DE3045421C2

DE3045421C2 - Vorrichtung zum Ausklappen der Elemente eines Ausfahrarms einer Ausrüstung für ein Raumfahrzeug

Info

Publication number: DE3045421C2
Application number: DE19803045421
Authority: DE
Inventors: Georges Marello; Jean-Claude Mandelieu Vermalle
Original assignee: Airbus Group SAS
Current assignee: Airbus Group SAS
Priority date: 1979-12-03
Filing date: 1980-12-02
Publication date: 1986-11-27
Also published as: FR2470727A1; DE3045421A1; FR2470727B1

Description

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die über eine verschwenkbare Einrichtung (4, 5, 6) an dem Raumfahrzeug (2) montierte Basis (7) die gesteuerte Verschwenkung der Ausrüstung gestattet.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Seil (18) durch Umlenkrollen (20

bis 25) geführt ist

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausrüstung ein Behälter für einen entfaltbaren Sonnengenerator ist

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet daß die Ausrüstung eine Antenne ist

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet daß die Ausrüstung ein Magnetometer ist

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet daß die Ausrüstung eine Fläche zur Kompensierung des Sonnendruckmoments ist

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausrüstung ein Partikelfühler ist

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet daß die Ausrüstung ein nuklearer Generator ist.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ausklappen der Elemente eines Ausfahrarms einer Ausrüstung für ein Raumfahrzeug.
Derartige Vorrichtungen sind aus den US-Patent-Schriften 38 17 477, 38 17 481, 39 48 468, 41 33 501 und 41 33 502 bekannt. Bei diesen Vorrichtungen sind die Ausrüstung bildende Sonnengeneratoren zusammengeklappt und werden direkt am Raumfahrzeugkörper untergebracht Hierdurch ist die Größe der transportierbaren Ausrüstung sehr eingeschränkt.

Die aus den US-PS 41 33 501 und 41 33 502 bekannten Vorrichtungen sind relativ einfach aufgebaut und bestehen im allgemeinen nur aus ein oder zwei Gelenken eines Trägerarms.

Hierbei irt nachteilig, daß sie nur einfache Bewegungsabläufe ausführen können und daß sie, u:n die Ausrüstung in einen großen Abstand vom Raumfahrzeug zu bringen, relativ lange Gelenkarme benötigen.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, die es erlaubt, Ausrüstungsgegenstände mit großem Volumen, die eng am Raumfahrzeug anliegen oder in diesem verstaut sind, durch Ausklappen der Elemente eines Ausfahrarms auf eine möglichst große Entfernung vom Raumfahrzeug zu bringen, die aber gleichzeitig im zusammengeklappten Zustand eine kompakte Einheit mit der Ausrüstung bildet, wobei die Vorrichtung unter strengen Weltraumbedingungen, wie Schwerelosigkeit und hohen Temperaturschwankungen, vollständig sicher arbeiten muß.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil angegebenen Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Durch den Aufbau der Vorrichtung aus mehreren paarweise aneinander angelenkten Elementen, von de-

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der auszuklappenden Ausrüstung verbunden ist, in Verbindung mit den weiteren kennzeichnenden Merkmalen wird in besonders vorteilhafter Weise ermöglicht, daß die Elemente sequenziell ausgeklappt werden können und die Ausrüstung auf diese Weise aus ihrer kompakten Speicherposition in eine vorbestimmbare, von dem Raumfahrzeug entfernte Stellung sicher gebracht wer-

den kann.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert; in dieser zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Ausrüstung, insbesondere eines SonnengeneratorbehäUers, in zusammengeklappter Stellung,

F i g. 2 eine perspektivische Darstellung des Ausfahrarms nach Ausklappen und Entfaltung.

F i g. 1 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung in zusammengeklappter Speichersteliung.

Der die Ausrüstung 1 bildende Behälter (teilweise dargestellt) der SonneRgeneratoren 10 ist mit dem Körper des Raumfahrzeugs 2 (teilweise dargestellt) über den ausklappbaren Arm 3 verbunden. Eine motorbetriebene Schwenkvorrichtung 4 gewährleistet nach dem Ausklappen die Drehung der gesamten Einrichtung bezüglich des Raumfahrzeugs um die Achse XX'.

Die motorbetriebene Schwenkvorrichtung 4 besitzt ein mit einem Motor versehenes Grundelement 5, das mit dem Raumfahrzeug 2 verbunden ist, und ein rotierendes Element 6, das mit der verschwenkbaren Basis 7 fest verbunden ist. Die elektrische Stromversorgung, die für die Drehung des Grundelements 5 bezüglich des rotierenden Elements 6 erforderlich ist, wird über das Kabel 8 gewährleistet.

Im anderen Teil des Arms 3 ist eine zweite ausrüstungsseitige Basis 9 mit der Einrichtung bzw. dem Behälter 1 fest verbunden.

