构板1、解锁器7和铰链机构8，所述舱门结构板1包括多个结构板本体1-1，所述多个结构板本体1-1之间通过铰链机构8相连，所述多个结构板本体1-1的内侧边缘设置有内限位块2，所述多个结构板本体1-1的外侧边缘设置有外限位块3，母星舱板10的一侧设置有铰链支架4和限位支架5，母星舱板10的另一侧设置有解锁器支架6，所述限位支架5上设置有内限位块2，所述解锁器支架6上设置有解锁器7，所述舱门结构板1的一侧通过铰链机构8与铰链支架4相连，所述舱门结构板1的另一侧设置有解锁臂1-5，所述解锁臂1-5上设置有解锁销孔，所述舱门结构板1处于闭合状态时，解锁臂1-5插入解锁器支架6，解锁器7的销子插入解锁销孔，所述解锁器7与控制器通讯连接，所述铰链机构8包括扭簧8-1，所述扭簧8-1为舱门结构板1的展开提供扭力。
所述结构板本体1-1分为多个连接板和一个解锁板，所述连接板两侧设置有四个第一铰链安装孔1-2，多个连接板之间通过第一铰链安装孔1-2与铰链机构8的配合相连，所述解锁板一侧设置有四个第一铰链安装孔1-2，另一侧设置两个解锁臂1-5，解锁板与连接板通过第一铰链安装孔1-2与铰链机构8的配合相连，所述连接板内侧设置有两个第一内限位块安装孔1-3，所述内限位块2上设置有两个第二内限位块安装孔2-1，所述第一内限位块安装孔1-3与第二内限位块安装孔2-1通过标准件配合相连，所述连接板和解锁板的外侧均设置有两个第一外限位块安装孔1-4，所述外限位块3上设置两个第二外限位块安装孔3-1，所述第一外限位块安装孔1-4与第二外限位块安装孔3-1通过标准件配合相连。
所述铰链支架4上设置有两个第二铰链安装孔4-1、两个铰链支架固定孔4-2和铰链钮臂固定杆4-3，所述铰链支架4通过两个铰链支架固定孔4-2及标准件的配合与母星舱板10相连，所述两个第二铰链安装孔4-1与第一铰链安装孔1-2的配合与铰链机构8相连，所述铰链钮臂固定杆4-3设置在两个第二铰链安装孔4-1之间。
所述铰链机构8还包括转轴8-2和螺母8-3，在多个结构板本体1-1之间，转轴8-2穿过第一铰链安装孔1-2和扭簧8-1中心，转轴8-2下方通过螺母8-3拧紧，实现相邻结构板本体1-1之间的连接，扭簧8-1两端的扭转臂分别与两侧的结构板本体1-1接触；在结构板本体1-1与母星舱板10之间，转轴8-2穿过第一铰链安装孔1-2、第二铰链安装孔4-1和扭簧8-1中心，转轴8-2下方通过螺母8-3拧紧，实现结构板本体1-1与母星舱板10之间的连接，扭簧8-1两端的扭转臂分别与结构板本体1-1和铰链钮臂固定杆4-3接触。
所述限位支架5上设置有第三内限位块安装孔5-1和限位块支架固定孔5-2，所述限位支架5通过限位块支架固定孔5-2与标准件的配合与母星舱板10相连，所述内限位块2通过第二内限位块安装孔2-1、第三内限位块安装孔5-1及标准件的配合与限位支架5相连。
所述解锁器支架6上设置有解锁器支架通孔6-1、解锁器支架固定孔6-2和解锁器安装孔6-3，所述解锁器7上设置有解锁器固定孔7-1和解锁器止口7-2，所述解锁器支架6通过解锁器支架固定孔6-2和标准件的配合与母星舱板10相连，所述解锁器7通过解锁器固定孔7-1、解锁器安装孔6-3和标准件的配合与解锁器支架6相连，所述解锁器止口7-2插入解锁器支架通孔6-1中。
所述多个结构板本体1-1的外侧包覆有热控多层隔热组件9。所述内限位块2为三角型结构，三角型结构斜边与结构板本体1-1相连。所述外限位块3为平板型结构，平板型结构一侧与结构板本体1-1相连。
