展开速度在轨可调的阻尼展开锁定关节及航天器

技术领域

本发明涉及航天器结构与机构领域，具体地，涉及展开速度在轨可调的阻尼展开锁定关节及航天器，适用于航天器上部组件展开应用领域。

背景技术

受运载火箭包络和动力学环境限制，现代航天器一般采用可展结构实现航天器上多个部组件的收拢压紧及在轨展开。其中，展开锁定关节是可展结构的主要核心组成部分。随着航天技术的精细化发展，可展结构对展开锁定关节的展开过程、锁定冲击、系统复杂度等特性提出了日益严格的要求，现有展开锁定关节技术无法满足以上要求。

通过检索相关关键词，找到相关专利6篇：

《一种基于扭转弹簧的展开锁定机构》(申请号201711407056.9)公开了一种基于扭转弹簧的展开锁定机构，其通过调整扭转弹簧安装孔位实现在展开前段为驱动力矩、展开后段为阻力矩以减缓展开锁定冲击，该装置存在适配要求高、降低力矩裕度、可靠性等缺点。

《一种模块化轻型高刚度无源展开锁定装置》(申请号201711022832.3)公开了一种采用圆柱扭转弹簧驱动的无源展开锁定装置，其具有模块化、驱动与锁定一体集成的优点，但存在无法根据需求在轨调整展开特性的缺点。

《微小卫星太阳翼展开锁定装置》(申请号201721290279.7)公开了一种扭转弹簧驱动的展开锁定装置，并且能够提供展开到位信号，但无法对展开过程、锁定冲击进行精细化控制。

《一种转动阻尼力可调的关节机构》(申请号201510572982.6)公开了一种通过调节气缸对摩擦盘的夹持力以实现调节阻尼力的关节机构，该发明存在系统复杂、气缸系统在轨应用可行性差、摩擦易产生多余物等缺点。

《一种油脂润滑天线有源展开装置》(申请号201310588528.0)公开了一种使用电机、谐波减速器组合驱动的有源展开装置，具有驱动力矩大、展开速度可调等优点，但该装置存在系统复杂的显著缺点。

《带阻尼的转动机构》(申请号201120523871.X)公开了一种能够限定转动范围的转动机构，其摩擦阻力可通过螺母并紧力矩大小调整，但存在无法根据需求在轨调整展开特性的缺点。

综上，现有有源/无源展开锁定关节技术存在系统复杂、展开过程粗放、锁定冲击大、不可在轨调节等多种问题，无法满足未来可展结构技术发展日益提高的需求。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种展开速度在轨可调的阻尼展开锁定关节及航天器。

根据本发明提供的一种展开速度在轨可调的阻尼展开锁定关节，包括第一双翼驱动恒扭矩展开铰链、转动阻尼机构以及第二双翼驱动恒扭矩展开铰链，第一双翼驱动恒扭矩展开铰链、转动阻尼机构以及第二双翼驱动恒扭矩展开铰链分别连接于展开结构上，第一双翼驱动恒扭矩展开铰链和第二双翼驱动恒扭矩展开铰链的球形转动副形成展开锁定关节转轴，展开锁定关节转轴与转动阻尼机构的转轴同轴。

优选的，第一双翼驱动恒扭矩展开铰链和第二双翼驱动恒扭矩展开铰链结构一致，包括公铰、母铰、转轴、恒扭矩驱动弹簧组件以及锁定架组件，公铰、母铰以及转轴形成球形转动副，恒扭矩驱动弹簧组件分别为第一双翼驱动恒扭矩展开铰链和第二双翼驱动恒扭矩展开铰链在转动角度范围内提供恒定驱动力矩，当第一双翼驱动恒扭矩展开铰链和/或第二双翼驱动恒扭矩展开铰链展开到位后，锁定架组件嵌入公铰的锁定槽内实现锁定。

优选的，公铰、母铰以及转轴通过关节轴承组装形成球形转动副。

优选的，多个恒扭矩驱动弹簧组件对称分布于第一双翼驱动恒扭矩展开铰链和/或第二双翼驱动恒扭矩展开铰链上。

优选的，公铰和母铰分别连接于转轴的两侧。

优选的，转动阻尼机构包括阻尼器支座、转动阻尼器、阻尼器拨杆以及到位指示组件，阻尼器支座上连接有转动阻尼器，转动阻尼器连接阻尼器拨杆，到位指示组件连接于阻尼器支座上；

阻尼器拨杆对展开锁定关节传递转动阻尼器的阻尼力，当转动关节运动到位后，阻尼器拨杆触发到位指示组件，到位指示组件提供到位信号。

优选的，阻尼器拨杆前端与转动阻尼器输出轴采用带小间隙的键槽配合。

优选的，在一定阻尼系数下，转动阻尼器提供的阻尼力与关节转动速度正相关。

优选的，转动阻尼器上安装有测温元件和加热片，转动阻尼器外层热控包覆。

本发明还提供了一种航天器，包括展开速度在轨可调的阻尼展开锁定关节。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明提出的展开速度在轨可调的阻尼展开锁定关节，具有系统精简、展开速度在轨可调、锁定冲击小等有益效果，具有更好的应用适应性和拓展性。

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是本发明一种展开速度在轨可调的阻尼展开锁定关节整体示意图；

