一种在轨扭簧驱动的展开桁架结构

本发明属于航空，尤其涉及一种在轨扭簧驱动的展开桁架结构。

背景技术：

1、面向长基线观测需求，以卫星为节点，以大尺度轻小型折杆为基线，构建千米级甚长基线航天器，为平台长期稳态运行和甚长基线观测提供保障。大尺度轻小型折杆作为一个挠性部件，其结构参数对整个航天器系统的动力学特性影响十分显著，因此，为实现千米级相控阵载荷的观测条件，要求折杆具有大尺度、轻量化、高刚度、高收纳率以及低热变形的特点，亟需解决大尺度轻小型折杆刚度设计、模型参数不确定性、结构-热耦合以及振动等问题发展高精度高稳定性多功能大尺度轻小型折杆，保证千米级甚长基线航天器的稳定运行。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中的不足之处，提供一种在轨扭簧驱动的展开桁架结构。

2、为了实现本发明的目的，本发明将采用如下所述的技术方案加以实施。

3、一种在轨扭簧驱动的展开桁架结构，包括至少两个桁架、折杆、扭力弹簧和锁紧机构，其中，

4、桁架，是由三根或三根以上的桁架杆通过桁架关节首尾顺次连接所组成的多边形框架；

5、折杆，是由两节短折杆通过折杆关节联接而成的，用于联接相邻的两个桁架；其中，所述短折杆的两端分别设置为桁架接头转动副和折杆接头转动副；

6、扭力弹簧，设置于与桁架接头转动副、折杆接头转动副固定连接的销轴上，用于驱动桁架接头转动副、折杆接头转动副转动；

7、锁紧机构，设置于所述桁架接头转动副与所述桁架关节的台阶的铰接处和所述折杆接头转动副与所述折杆关节的台阶的铰接处，能在所述桁架结构展开到位后限制所述折杆关节和所述桁架关节的角位移；其特征在于，还包括时序机构，所述时序机构，设置于每一个多边形框架的相同顶点位置设置的桁架关节的同一侧，能让折叠的折杆有序地展开。

8、作为本发明的优选方案，所述锁紧机构包括锁紧滑槽、锁紧杆、弹簧以及锁紧槽，其中，

9、锁紧滑槽，包括设置于所述桁架接头转动副上的两个相对应的锁紧滑槽,并且两个锁紧滑槽的长度方向与所述桁架接头转动副上的两个销轴孔的中心轴线垂直设置和设置于所述折杆接头转动副上的两个相对应的锁紧滑槽，并且两个锁紧滑槽的长度方向与所述折杆接头转动副上的两个销轴孔的中心轴线垂直设置；

10、弹簧，设置于桁架接头转动副内，并通过与所述两个锁紧滑槽滑动配合的所述锁紧杆向所述两个销轴孔的中心轴线施加弹力和设置于折杆接头转动副内，并通过与所述两个锁紧滑槽滑动配合的所述锁紧杆向所述两个销轴孔的中心轴线施加弹力；

11、锁紧槽，包括分别设置于所述折杆关节两端的台阶上相对应的位置、以及分别设置于所述桁架关节两端的台阶的一侧台阶上，能让所述锁紧杆在弹力作用下自动滑入槽内。

12、作为本发明的优选方案，所述时序机构包括桁架关节时序锁a、桁架关节框架时序锁和桁架关节时序锁b，其中，

13、桁架关节时序锁a，与所述桁架关节一端台阶铰接的桁架接头转动副固定连接，能随着所述桁架接头转动副的转动而转动；

14、桁架关节时序锁b，与所述桁架关节另一端台阶铰接的桁架接头转动副固定连接，能随着所述桁架接头转动副的转动而转动；

15、桁架关节框架时序锁，与所述桁架关节框架固定连接，能让所述桁架关节时序锁a在转动过程中对桁架关节时序锁b失去限制，并释放桁架关节时序锁b。

16、作为本发明的优选方案，所述桁架关节时序锁a限制释放桁架关节时序锁b的具体结构:所述具体结构是由所述桁架关节时序锁a、桁架关节框架时序锁和桁架关节时序锁b构成的，其中，所述桁架关节时序锁a为圆弧形结构的锁杆；所述桁架关节框架时序锁的锁孔和桁架关节时序锁b的锁孔与所述桁架关节时序锁a的圆弧形结构的锁杆滑动配合；

17、当所述桁架关节时序锁a随着与之固定连接的桁架接头转动副展开到位后，所述桁架关节时序锁a失去对桁架关节时序锁b的限制，并将桁架关节时序锁b释放，桁架关节时序锁b随着与之固定连接的桁架接头转动副在扭簧的作用下展开，其中，所述桁架关节框架时序锁用于引导所述桁架关节时序锁a的运动轨迹。

