一种航天飞行器的工装结构制造技术

本发明专利技术涉及一种航天飞行器的工装结构，包括彼此连接的两个主铰链，两个主铰链分别用于装配至待展开机构的两展开侧，并且两个主铰链各自对应的主铰链臂之间保留有间隙，以使两主铰链能够相对彼此转动，所述工装结构还包括：固定销，其配置在一主铰链所对应的主铰链臂中；弹性部件，其可活动地配置在另一主铰链所对应的主铰链臂中，弹性部件具有相对固定销所形成的第一工作姿态和第二工作姿态，其中，在工装结构展开到位时，弹性部件通过由第一工作姿态转换至第二工作姿态的方式消除所述间隙，和/或限制主铰链单元展开后的自由度。和/或限制主铰链单元展开后的自由度。和/或限制主铰链单元展开后的自由度。

【技术实现步骤摘要】
一种航天飞行器的工装结构


[0001]本专利技术涉及空间机构展开
，尤其涉及一种航天飞行器的工装结构。

技术介绍

[0002]随着国家加大对航空航天领域的投入，如卫星通信、导航、军事侦察、深空探测等空间科学技术得到飞速发展。而这些技术的发展都离不开空间天线。空间天线被称为卫星的“眼睛”，是卫星的重要组成部分。而空间可展开天线在空间可展开结构中具有非常重要的地位，是空间天线的主要组成部分。天线机构是卫星、飞船及空间站等航天器必不可少的主要部件，承担着测控、通信等多种任务。目前为止，可展开天线结构已经在包括军事、航天、信息技术等领域在内的多个领域内广泛使用。由于随着航天技术的发展，愈来愈多的应用场合需要大型可展天线结构，而之所以将空间可展开结构应用于飞行器天线之中是因为火箭的运载容积受到火箭技术发展的制约，运载容积的有限与天线的愈来愈大的体积之间的矛盾。
[0003]将可展结构应用于天线后，在发射状态时天线处于折叠锁紧状态，当飞行器进入预定轨道后，折叠的天线机构就在驱动机构的作用下由折叠状态逐渐展开至工作状态并锁定。空间可展开天线能否正常工作的重要一环就是在卫星进入轨道后在外界驱动力的作用下能否顺利展开。由于空间可展开天线口径大，收缩比大的特点，在展开过程中天线的不同折叠部件必然存在着相对运动，尤其是相对转动，因此铰链在天线的展开结构中扮演着不可或缺的角色。
[0004]在过去的数十年间，合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR) 作为一种先进的雷达技术，由于其相对传统光波段雷达具有全天候全天时功能，已经在众多的对地观测任务中出现了较为频繁的应用。合成孔径雷达是利用一个个规模较小的天线沿着长线阵列的方向等速移动并辐射相参信号，然后把在不同位置接收到的反射波相干处理后，从而获得较高分辨率的成像雷达。为了得到较高的观测分辨率，就需要尺寸较大的天线，这也导致合成孔径雷达天线板一般板基较厚、尺寸较大、具有较大的质量及折叠率较大，例如加拿大RADARSAT
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2天线重80Okg，折叠体积仅7m。同时，合成孔径雷达成像对天线板平面精度要求较高。因此，对于可展开合成孔径雷达天线，展开后的平面精度及刚度是很重要的，这就需要可展开天线的铰链具有较高的精度、刚度及重复精度。特别是对于无背架式的雷达天线，天线刚度主要靠板间铰链保证，也可以说，铰链的性能在一定程度上决定了天线的性能。改善铰链性能的一种重要方法是在铰链中加入锁紧装置，装置锁定后可以使铰链结构刚度获得显著提升。此外，航天铰链锁定装置另一个设计约束就是要尽可能地减小质量。展开结构的驱动下，天线面板绕回转铰链展开运动，展开到位后铰链在锁紧装置的作用下自动锁定，并保持一定的刚度，以满足在各种载荷作用下卫星天线机构高刚度、高精度、轻质量的要求。
[0005]由于展开折叠的需要，铰链连接的两构件之间有相对运动，轴销与铰链孔之间必须有一定的间隙，使得两个铰链之间出现两个方向的平移自由度，产生锁定后相对位置的
误差；锥销与锥孔之间存在相对滑动，进一步影响了锁定精度。当为了降低制造成本而选用精度等级较低的配合时，间隙还有可能较大。而且随着机构运动时间的增加，铰链间的磨损加剧，铰链间的间隙也会增大。