图2是本发明一种展开速度在轨可调的阻尼展开锁定关节中双翼驱动恒扭矩展开铰链1/2的示意图；

图3是本发明一种展开速度在轨可调的阻尼展开锁定关节中转动阻尼机构的示意图；

图4是本发明一种展开速度在轨可调的阻尼展开锁定关节的一种典型应用(收拢状态)示意图。

图5是本发明一种展开速度在轨可调的阻尼展开锁定关节的一种典型应用(展开状态)示意图。

图中标号：

第一双翼驱动恒扭矩展开铰链1、公铰101、母铰102、转轴103、恒扭矩驱动弹簧组件104、锁定架组件105、转动阻尼机构2、阻尼器支座201、转动阻尼器202、阻尼器拨杆203、到位指示组件204、第二双翼驱动恒扭矩展开铰链3。

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，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明提供的一种展开速度在轨可调的阻尼展开锁定关节，如图1-5所示，包括第一双翼驱动恒扭矩展开铰链1、转动阻尼机构2以及第二双翼驱动恒扭矩展开铰链3，第一双翼驱动恒扭矩展开铰链1、转动阻尼机构2以及第二双翼驱动恒扭矩展开铰链3分别连接于展开结构上，第一双翼驱动恒扭矩展开铰链1和第二双翼驱动恒扭矩展开铰链3的球形转动副形成展开锁定关节转轴，展开锁定关节转轴与转动阻尼机构2的转轴同轴。

如图2所示，第一双翼驱动恒扭矩展开铰链1和第二双翼驱动恒扭矩展开铰链3结构一致，包括公铰101、母铰102、转轴103、恒扭矩驱动弹簧组件104以及锁定架组件105，公铰101、母铰102以及转轴103通过关节轴承组装形成球形转动副，公铰101和母铰102分别连接于转轴103的两侧。两个恒扭矩驱动弹簧组件104对称分布于第一双翼驱动恒扭矩展开铰链1和/或第二双翼驱动恒扭矩展开铰链3上，恒扭矩驱动弹簧组件104分别为第一双翼驱动恒扭矩展开铰链1和第二双翼驱动恒扭矩展开铰链3在转动角度范围内提供恒定驱动力矩，相较传统偏置布局驱动弹簧，具有更好的驱动平顺性，减小运动阻力；当第一双翼驱动恒扭矩展开铰链1和/或第二双翼驱动恒扭矩展开铰链3展开到位后，锁定架组件105嵌入公铰101的锁定槽内，实现铰链锁定。

如图3所示，转动阻尼机构2包括阻尼器支座201、转动阻尼器202、阻尼器拨杆203以及到位指示组件204，阻尼器支座201上连接有转动阻尼器202，阻尼器拨杆203前端与转动阻尼器202输出轴采用带小间隙的键槽配合，通过小间隙配合可以适当降低装配精度要求，防止发生运动卡滞，通过键槽配合可以对展开锁定关节传递转动阻尼器的阻尼力。到位指示组件204连接于阻尼器支座201上；阻尼器拨杆203对展开锁定关节传递转动阻尼器202的阻尼力，当转动关节运动到位后，阻尼器拨杆203触发到位指示组件204，到位指示组件204提供到位信号。

优选的，转动阻尼器202为液体粘滞阻尼器，其阻尼系数与工作温度具有相关性；在一定阻尼系数下，转动阻尼器202提供的阻尼力与关节转动速度正相关。通过动力学仿真和地面试验等手段，可以获得阻尼器在不同温度下的阻尼系数、展开锁定关节在不同阻尼系数下的展开速度等数据，形成展开锁定关节的转动速度-转动阻尼器温度关系对照表。转动阻尼器202上安装有测温元件和加热片等，转动阻尼器202外层热控包覆。本展开锁定关节在轨使用时，通过算法控制实现转动阻尼器精确控温，获得所需的转动阻尼机构阻尼特性，最终实现展开锁定关节在轨展开速度在轨调节。

形成本实施例的过程和步骤如下：

步骤一：将公铰101、母铰102、转轴103通过关节轴承组装形成第一双翼驱动恒扭矩展开铰链1；安装2组对称布置的恒扭矩驱动弹簧组件104，为铰链在其转动角度范围内提供基本恒定的驱动力矩；安装锁定架组件105，使其在铰链展开后嵌入公铰101上的锁定槽，实现铰链锁定。完成第一双翼驱动恒扭矩展开铰链1组装。

步骤二：按步骤一，完成第二双翼驱动恒扭矩展开铰链3组装。

步骤三：在转动阻尼器202上安装测温元件、加热片等，外层实施热控包覆，备用。

步骤四，在阻尼器支座201安装固定完成热控实施的转动阻尼器202和到位指示组件204，同时，转动阻尼器202输出轴与阻尼器拨杆203前端完成键槽配合组装，备用。

步骤五：展开结构呈展开状态放置，在展开结构上安装第一双翼驱动恒扭矩展开铰链1、第二双翼驱动恒扭矩展开铰链3，形成展开锁定关节转轴，并通过高精度激光跟踪仪等仪器设备测量并建立转轴基准。

步骤六：在展开结构上安装转动阻尼机构2。安装时，通过高精度激光跟踪仪等仪器设备测量转动阻尼器202转轴，根据需要对其安装精度进行调整，以使转动阻尼器202转轴与展开锁定关节转轴的同轴度符合要求；通过塞尺检查确认阻尼器拨杆203与转动阻尼器202输出轴键槽配合间隙的均匀性，确保运动无卡滞。

步骤七：调节指示组件位置，使其能够正常触发工作。

步骤八：解除展开锁定关节锁定约束，进行若干次收拢、展开调试，确定关节运动顺畅无卡滞、各部组件工作正常。

本发明还提供了一种航天器，包括实施例1中的展开速度在轨可调的阻尼展开锁定关节。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。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化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。