18、作为本发明的优选方案，所述展开桁架结构的任一表面上的两条边加工成导轨，所述导轨为槽型轨道，其中，所述槽型轨道的始末两端为载荷接口，能使载荷座滑入。

19、作为本发明的优选方案，所述载荷座能包络所述槽型轨道，且载荷座能在所述槽型轨道上滑动。

20、作为本发明的优选方案，所述载荷座通过上下设置的定滑轮夹住所述槽型轨道的槽底，已实现载荷座在所述槽型轨道上滑动的功能。

21、作为本发明的优选方案，所述展开桁架结构上设置有对接机构，能安装面板以及与其他展开桁架结构、卫星星体对接。

22、作为本发明的优选方案，所述对接机构是由公、母接头构成的；所述母接头是由母对接头、收紧环和弹簧以及安装座构成，其中，

23、母对接头，用于与公接头对接，其顶部设有收紧口，以便于公接头插入；

24、弹簧，用于驱动其顶部设置的所述收紧环收紧所述收紧口，以锁定公接头；

25、安装座，用于固定所述弹簧。

26、作为本发明的优选方案，所述销轴分别固定连接在所述短折杆两端的桁架接头转动副和折杆接头转动副上，并通过轴承分别与所述桁架关节的台阶和所述折杆关节的台阶铰接。

27、有益效果

28、(1)相较于固定桁架，本发明所述的桁架结构可以减少空间占比，增大空间利用率，其理论最小折展比为3.221％；

29、(2)相较于气动展开结构，本发明通过绳索控制有较高的强度水平；

30、(3)目前的特殊材料形状记忆合金展开结构存在疲劳特性、且对环境条件要求高、以目前的科技水平缺乏充足的实验数据，难以确保可靠性、研究成本大，而本发明的结构简单、稳定可靠，所需迭代实验次数更少，而且大部分实验数据可以在实验室环境和仿真模拟迭代中得到，在降低成本的同时增加了实际应用的可靠性；

31、(4)本发明的时序机构的作用使展开更加可控；

32、(5)本发明模块化设计使桁架应用更加广泛；

33、(6)本发明提供了一种导轨设计思路，在节省空间利用的同时使载荷更加方便可靠。

技术特征：

1.一种在轨扭簧驱动的展开桁架结构，包括至少两个桁架、折杆、扭力弹簧和锁紧机构，其中，

2.根据权利要求1所述的一种在轨扭簧驱动的展开桁架结构，其特征在于，所述锁紧机构包括锁紧滑槽、锁紧杆、弹簧以及锁紧槽，其中，

3.根据权利要求1所述的一种在轨扭簧驱动的展开桁架结构，其特征在于，所述时序机构包括桁架关节时序锁a、桁架关节框架时序锁和桁架关节时序锁b，其中，

4.根据权利要求3所述的一种在轨扭簧驱动的展开桁架结构，其特征在于，所述桁架关节时序锁a限制释放桁架关节时序锁b的具体结构:所述具体结构是由所述桁架关节时序锁a、桁架关节框架时序锁和桁架关节时序锁b构成的，其中，所述桁架关节时序锁a为圆弧形结构的锁杆；所述桁架关节框架时序锁的锁孔和桁架关节时序锁b的锁孔与所述桁架关节时序锁a的圆弧形结构的锁杆滑动配合；

5.根据权利要求1所述的一种在轨扭簧驱动的展开桁架结构，其特征在于，所述展开桁架结构的任一表面上的两条边加工成导轨，所述导轨为槽型轨道，其中，所述槽型轨道的始末两端为载荷接口，能使载荷座滑入。

6.根据权利要求5所述的一种在轨扭簧驱动的展开桁架结构，其特征在于，所述载荷座能包络所述槽型轨道，且载荷座能在所述槽型轨道上滑动。

7.根据权利要求6所述的一种在轨扭簧驱动的展开桁架结构，其特征在于，所述载荷座通过上下设置的定滑轮夹住所述槽型轨道的槽底，已实现载荷座在所述槽型轨道上滑动的功能。

8.根据权利要求1所述的一种在轨扭簧驱动的展开桁架结构，其特征在于，所述展开桁架结构上设置有对接机构，能安装面板以及与其他展开桁架结构、卫星星体对接。

9.根据权利要求8所述的一种在轨扭簧驱动的展开桁架结构，其特征在于，所述对接机构是由公、母接头构成的；所述母接头是由母对接头、收紧环和弹簧以及安装座构成，其中，

10.根据权利要求1所述的一种在轨扭簧驱动的展开桁架结构，其特征在于，所述销轴分别固定连接在所述短折杆两端的桁架接头转动副和折杆接头转动副上，并通过轴承分别与所述桁架关节的台阶和所述折杆关节的台阶铰接。

技术总结本发明属于航空航天技术领域，具体涉及一种在轨扭簧驱动的展开桁架结构，该结构包括若干个折叠桁架，相邻桁架间的折杆通过转动副联接，转动副的转动通过扭簧提供驱动，控制折杆展开；各桁架间设置时序机构控制桁架有序展开；桁架有序展开后用锁紧机构进行限制；该结构是由若干桁架组成的，展开桁架结构设计了对接机构实行对接；展开桁架结构设置导轨，实现展开后的载荷承载功能；能为平台长期稳态运行和甚长基线观测提供保障，达到轻量化、高刚度、高收纳率的要求，并实现展开、对接、时序展开、导轨承载等功能。技术研发人员：孙加亮,曹诚鸣,丁瑞,曾伟华,文浩,金栋平,陈卫东受保护的技术使用者：南京航空航天大学技术研发日：技术公布日：2024/7/18