一种太阳翼及其分段式二次展开铰链的制作方法

2021-02-13 07:02:09|

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[0001]
本发明涉及航天技术领域，具体涉及一种太阳翼及其分段式二次展开铰链。

背景技术：

[0002]
现有航天器在初始入轨后，需要通过太阳翼提供能源，特别是对功率需求较高的高轨通信卫星。但是，如果太阳翼完全展开，航天器在变轨过程中的惯性力会对太阳翼根部造成较高的弯矩，当太阳翼长度较大时，甚至会造成太阳翼根部铰链破坏，因此对于尺寸较大的太阳翼需要二次展开。二次展开技术实现的关键在于太阳翼上的二次展开铰链，在卫星等航天器初始入轨时，太阳翼通过二次展开铰链展开并锁定一块电池板，此时太阳翼可以给卫星提供部分能源，这样在变轨过程中，惯性力产生的弯矩相对较小，从而保护太阳翼不破坏，当卫星变轨完成后，需要更多能源时，二次展开铰链解锁，太阳翼再完全展开。
[0003]
但是传统铰链具有在一次展开锁定到位之后不能再次解锁的缺陷。

技术实现要素：

[0004]
有鉴于此，本发明提供了一种太阳翼及其分段式二次展开铰链，能够在一次锁定到位以后自动解锁，实现二次展开并锁定。
[0005]
一种分段式二次展开铰链，包括公铰链、母铰链以及涡卷弹簧，其中：
[0006]
所述母铰链设置有相对的两个铰链板，在两个所述铰链板之间形成安装槽；所述公铰链通过铰链轴转动连接于两个所述铰链板之间；
[0007]
所述公铰链设置有滑道、锁紧槽和弹簧固定杆，所述锁紧槽位于所述滑道的端部；
[0008]
在两个所述铰链板的顶部通过摆杆轴安装有摆杆，所述摆杆远离所述摆杆轴的一端能够相对所述母铰链转动、且固定安装有锁定柱；
[0009]
所述锁定柱的轴向与两个所述铰链板的排列方向重合；
[0010]
在所述摆杆和一个所述铰链板之间的所述摆杆轴上套设有压缩弹簧，所述压缩弹簧用于将所述摆杆挤压在所述公铰链的所述滑道上且能够相对所述滑道滑动；
[0011]
在所述母铰链的所述安装槽内固定连接有沿水平方向延伸的顶杆；
[0012]
所述公铰链开设有限位滑槽，在所述限位滑槽内安装有沿所述铰链轴的径向延伸的滑杆；
[0013]
在所述滑杆上滑动安装有与所述限位滑槽形状配合且沿所述铰链轴的轴向延伸的限位块，并在所述滑杆上套设有限位块压簧，所述限位块压簧用于挤压所述限位块朝向所述铰链轴一侧移动；
[0014]
所述铰链轴朝向所述压缩弹簧的一端伸出所述母铰链，并在所述铰链板外侧的所述铰链轴上安装有联动轮和拨叉，所述拨叉与所述联动轮固定连接；
[0015]
所述涡卷弹簧的内圈端部固定安装于所述铰链轴另一端的所述铰链板外侧，所述涡卷弹簧的外圈端部与所述弹簧固定杆固定连接，所述涡卷弹簧用于驱动所述公铰链转动；
[0016]
所述铰链具有收拢状态、一次展开状态和二次展开状态；
[0017]
当所述铰链处于收拢状态时，所述公铰链位于所述母铰链的底端，所述限位块压设在所述拨叉上；
[0018]
当所述公铰链绕所述铰链轴逆时针转过90
°
时，所述铰链处于一次展开状态，所述限位块限制所述顶杆在展开方向上运动，所述公铰链限制所述锁定柱在收拢方向上运动；
[0019]
当所述公铰链在一次展开状态的基础上继续绕所述铰链轴逆时针转动90
°
后，所述铰链处于二次展开状态，所述锁定柱卡接于所述公铰链的所述锁紧槽内。
[0020]
优选地，所述滑道由所述公铰链的半圆形板的外缘形成。
[0021]
优选地，所述摆杆为u形件；
[0022]
所述锁定柱固定安装于所述摆杆的开口一端，所述锁定柱的一端伸出所述摆杆且朝向所述联动轮方向延伸；
[0023]
所述锁定柱通过位于所述开口内的部分卡接于所述锁紧槽。
[0024]
一种太阳翼，包括上述技术方案提供的任意一种分段式二次展开铰链。
[0025]
有益效果：
[0026]
