CN105151320A - 一种轻型高收纳比在轨展开桁架结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种轻型高收纳比在轨展开桁架结构，包括三角形框架、下支撑杆、驱动扭簧、上支撑杆、限位片簧，该桁架结构在收拢状态时通过在驱动扭簧处折叠，使上、下支撑杆沿着三角形框架的边长方向收缩起来，在轨后通过扭簧驱动展开，展开过程结束后，在完全展开的位置由上下支撑杆之间的机械限位和片簧同时锁定。本发明解决了部分卫星上桁架结构需要在轨展开的问题。该展开桁架结构具有较高收纳比(7％)，同时还具有质量轻、刚度大、可靠性高等优点。

Description

一种轻型高收纳比在轨展开桁架结构

技术领域

本发明涉及航天器结构技术领域，具体为一种应用于卫星的轻型高收纳比在轨展开桁架结构。

背景技术

随着卫星技术的发展，某些载荷应用技术要求推离卫星本体一定距离，有时需要达到几十米的距离，这就需要用到可展开桁架结构。然而受到运载器的限制，发射时桁架结构必须可靠收拢并且包络尽可能小，在轨时要求桁架结构能够可靠展开和锁定，并满足一定的刚度和精度要求。国内外现有的可展开桁架主要有以下问题：

1)结构复杂、收纳比有限；

2)单节桁架刚度较低，展开过程可控性较差；

3)桁架为保证展开锁定刚度，锁定机构较为复杂；

4)结构重量较大，收拢体积较大。

这些问题都限制了大型可展开桁架在卫星上的使用。随着载荷技术的发展，部分载荷技术也要求卫星装载较大伸展尺寸和较高收纳比的桁架结构，现有的大部分展开桁架结构不能满足使用要求。

发明内容

针对上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种轻型高收纳比在轨展开桁架结构，该展开桁架结构具有较高收纳比，且从产品适用性、轻量化、展开可控性等角度考虑，能满足在轨工作环境，并提高航天器性能。

本发明是通过下述技术方案来实现的：

一种轻型高收纳比在轨展开桁架结构，包括三角形框架、下支撑杆、驱动扭簧、上支撑杆、锁定片簧，所述桁架结构通过驱动扭簧处折叠收拢，使上、下支撑杆沿着三角形框架边长方向进行收拢，在轨后通过驱动扭簧提供展开动力，展开过程结束后，在完全展开的位置由下支撑杆和三角形框架之间的机械限位和上、下支撑杆中间的锁定片簧共同进行展开锁定，保证了展开后桁架刚度。

所述上、下支撑杆均有开槽，使得其在收拢状态时，与相邻的三角形框架卡紧，保证收拢时的刚度以及在收拢状态时上、下支撑杆不会发生侧向移动。

通过驱动扭簧的驱动力下，实现桁架展开，并在展开的极限位置将锁定片簧推入凹槽内实现锁定。

所述桁架的端部在展开过程中做直线平推运动，不产生绕轴线的转动。

所述桁架为单节或多节连接。

所述多节连接时，通过两个销钉与三角形框架上下孔以轴孔配合的方式实现连接，也可通过轴承配合形成单自由度转动副实现连接。

由于采用了以上的技术方案，使得本发明具有以下的优点：

1、本发明设计构型简单，具有良好的加工工艺性和装配工艺性；

2、选用三角形框架连接上、下支撑杆使得结构稳定，桁架整体刚度高；

3、采用上、下支撑杆沿三角形框架边长方向收拢而非向中心收拢(收纳比为7％)，相比于上、下支撑杆向三角形框架中心折叠的形式(收纳比为13.5％)，在杆件构型相同的情况下，可以获得更高的收纳比。

4、由于上、下支撑杆沿三角形框架的长边收拢，使得收拢状态下桁架为中空结构，可以安装钢丝绳拉紧装置以增加桁架刚度。上、下支撑杆均有开槽，与相邻三角形框架卡紧，保证了收拢时的刚度，可靠性高；