[0006]机构中存在的铰链间隙，对机构有两个方面的影响。一方面，它可以补偿制造、装配误差和机构在运动过程中产生的热变形，而且也可以容纳润滑介质。另一方面，铰链间隙可能会产生很大的负面效应：它破坏了机构的理想模型，使机构的实际运动和理想运动之间产生了偏差；对静态机构来说，间隙的存在将会影响它的外形精度，对精密机械来说，尤其需要考虑这一点。最值得注意的是间隙在机械运动过程中所带来的动力学响应。由于间隙的存在，机构的运动过程中运动副元素会失去接触，待再次接触时会发生碰撞，引起振动。碰撞时产生的加速度、运动副反力等的幅值可能达到理想模型时的几倍甚至几十倍以上，增加了机构的动应力，引起机构运动的不稳定，产生剧烈的噪声、振动和磨损，降低了机构运动的稳定性、效率和运动的精度，甚至还有可能造成机构的破坏。例如航空航天领域，卫星经运载火箭运送到指定轨道后，通过展开锁定机构实现天线的展开与定位，对于大尺寸、高精度要求的展开结构与指向机构，其精度指标关乎系统的成败，在卫星上所使用的机构为铰接结构，由于铰链间隙的影响，铰接机构具有力学上的非线性特性与运动学上的不确定性，这为铰接板式卫星天线展开结构的分析增添了很大困难。由于间隙对机构的非线性影响，常会出现伸展机构失稳，定位精度不够，天线打开失灵等情况，导致航空航天器失效。另外，不论是卫星还是其他航天设备，在发射及运载过程中要经历各种动力学环境，在动态载荷的激励下，结构可能发生变形，甚至出现共振，从而造成设备损坏甚至发射失败。
[0007]现有技术中公开号为CN103595339B的专利文献针对大尺寸、高精度要求的展开结构所存在的机构可靠性差的问题，提出了一种新型柔性太阳电池阵展开装置，该装置中采用铰链机构实现个肋板之间连接，铰链机构由公铰、母铰、铰链转轴、滑销、滑销转轴、滑销固定架、滑销弹簧片、平面涡卷弹簧、铰链转轴固定螺母、滑销转轴固定螺母、滑销固定螺母、平面涡卷弹簧外挡杆组成；公铰与母铰通过铰链转轴相连，铰链转轴一端安装铰链转轴固定螺母实现轴向固定；铰链集成了主体板间锁定机构，滑销插入滑销固定架上的通孔，并安装滑销固定螺母实现相对固定，滑销转轴穿过滑销固定架的另一通孔及母铰上相应的通孔，并安装滑销转轴固定螺母实现与母铰的相连；滑销弹簧片与滑销转轴固连，滑销在公铰的边缘滑动；平面涡卷弹簧外档杆与母铰固结，平面涡卷弹簧外档杆用来固定平面涡卷弹簧，让平面涡卷弹簧储存一定的弹性势能，以张紧铰链机构。驱动机构为安装于铰链机构中的平面涡卷弹簧，驱动机构有60个。平面涡卷弹簧采用非接触型外端回转式，与铰链转轴固接，在帆板收拢时，处于压缩状态；释放后，平面涡卷弹簧驱动柔性帆板展开。锁定机构采用安装在铰链机构上的凸轮柱销式锁定机构，能多次重复锁定与解锁的过程。当整个柔性太阳电池阵帆板展开形成平面阵列时，滑销在平面涡卷弹簧的驱动下插入母铰链上的凹槽内，完成锁定。
[0008]又如现有技术中公开号为CN110518328A的专利文献所提出的一种适用于星载合成孔径雷达伞式网状天线的展开铰链，其展开铰链包括钩铰和锁铰，所述钩铰固定在天线底座上，所述钩铰与天线的径向肋连接，所述锁铰下端的一侧铰接在所述钩铰的上端，另一侧设有固设有滑道，所述钩铰的下端铰接锁定钩的下端，所述锁定钩的上端设有锁轴，所述锁轴在第一片簧的作用下与所述滑道贴合设置，所述滑动上设有锁定槽，在展开锁定状态
下，所述锁轴设在所述锁定槽内，所述钩铰的一侧设有连接所述钩铰和锁绞且对所述锁绞产生预拉力的卷簧。
[0009]目前主流的航天飞行器的工装结构只有一个展开方向的限位，例如上述现有技术所提出的工装结构，展开后的刚度由弹簧的残余弹力或驱动机构提供，有些工装结构加了锁定销，能够起到逆止的作用，但是，锁定销与销孔之间存在着间隙，该间隙会导致展开部分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种航天飞行器的工装结构，包括彼此连接的两个主铰链（1、2），这两个主铰链分别用于装配至待展开机构的两展开侧，并且两个主铰链各自对应的主铰链臂之间保留有间隙，以使两主铰链能够相对彼此转动，其特征在于，所述工装结构还包括：固定销（8），其配置在一主铰链所对应的主铰链臂中；弹性部件（39），其可活动地配置在另一主铰链所对应的主铰链臂中，弹性部件具有相对固定销（8）所形成的第一工作姿态和第二工作姿态，其中，在工装结构展开到位时，弹性部件通过由第一工作姿态转换至第二工作姿态的方式消除所述间隙，和/或限制主铰链单元展开后的自由度。2.根据权利要求1所述的工装结构，其特征在于，所述弹性部件至少包括滑销（9）和滑销预紧压簧（10），滑销预紧压簧（10）套设在滑销（9）上，用以为滑销（9）提供其由第一工作姿态转换至第二工作姿态的作用力。3.根据权利要求1或2所述的工装结构，其特征在于，滑销预紧压簧（10）被配置为在弹性部件处于第一工作姿态或第二工作姿态下时均处于压缩状态。4.根据权利要求1~3任一项所述的工装结构，其特征在于，固定销（8）的一端开设有可容置滑销（9）...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺乐和，李晓明，王战辉，赵成，
申请(专利权)人：长沙天仪空间科技研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：