一种空间舱内均流可调送风装置

技术领域

本发明涉及一种空间舱内均流可调送风装置，用于空间站载人飞船环控生保分系统中的通风净化。

背景技术

涉及到空间站环控生保分系统通风净化子系统的产品，送风口为空间站环控生保分系统通风净化子系统的产品，用途主要是为宇航员活动区、睡眠区提供送风功能，根据不同舱段功能要求，舱内的送风口仅在安装位置、送风角度等不同，叶片安装形式相同，其外侧与通风主管路连接，内侧直接朝向舱内，保证舱内人活动区的通风循环，同时为睡眠区(卫生区)提供通风支持。空间站密封舱内大气环境连通，成为航天员在轨驻留的工作和生活场所，因此通风系统除了要保证飞行器独立飞行时的通风环境，还要保证组合体的通风环境。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种空间舱内均流可调送风装置，以解决空间站舱内生活区、睡眠区舱内空气流通问题。

本发明的技术解决方案是：

一种空间舱内均流可调送风装置，包括：框体组件、叶片驱动组件、驱动滑块组件以及锁定组件；

框体组件位于送风装置最外侧，是送风装置的支撑结构，框体组件对安装在其内部的叶片驱动组件和驱动滑块组件进行支撑固定；

驱动滑块组件将平动运动转化为转动运动，实现对叶片驱动组件的驱动，叶片驱动组件驱动叶片转动，实现风量调节；锁定组件位于驱动滑块组件上，锁定组件实现叶片驱动组件的自锁。

进一步的，所述框体组件包括上框体(1)、下框体(2)、立柱(3)、横向叶片(4)以及盖板(18)；

所述上框体(1)为前后开放式的金属倒置矩形框体，上框体(1)顶板沿上框体(1)长度方向左右对称、均匀分布有多个带有螺纹孔的凸台圆柱体，上框体(1)安装在下框体(2)正上方且四周平齐，所述下框体(2)是沿下框体(2)长度方向两端开放式的金属倒置矩形框体，下框体(2)底板分布了以底板长度方向为中心、左右对称的三角形凹槽，下框体(2)底板上还均匀分布有带有螺纹孔的凸台圆柱体，且下框体(2)底板上的凸台圆柱体与上框体(1)顶板凸台圆柱体一一对应；

所述立柱(3)为矩形金属实体且位于上框体(1)和下框体(2)中间位置，用于支撑；所述横向叶片(4)分段水平安装在上框体(1)与立柱(3)之间且左右对称上下等距布置，横向叶片(4)叶片与水平方向偏转角度α，盖板(18)为三角形金属板且安装在下框体(2)对应三角形凹槽位置。

进一步的，所述驱动滑块组件包括驱动滑块(11)、拉杆(12)以及驱动摆杆(13)；

所述驱动滑块(11)为侧面带孔的U形拨叉金属结构，拉杆(12)从驱动滑块(11)的孔中穿过，驱动滑块(11)上的孔与拉杆(12)轴同心，所述拉杆(12)头部末端有螺纹金属台阶轴且安装在下框体(2)三角形凹槽两侧的安装孔内，所述驱动摆杆(13)一端有扁形孔，另一端为圆轴，中间部分镂空，驱动摆杆(13)一端的扁形孔安装在叶片驱动组件上的叶片驱动轴(6)上，驱动摆杆(13)另一端的圆轴安装在驱动滑块(11)拨叉凹槽处。

进一步的，叶片驱动轴(6)为依次包括螺纹、扁形轴、台阶、光轴、沟槽、扁形轴特征的金属阶梯轴。

进一步的，所述叶片驱动组件包括叶片驱动轴(6)、轴承(14)、轴挡(15)、纵向驱动叶片(5)、叶片转轴(9)、纵向叶片(7)、连接转轴(8)、联动连杆(17)、垫片(10)，第一螺母(16)以及第二螺母(20)；

叶片驱动轴(6)外螺纹上安装有第一螺母(16)，第一螺母(16)与驱动摆杆(13)侧面接触，所述轴承(14)为薄壁深沟球轴承，轴承(14)外圈安装在下框体(2)上设置的轴承孔内，轴承(14)外圈一端侧壁与下框体(2)轴承孔端端面接触，叶片驱动轴(6)上不含螺纹端的光轴安装在轴承(14)内圈上且轴承(14)内圈一端侧壁与叶片驱动轴(6)轴肩接触；