Wie F i g. 1 zeigt, befindet sich die Einrichtung bzw. der Behälter 1 zwischen den Holmen eines Elements des Arms 3, und zwar in einer Anordnung, in der die Richtung seiner größten Abmessung etwa parallel zur Richtung der Schwenkachse XX' ist und in der maximal angenäherten Stellung, d. h. in der Stellung, in der der Abstand »a« zwischen seiner Innenfläche Γ und der gegenüberliegenden Fläche des Raumfahrzeugs 2' den kleinsten Wert hat.

In Fig.2 ist der Arm 3 ausgeklappt, wobei die Einrichtung bzw. der Behälter 1 erfindungsgemäß von dem Raumfahrzeug 2 so entfernt wurde, daß die Sonnengeneratoren 10 nun auf bekannte Weise entfaltet und in ihre Betriebsstellung gebracht werden können.

Wenn es sich um biegsame Sonnengeneratoren handelt, so befinden sich diese normalerweise im Inneren des Behälters 1. Die Art ihrer Speicherung und ihrer Entfaltung gehört nicht zur Erfindung. Die Erfindung betrifft hierbei lediglich das Ausfahren einer Ausrüstung im allgemeinen und eines Sonnengenerators im besonderen.

Im Falle eines Sonnengenerators kann eine Entfaltungseinrichtung benutzt werden, wie sie beispielsweise in der US-Patentschrift 36 90 080 beschrieben wird.

Der eigentliche Ausklapparm 3 besteht aus mehreren auseinanderklappbaren Elementen, und zwar dem ersten Element 11, das bei Vi Y'\ an der verschwenkbaren Basis 7 angelenkt ist, dem zweiten Element 12, das bei Y'i an dem ersten Element 11 angelenkt ist, dem dritten Element 13, das bei Y'z an dem zweiten Element 12 angelenkt ist, während die ausrüstungsseitige Basis 9, die mit dem Behälter 1 verbunden ist, bei Yi₁ Y\ an dem dritten Element 13 angelenkt ist.

Das zweite Element 12 besitzt eine Aussparung, so daß es zwischen seinen Holmen die Ausrüstung bzw. den Behälter 1 aufnehmen kann.

Der Ausklapparm 3 besitzt ferner mehrere Rollen 14, 15. 16 und 17. um die ein Seil 18 herumläuft, das auf die Aufrollrolle 14 aufgerollt ist, die über ein Zahnrad 36 mit einer Spann- und Regulierungsvorrichtung 19 verbunden ist Die Aufrollrolle 14 und das bezüglich Drehung mit ihr fest verbundene Zahnrad sind auf der Achse Y\ Y'\ frei drehbar. Die Rollen 15 und 16 sind auf den Achsen Y₂ Y'₂ und Y₃ Y'₃ frei drehbar. Die Rolle 17 ist mit der ausrüstungsseitigen Basis 9 verbunden.

Die Vorrichtung 19 zum Spannen und Regulieren des Seils 18, deren Arbeitsweise im nachstehenden erläutert wird, ist mit der schwenkbaren Basis 7 fest verbunden, während das Seil 18 auf der Rolle 17 befestigt ist und auf der Aufrolirolle 14 durch Aufrollen gespeichert und befestigt ist

Zur korrekten Führung des Seils während des Aus-Wappens sind Umlenkrollen 20, 21, 22, 23, 24 und 25 vorgesehen, die an den Elementen an genau bestimmten Stellen vorgsehen sind.

Der Ausfahrarm 3 besitzt an den Achsen Ki Y'\ — Yt, Y'a mehrere Antriebs- und Dämpfungsvorrichtungen zur Durchführung der Ausklappbewegung, die im anschließenden noch ausführlicher erläutert werden. Hierbei ist der Motor 26 mit dem Element 11, der Motor 27 mit dem Element 12, der Motor 28 mit dem Element 13 und der Motor 29 mit der Basis 9 verbunden. Der Ausfahrarm 3 besitzt schließlich mehrere Verriegelungs- und Entriegelungsvorrichtungen 30,31,32 und 33, deren Arbeitsweise ebenfalls im nachstehenden noch erläutert wird.

Diese Verriegelungs- und Entriegelungsvorrichtungen verbinden die Elemente in der zusammengeklappten Speichersteüung zeitweise starr miteinander. Wenn ihre pyrotechnische Entriegelung vorgesehen ist, bewirkt ein Stromversorgungskabel 34 die sequentielle Zündung dieser Vorrichtungen.