上述分段式二次展开铰链在使用过程中，公铰链与太阳翼的中外板相连，母铰链与太阳翼的外板相连，在卫星变轨完成后，太阳翼最后一组压紧释放装置解除约束后，联动装置带动二次展开铰链的联动轮和拨叉转动，从而解除二次展开铰链的一次展开锁定状态，之后二次展开铰链继续展开并最终实现二次锁定，实现了整个太阳翼的完全锁定；二次展开铰链在一次展开并锁定后，具有较高的一次展开锁定刚度，可以保证一次展开后的外板具有较高的基频，从而有利于卫星变轨过程中的姿态稳定。因此，上述分段式二次展开铰链能够在一次锁定到位以后自动解锁，实现二次展开并锁定。
[0027]
同时，二次展开铰链为纯机械装置，具有结构简单和工作可靠的特点。
[0028]
本发明的分段式二次展开铰链适用于航天领域中具有二次展开功能要求的大型展开机构，民用领域也可应用。
附图说明
[0029]
图1为本发明的分段式二次展开铰链处于收拢状态时的结构示意图；
[0030]
图2为本发明的分段式二次展开铰链处于一次展开锁定时的结构示意图；
[0031]
图3为本发明的分段式二次展开铰链处于二次展开锁定时的结构示意图；
[0032]
图4为图2中限位块、拨叉与顶杆之间的相对位置示意图；
[0033]
图5为装有分段式二次展开铰链的太阳翼处于收拢状态时的结构示意图；
[0034]
图6为图5中太阳翼处于一次展开状态时的结构示意图；
[0035]
图7为图5中太阳翼处于二次展开过程中的结构示意图；
[0036]
图8为图5中太阳翼处于完全展开后的结构示意图。
[0037]
其中，1-摆杆轴，2-母铰链，3-压缩弹簧，4-摆杆，5-锁定柱，6-顶杆，7-限位块，8-限位块压簧，9-涡卷弹簧，10-拨叉，11-铰链轴，12-联动轮，13-弹簧固定杆，14-公铰链，15-滑杆，16-外板，17-中外板，18-分段式二次展开铰链，19-联动装置
具体实施方式
[0038]
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
[0039]
本发明提供了一种太阳翼，如图5结构所示，太阳翼包括外板16、中外板17以及铰接于外板16和中外板17的分段式二次展开铰链18，分段式二次展开铰链18的具体结构如下：
[0040]
请参考图1、图2、图3和图4，本发明提供了一种分段式二次展开铰链18，包括公铰链14、母铰链2以及涡卷弹簧9，其中：
[0041]
母铰链2设置有相对的两个铰链板，在两个铰链板之间形成安装槽；公铰链14通过铰链轴11转动连接于母铰链2的两个铰链板之间，一部分容置于母铰链2的安装槽内；；公铰链14和母铰链2相对位置根据分段式二次展开铰链18所处的状态不同而不同；图1为分段式二次展开铰链18处于收拢状态时的公铰链14和母铰链2的相对位置关系，图5为分段式二次展开铰链18安装于太阳翼且处于收拢状态时的结构示意图；图2为分段式二次展开铰链18处于一次展开状态时的公铰链14和母铰链2的相对位置关系，图6为分段式二次展开铰链18安装于太阳翼且处于一次展开状态时的结构示意图；图3为分段式二次展开铰链18处于二次展开状态时的公铰链14和母铰链2的相对位置关系，图7为分段式二次展开铰链18安装于太阳翼且处于二次展开过程中的结构示意图；图8为分段式二次展开铰链18安装于太阳翼且处于完全展开状态的结构示意图；
[0042]
公铰链14设置有滑道、锁紧槽和弹簧固定杆13，锁紧槽位于滑道的端部；如图2结构所示，公铰链14设置有与锁定柱5相配合的滑道，在滑道的端部设置有用于卡接锁定柱5的锁紧槽，并在公铰链14的外端部设置有固定涡卷弹簧9的弹簧固定杆13；滑道可以由公铰链14的半圆形板的外缘形成；
[0043]
在两个铰链板的顶部通过摆杆轴1安装有摆杆4，摆杆4远离摆杆轴1的一端能够相对母铰链2转动、且固定安装有锁定柱5；如图1结构所示，摆杆4可以为u形件，摆杆4可绕摆杆轴1相对母铰链2转动；如图2结构所示，锁定柱5固定安装于摆杆4的开口一端，锁定柱5的一端伸出摆杆4且朝向联动轮12方向延伸；当铰链处于二次展开状态时，锁定柱5通过位于开口内的部分卡接于锁紧槽；
[0044]
锁定柱5的轴向与两个铰链板的排列方向重合；
[0045]
在摆杆4和一个铰链板之间的摆杆轴1上套设有压缩弹簧3，压缩弹簧3用于将摆杆4挤压在公铰链14的滑道上且能够相对滑道滑动；
[0046]
在母铰链2的安装槽内固定连接有沿水平方向延伸的顶杆6；