本实施例中舱门结构板1由四块结构板本体1-1连接组成，一侧的结构板本体1-1通过铰链机构8固定在铰链支架4上，铰链支架4再通过标准件固定在母星舱板10上：其余结构板本体1-1通过铰链机构8依次与前一块结构板本体1-1连接固定，从而实现舱门结构板1的连接。解锁器7通过解锁器支架6固定在母星舱板10的另一侧上。内限位块2通过标准件固定在结构板本体1-1内侧边缘，外限位块3通过标准件固定在结构板本体1-1外侧边缘。热控多层隔热组件9包覆于结构板本体1-1外侧，以实现舱门包覆舱内子星和设备的效果。
解锁器7优选记忆合金拔销器，记忆合金拔销器具有两路并联使用的桥丝，在接收脉冲信号后触发解锁。结构板本体1-1优选碳纤维复合材料加工，在保障结构强度的前提下，可减少结构重量；结构板本体1-1中间保留部分支撑结构，剩余部分镂空去除材料以达到减重的效果。结构板本体1-1外型尺寸及数量可根据具体卫星任务需求作匹配性调整。内限位块2和外限位块3角度可根据具体卫星任务需求作匹配性调整。铰链机构8的数量及扭簧8-1刚度可根据具体卫星任务中舱门展开时间要求作匹配性设计。扭簧8-1及转轴8-2表面优选涂覆二硫化钼，以减少滑动摩擦阻力，防止真空环境下冷焊。
本实施例为一种应用于子母星的平面化展开立体舱门装置的工作方法，具体如下：
如图12所示，舱门装置闭合时，将舱门结构板1向解锁器支架6方向扣合，当解锁臂1-5插入解锁器支架6，解锁销孔与解锁器7的销子位置重合时，控制器控制解锁器7将销子插入解锁销孔，完成舱门装置闭合固定。在舱门装置闭合过程中，各铰链机构8中扭簧8-1发生扭转，各临近的结构板本体1-1角度由180°逐渐减小，并在内限位块2的作用下，限制舱门结构板1的闭合角度，使舱门装置闭合时形成立体固定状态。
如图13所示，舱门装置展开时，控制器通过脉冲信号触发控制解锁器7解锁，解锁器7将销子从解锁销孔中拔出，舱门结构板1在扭簧8-1的作用下旋转，在各结构板本体1-1间角度旋转至180°时，外限位块3与相邻结构板本体1-1接触完成限位，在外限位块3的作用下舱门结构板1旋转至180°，此时舱门在铰链机构8和外限位块3的共同作用下固定，展开为平面固定状态。
如图14所示，在舱门装置处于闭合状态时形成立体固定状态，运载整流罩11内包络利用率高，可增加内侧子星的设计安装空间，降低设计难度。
以上公开的本发明实施例只是用于帮助阐述本发明。实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。
Claims (5)
1.一种应用于子母星的平面化展开立体舱门装置，其特征在于：它包括舱门结构板（1）、解锁器（7）和铰链机构（8），所述舱门结构板（1）包括多个结构板本体（1-1），所述多个结构板本体（1-1）之间通过铰链机构（8）相连，所述多个结构板本体（1-1）的内侧边缘设置有内限位块（2），所述多个结构板本体（1-1）的外侧边缘设置有外限位块（3），母星舱板（10）的一侧设置有铰链支架（4）和限位支架（5），母星舱板（10）的另一侧设置有解锁器支架（6），所述限位支架（5）上设置有内限位块（2），所述解锁器支架（6）上设置有解锁器（7），所述舱门结构板（1）的一侧通过铰链机构（8）与铰链支架（4）相连，所述舱门结构板（1）的另一侧设置有解锁臂（1-5），所述解锁臂（1-5）上设置有解锁销孔，所述舱门结构板（1）处于闭合状态时，解锁臂（1-5）插入解锁器支架（6），解锁器（7）的销子插入解锁销孔，所述解锁器（7）与控制器通讯连接，所述结构板本体（1-1）分为多个连接板和一个解锁板，所述连接板两侧设置有四个第一铰链安装孔（1-2），多个连接板之间通过第一铰链安装孔（1-2）与铰链机构（8）的配合相连，所述解锁板一侧设置有四个第一铰链安装孔（1-2），另一侧设置两个解锁臂（1-5），解锁板与连接板通过第一铰链安装孔（1-2）与铰链机构（8）的配合相连，所述连接板内侧设置有两个第一内限位块安装孔（1-3），所述内限位块（2）上设置有两个第二