Die Regulierungsvorrichtung 19 für das Seil 18 wirkt so, daß ein konstanter Ablauf dieses Seils 18 gewährleistet wird. Diese Geschwindigkeitskontrolle kann mit bekannten Zentrifugalregulierungseinrichtungen erreicht werden. Hierbei sind Massen vorgesehen, die eine Abbremsung durch Reibung bewirken, wenn die Drehgeschwindigkeit zu groß wird.

Die Motore erzeugen positive Drehmomente beispielsweise mit Hilfe von gespannten Federn und zugeordnete Dämpfungseinrichtungen, die beispielsweise durch Zentrifugalreibung wirken, steuern die Geschwindigkeit der öffnung dieser Elemente.

Die Verriegelungsvorrichtungen können aus pyrotechnischen Bolzen bestehen, die jedes Gelenk exzentrisch durchqueren und es blockieren. Bei der Zündung dieser pyrotechnischen Bolzen werden die Gelenke nacheinander durch Abtrennung sequentiell entriegelt.

Die Ausklappung des Arms aus der oben beschriebenen Anordnung der Bauteile heraus geht auf folgende Weise vor sich:

Wenn die Ausrüstung bzw. der Behälter die Speicherstellung einnimmt (Fig. 1), in der alle Elemente verriegelt sind, ist das Seil 18 auf die Aufrollrolle 14 aufgerollt, während die Schwenkvorrichtung 4 in der blockierten Stellung ist.

Wenn auf ein von dem Stromversorgungskabel 34 übertragenes elektrisches Signal hin der erste pyrotechnische Bolzen 30 das Gelenk mit der Achse Yi Y\ freigibt, öffnet sich das erste Element 11 unter der Einwirkung des ersten Motors 26 durch Verschwenken um die Achse Κι ΚΙ bis in die Anschlagsstellung, die in dem Gelenk selbst vorgesehen ist. Die öffnung dieses ersten Elements 11 wird durch Steuerung des Ablaufens des Seils 18 durch Einwirkung der Reeulierunesvorrichtune

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19 reguliert.

Das heißt also, in der ersten Phase verschwenkt sich die gesamte Vorrichtung um die Achse Vi Y\ in Richtung des Pfeils FX.

Auf ein zweites elektrisches Signal hin gibt der zweite pyrotechnische Bolzen 31 das Gelenk K₂V₂ frei, und das zweite Element 12 öffnet sich durch Einwirkung des zweiten Motors 27, indem es um die Achse K₂ V₂ bis in die in dem Gelenk selbst vorgesehene Anschlagsstellung verschwenkt. Die öffnung des zweiten Elements 12 wird ebenfalls durch Steuerung des Ablaufens des Seils

18 unter der Einwirkung der Regulierungsvorrichtung

19 reguliert.

In dieser zweiten Phase verschwenkt sich der gesamte nichtentriegelte Teil der Vorrichtung um die Achse Y₂ V₂ in Richtung des Pfeils F 2.

Auf ein drittes elektrisches Signal hin gibt der dritte pyrotechnische Bolzen 32 das Gelenk Y3 Y'3 frei und das dritte Element 13 öffnet sich durch Einwirkung des dritten Motors 28 durch Verschwenken um diese Achse Yi Y'i bis in die in dem Gelenk selbst vorgesehene Anschlagsstellung. Die Öffnung dieses dritten Elements 13 wird durch Steuerung des Ablaufens des Seils 18 unter der Einwirkung der Regulierungsvorrichtung 19 reguliert

In dieser dritten Phase verschwenkt sich der gesamte nichtentriegelte Teil um die Achse K₃V₃ in Richtung des Pfeils F3.

Auf ein viertes elektrisches Signal hin gibt der vierte pyrotechnische Bolzen 33 das Gelenk Ya, YU frei und die mit dem Behälter 1 fest verbundene, ausrüstungsseitige Basis 9 öffnet sich unter der Einwirkung des vierten Motors 29 durch Verschwenken um diese Achse Ya ΥΆ bis in die in dem Gelenk selbst vorgesehene Anschlagsstellung. Die öffnung dieser ausrüstungsseitigen Basis 9 wird durch Steuerung des Ablaufens des Seils 18 unter der Einwirkung der Regulierungsvorrichtung 19 reguliert

In dieser vierten Phase verschwenkt sich die Ausrüstung bzw. der Behälter 1 um die Achse Y* V₄ in Riehtung des Pfeils FA, um schließlich die in F i g. 2 gezeigte Endstellung anzunehmen.

Die Sequenz kann nun weiterlaufen, indem die Sonnengeneratoren 10 entfaltet werden, worauf die Einheit durch elektrische Betätigung der Schwenkvorrichtung 4 entsprechend ausgerichtet wird.

Auf diese Weise werden die Sonnengeneratoren nach ihrer Entfernung von dem Raumfahrzeug in die Betriebsstellung gebracht, so daß die Wirkung des Schlagschattens beseitigt wird. Ein elektrisches Versorgungskabel 35 gewährleistet auf übliche Weise die Stromzuführung zu dem Raumfahrzeug von den Sonnengeneratoren aus.