[0047]
公铰链14开设有限位滑槽，在限位滑槽内安装有沿铰链轴11的径向延伸的滑杆15；在滑杆15上滑动安装有与限位滑槽形状配合且沿铰链轴11的轴向延伸的限位块7，并在滑杆15上套设有限位块压簧8，限位块压簧8用于挤压限位块7朝向铰链轴11一侧移动；
[0048]
铰链轴11朝向压缩弹簧3的一端伸出母铰链2，并在铰链板外侧的铰链轴11上安装有联动轮12和拨叉10，拨叉10与联动轮12固定连接；
[0049]
涡卷弹簧9的内圈端部固定安装于铰链轴11另一端的铰链板外侧，涡卷弹簧9设置于母铰链2的一侧，联动轮12设置于母铰链2的另一侧，涡卷弹簧9和联动轮12分别位于铰链轴11的两端，涡卷弹簧9的外圈端部与弹簧固定杆13固定连接，涡卷弹簧9用于驱动公铰链14转动；
[0050]
铰链具有收拢状态、一次展开状态和二次展开状态；
[0051]
当铰链处于收拢状态时，公铰链14位于母铰链2的底端，限位块7压设在拨叉10上；
[0052]
当公铰链14绕铰链轴11逆时针转过90
°
时，铰链处于一次展开状态，限位块7限制顶杆6在展开方向上运动，公铰链14限制锁定柱5在收拢方向上运动；
[0053]
当公铰链14在一次展开状态的基础上继续绕铰链轴11逆时针转动90
°
后，铰链处于二次展开状态，锁定柱5卡接于公铰链14的锁紧槽内。
[0054]
上述分段式二次展开铰链18在使用过程中，公铰链14与太阳翼的中外板17相连，母铰链2与太阳翼的外板16相连；当太阳翼需要一次展开时，太阳翼的压紧释放装置解除对外板16的约束(其余电池板仍被太阳翼的最后一组压紧释放装置限制，处于收拢压紧状态，如图6所示)，外板16在二次展开铰链和与之配对的普通铰链的驱动下展开，其中，锁定柱5沿公铰链14上的滑道运动，当展开90
°
后，在展开方向上与顶杆6被限位块7限制，无法继续转动；在收拢方向上通过摆杆4与锁定柱5被公铰链14所限制，此时太阳翼处于一次展开锁定状态，且具备较高的锁定刚度，从而有利于卫星变轨过程中的整星姿态稳定；
[0055]
当卫星变轨完成后，需要太阳翼全部展开时，太阳翼最后一组压紧释放装置解除约束，整个太阳翼在铰链以及联动装置19的作用下同步展开，其中，外板16的联动装置19带动二次展开铰链的联动轮12转动，而联动轮12通过方槽与拨叉10连接，当联动轮12带动拨叉10沿展开方向转动一定的角度后，限位块7在限位块压簧8的驱动下脱离与拨叉10的接触，从而解除锁定柱5在展开方向上的限制，此时，二次展开铰链实现了一次锁定状态的解锁，之后锁定柱5完全落入拨叉10的槽内并被限制，外板16通过锁定柱5实现与联动轮12的同步运动，外板16通过联动装置19与其它电池板同步展开，当二次展开铰链展开180
°
时，锁定柱5落入公铰链14的锁紧槽中，实现了二次展开铰链的二次展开及锁定。
[0056]
上述分段式二次展开铰链18在铰链轴11上设置有联动轮12和拨叉10，联动轮12和拨叉10连接在一起，并在公铰链14和母铰链2之间设置有驱动公铰链14相对母铰链2转动的涡卷弹簧9，使得二次展开铰链在一次展开锁定之后能够在外板16的联动装置19的驱动下使联动轮12进行转动，联动轮12带动拨叉10转动，限位块7在限位块压簧8的驱动下脱离拨叉10，从而实现锁定柱5在一次展开锁定后的解锁，因此，采用上述分段式二次展开铰链18可以在一次锁定到位以后自动解锁，实现二次展开并锁定，从而实现太阳翼的二次展开。
[0057]
采用上述分段式二次展开铰链18的太阳翼，使得太阳翼可以在卫星初始入轨后，可以通过一次展开并锁定一块电池板，即，外板16，从而通过外板16提供能源，并能够减小太阳翼在卫星变轨过程中的惯性力，减小太阳翼在变轨过程中根部产生的弯矩，防止太阳翼根部铰链破坏。当卫星变轨完成后，需要更多能源时，二次展开铰链进行一次展开锁定的解锁，太阳翼进行二次展开，实现完全展开。
[0058]
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

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