内限位块安装孔（2-1），所述第一内限位块安装孔（1-3）与第二内限位块安装孔（2-1）通过标准件配合相连，所述连接板和解锁板的外侧均设置有两个第一外限位块安装孔（1-4），所述外限位块（3）上设置两个第二外限位块安装孔（3-1），所述第一外限位块安装孔（1-4）与第二外限位块安装孔（3-1）通过标准件配合相连，所述铰链支架（4）上设置有两个第二铰链安装孔（4-1）、两个铰链支架固定孔（4-2）和铰链钮臂固定杆（4-3），所述铰链支架（4）通过两个铰链支架固定孔（4-2）及标准件的配合与母星舱板（10）相连，所述两个第二铰链安装孔（4-1）与第一铰链安装孔（1-2）的配合与铰链机构（8）相连，所述铰链钮臂固定杆（4-3）设置在两个第二铰链安装孔（4-1）之间，所述铰链机构（8）包括扭簧（8-1）、转轴（8-2）和螺母（8-3），在多个结构板本体（1-1）之间，转轴（8-2）穿过第一铰链安装孔（1-2）和扭簧（8-1）中心，转轴（8-2）下方通过螺母（8-3）拧紧，实现相邻结构板本体（1-1）之间的连接，扭簧（8-1）两端的扭转臂分别与两侧的结构板本体（1-1）接触；在结构板本体（1-1）与母星舱板（10）之间，转轴（8-2）穿过第一铰链安装孔（1-2）、第二铰链安装孔（4-1）和扭簧（8-1）中心，转轴（8-2）下方通过螺母（8-3）拧紧，实现结构板本体（1-1）与母星舱板（10）之间的连接，扭簧（8-1）两端的扭转臂分别与结构板本体（1-1）和铰链钮臂固定杆（4-3）接触，所述扭簧（8-1）为舱门结构板（1）的展开提供扭力，所述限位支架（5）上设置有第三内限位块安装孔（5-1）和限位块支架固定孔（5-2），所述限位支架（5）通过限位块支架固定孔（5-2）与标准件的配合与母星舱板（10）相连，所述内限位块（2）通过第二内限位块安装孔（2-1）、第三内限位块安装孔（5-1）及标准件的配合与限位支架（5）相连，所述解锁器支架（6）上设置有解锁器支架通孔（6-1）、解锁器支架固定孔（6-2）和解锁器安装孔（6-3），所述解锁器（7）上设置有解锁器固定孔（7-1）和解锁器止口（7-2），所述解锁器支架（6）通过解锁器支架固定孔（6-2）和标准件的配合与母星舱板（10）相连，所述解锁器（7）通过解锁器固定孔（7-1）、解锁器安装孔（6-3）和标准件的配合与解锁器支架（6）相连，所述解锁器止口（7-2）插入解锁器支架通孔（6-1）中。
2.根据权利要求1所述的一种应用于子母星的平面化展开立体舱门装置，其特征在于：所述多个结构板本体（1-1）的外侧包覆有热控多层隔热组件（9）。
3.根据权利要求1所述的一种应用于子母星的平面化展开立体舱门装置，其特征在于：所述内限位块（2）为三角型结构，三角型结构斜边与结构板本体（1-1）相连。
4.根据权利要求1所述的一种应用于子母星的平面化展开立体舱门装置，其特征在于：所述外限位块（3）为平板型结构，平板型结构一侧与结构板本体（1-1）相连。
5.一种如权利要求1所述应用于子母星的平面化展开立体舱门装置的工作方法，其特征在于：舱门装置闭合时，将舱门结构板（1）向解锁器支架（6）方向扣合，当解锁臂（1-5）插入解锁器支架（6），解锁销孔与解锁器（7）的销子位置重合时，控制器控制解锁器（7）将销子插入解锁销孔，在内限位块（2）的作用下，限制舱门结构板（1）的闭合角度，使舱门装置闭合时形成立体固定状态；舱门装置展开时，控制器控制解锁器（7）解锁，解锁器（7）将销子从解锁销孔中拔出，舱门结构板（1）在扭簧（8-1）的作用下旋转，在外限位块（3）的作用下舱门结构板（1）旋转至180°，使舱门装置展开时为平面固定状态。
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