Im vorhergehenden wurde ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel beschrieben, um die Vorteile aufzuzeigen, die sich aus der Verwendung einer Vorrichtung zum Ausklappen des Ausfahrarms einer Ausrüstung oder eines Sonnengeneratorbehälters gemäß der Erfindung ergibt Diese Vorteile beruhen in der Einfachheit des Einsatzes zuverlässiger Einrichtungen, die die Schwingungen beim Start des Raumfahrzeugs sowie die Raumbedingungen der Schwerelosigkeit und der thermischen Spannungen aushalten können, die auf den gesamten Baukörper einwirken.

Im Rahmen der Erfindung können die Anzahl der Elemente, ihre Ausbildung, die Art der Verriegelung durch pyrotechnische oder mechanische Einrichtungen geändert werden. Ebenso können die Federmotoren, die Vorrichtungen zur Regulierung der Geschwindigkeit des Seils und die Umlenkrollen in einer anderen Anzahl oder in einer ganz anderen Ausbildung vorgesehen sein.

Der erfindungsgemäße Ausklapparm kann auch zum Tragen anderer Vorrichtungen benutzt werden, beispielsweise eines Magnetometers, einer Antenne, eines Partikelfühlers, eines nuklearen Generators oder einer Fläche zur Kompensierung des Sonnendruckmoments.

Die Erfindung ist also nicht ausschließlich auf die Anwendung auf Sonnengeneratoren beschränkt, sondern umfaßt alle Ausrüstungen von Raumfahrzeugen, die für ihre Inbetriebnahme von dem Körper des Raumfahrzeugs entfernt werden müssen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Ausklappen der Elemente eines Ausfahrarms einer Ausrüstung für ein Raumfahrzeug, gekennzeichnet durch mehrere ausklappbare Elemente (11, 12, 13), die paarweise aneinander angelenkt sind, den Arm (3) bilden und auf jeder Gelenkachse (WV₁, Y₂-Y'* V₃-V₃, Y₄-V₄) eine Rolle aufweisen, wobei das erste Element (11) aus einer über eine Schwenkeinrichtung (6) an dem Raumfahrzeug (2) befestigten Basis (7) und das letzte Element (13) aus einer mit der Ausrüstung (1) verbundenen Basis (9) besteht, Antriebsund Dämpfungseinrichtungen (26,27,28,29) für die Elemente (11,12,13), die durch eine Seil (18) gesteuert sind, das über die Rollen (14.15,16,17) läuft und dessen eines Ende an der mit dir Ausrüstung (1) verbundenen Rolle (17) befestigt ist, während sein anderes Ende mit der auf der Seite der verschwenkbaren Basis (7) angeordneten Speicher- und Aufrollrolle (14) verbunden ist, eine Einrichtung (19,36) zur Geschwindigkeitsregelung und zur Regulierung des Ablaufs des Seils (18) auf der verschwenkbaren Basis (7), die die Speicher- und Aufrollrolle (14) trägt, Einrichtungen (30,31,32,33) zur Verriegelung und Entriegelung der Gelenke CKi- Vi bis V₄- V₄), in den Gelenken vorgesehene Einrichtungen zur Begrenzung der Winkelbewegung der Elemente und Einrichtungen (8, 34) zur elektrischen Verbindung, wobei die Elemente und Einrichtungen so ausgebildet sind, daß, ausgehend von der Ausgestaltung (Fig. 1), in der alle Elemente in der Speicherstellung der Ausrüstung an das Raumfahrzeug (2) herangeklappt und verriegelt sind, und nach Entriegelung des ersteri, fahrzeugseitigen Gelenks, alle Elemente sequentiell nacheinander entsprechend der Reihenfolge ihrer Entriegelung ausgeklappt werden, um die vollständig ausgeklappte Stellung (F i g. 2) zu erreichen, in der die Ausrüstung ihre Betriebsanordnuug annehmen kann.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebs- und Dämpfungseinrichtungen (26, 27, 28, 29) gespannte Federn aufweisen, die auf den Gelenkachsen (Y\-Y\ bis V₄-V₄) angeordnet sind und die öffnung der Elemente (11, 12, 13) steuern.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (19, 36) zur Regulierung der Geschwindigkeit und des Ablaufs des Seils (18) aus einem Zentrifugalregler besteht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen (30 bis 33) zur Verriegelung und Entriegelung aus Sequenzmechanismen bestehen, deren Freigabefolge durch eine einzige pyrotechnische Vorrichtung ausgeführt wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen (30 bis 33) zur Verriegelung und Entriegelung aus pyrotechnischen Bolzen bestehen, deren sequentielle Zündung jedes