5、展开结束过程由下支撑杆和三角形框架的机械限位和上、下支撑杆之间的锁定片簧同时进行锁定，保证展开桁架的刚度，并且具有很高的锁定可靠性。

6、由于该桁架的顶端在展开过程中是沿直线方向的平推运动，不产生绕轴线的转动，因此本桁架适合多根桁架间的协同展开控制。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明的单节桁架展开示意图；

图2是本发明的单节桁架收拢状态示意图；

图3是本发明的单节桁架展开状态示意图；

图4是本发明的单节桁架展开锁定正面示意图；

图5是本发明的单节桁架展开锁定反面示意图；

图6是本发明的桁架连接示意图；

图7是图6中A的局部放大图；

图8是本发明的多节桁架收拢状态；

图9是本发明的多节桁架展开过程示意图；

图10是本发明的多节桁架展开状态示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

图1～图5所示，本发明所提供的轻型高收纳比在轨展开桁架结构，包括三角形框架1、下支撑杆2、驱动扭簧3、上支撑杆4、锁定片簧5。桁架结构通过驱动扭簧3处折叠收拢，使上支撑杆4、下支撑杆2沿着三角形框架1的边长方向进行收拢。在轨后通过驱动扭簧3提供展开动力，展开过程结束后，在完全展开的位置由下支撑杆2和三角形框架1之间的机械限位和上支撑杆4、下支撑杆2中间的锁定片簧5共同进行展开锁定，保证了展开后桁架刚度。

选用三角形框架1作为支撑结构，具有稳定可靠的特点，上支撑杆4、下支撑杆2沿三角形框架1的边长方向收拢，可以获得较高的收纳比。

桁架的端部在展开过程中做直线平推运动，不产生绕轴线的转动。

图4、图5所示，本发明的单节桁架展开锁定结构图，在每根桁架的驱动扭簧3的驱动力下，实现桁架展开，并在展开的极限位置将锁定片簧5推入凹槽6内实现锁定。

本桁架适合多根桁架间的协同展开控制，如图6～图10所示，每节桁架之间通过轴孔配合方式或轴承连接，形成3个转动副，实现单自由度转动。3个转动副的转动最终形成桁架的展开运动。

以上对本发明的一个具体案例的实现方式进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (6)

1.一种轻型高收纳比在轨展开桁架结构，其特征在于，包括三角形框架、下支撑杆、驱动扭簧、上支撑杆、锁定片簧，所述桁架结构通过驱动扭簧处折叠收拢，使上、下支撑杆沿着三角形框架边长方向进行收拢，在轨后通过驱动扭簧提供展开动力，展开过程结束后，在完全展开的位置由下支撑杆和三角形框架之间的机械限位和上、下支撑杆中间的锁定片簧共同进行展开锁定，保证了展开后桁架刚度。

2.根据权利要求1所述的轻型高收纳比在轨展开桁架结构，其特征在于，所述上、下支撑杆均有开槽，使得其在收拢状态时，与相邻的三角形框架卡紧，保证收拢时的刚度以及在收拢状态时上、下支撑杆不会发生侧向移动。

3.根据权利要求1所述的轻型高收纳比在轨展开桁架结构，其特征在于，所述桁架的端部在展开过程中做直线平推运动，不产生绕轴线的转动。

4.根据权利要求1所述的轻型高收纳比在轨展开桁架结构，其特征在于，在展开的极限位置，通过将锁定片簧推入凹槽内实现锁定。

5.根据权利要求1所述的轻型高收纳比在轨展开桁架结构，其特征在于，所述桁架为单节或多节连接。

6.根据权利要求5所述的轻型高收纳比在轨展开桁架结构，其特征在于，所述桁架为多节时，每节桁架之间通过轴孔配合方式或轴承连接，形成3个转动副，实现单自由度转动，3个转动副的转动最终形成桁架的展开运动。