所述轴挡(15)安装在叶片驱动轴(6)上沟槽处，所述纵向驱动叶片(5)为小长宽比的U型金属板片且侧面设有圆孔和扁形孔，纵向驱动叶片(5)下端扁形孔安装在叶片驱动轴(6)不带螺纹一侧的外扁轴上，纵向驱动叶片(5)下端内扁形孔外侧面与叶片驱动轴(6)不带螺纹一侧的外扁轴轴肩接触，纵向驱动叶片(5)上端圆孔安装在叶片转轴(9)上；

所述叶片转轴(9)为带螺纹阶梯轴，叶片转轴(9)外螺纹安装在上框体(1)凸台螺纹孔内和下框体(2)凸台螺纹孔内，上框体(1)凸台螺纹孔、下框体(2)凸台螺纹孔以及叶片转轴(9)同轴；

所述垫片(10)为圆形非金属垫片，垫片(10)安装在叶片转轴(9)上且端面与叶片转轴(9)轴肩端面接触，所述纵向叶片(7)为小长宽比的U型金属板片且侧面设有圆孔，纵向叶片(7)上下两端圆孔分别安装在叶片转轴(9)上且与垫片(10)接触；

连接转轴(8)为带两段螺纹的金属阶梯轴，连接转轴(8)安装于纵向驱动叶片(5)和纵向叶片(7)侧面圆孔之间且连接转轴(8)轴肩与纵向驱动叶片(5)和纵向叶片(7)侧面接触，连接转轴(8)外螺纹上安装有第一螺母(16)且第一螺母(16)与连接转轴(8)轴肩留有间隙；

所述联动连杆(17)为大长宽比均布分布圆孔的金属板且圆孔是以长度方向为中心对称均布，联动连杆(17)分别安装在两组连接转轴(8)上，所述第二螺母(20)安装于连接转轴(8)最外侧螺纹上，联动连杆(17)位于第一螺母(16)与第二螺母(20)之间并留有间隙。

进一步的，所述锁定组件包括限位套(19)，限位套(19)的截面包括上下两部分上半部分为倒梯形，下半部分过渡为圆形；所述限位套(19)梯形两侧边有沟槽，限位套(19)圆形截面的底部有开口；限位套(19)安装在拉杆(12)上且以驱动滑块为中心对称分布，限位套(19)一个侧面与驱动滑块一端侧面(11)接触，限位套(19)另一侧面与下框体(2)三角形凹槽侧壁接触，限位套(19)高度低于驱动滑块(11)高度。

进一步的，上框体(1)和下框体(2)形成的送风口面板尺寸(520～550)×(120～135)mm之间，上框体(1)和下框体(2)形成通风有效面积在(480～510)×(70～85)mm之间，深度方向尺寸：80～120mm之间。

进一步的，所述横向叶片(4)为长条状，其两端有折弯结构，呈U型，折弯结构根部有R1-R3圆角，横向叶片(4)长宽比为8～10之间，横向叶片(4)水平安装左右对称上下等距布置，横向叶片(4)叶片与水平平面呈α＝30～60°角。

进一步的，所述纵向叶片(7)和纵向驱动叶片(5)均为U型结构，且U型结构根部有R1-R1.5圆角，纵向叶片(7)和纵向驱动叶片(5)长宽比为2.5～3.5，纵向叶片(7)竖直方向左右对称均匀等距分布，左右两侧分别分布8～12条纵向叶片，在沿送风口长度方向上以几何中心平面为中心采用对称设计，纵向叶片之间距离为20～28mm，纵向叶片(7)转动轴线与横向叶片(4)成空间垂直角度；

所述叶片驱动轴(6)的上两个部位的扁形轴分别与驱动摆杆(13)和纵向驱动叶片(5)扁形孔过盈配合，过盈量在0.002～0.005mm之间；

所述叶片转轴(9)与纵向叶片(7)转轴孔采用小间隙配合，间隙为0.008-0.024mm之间，安装于上框体(1)、下框体(2)上的叶片转轴(9)同心，同轴度为0.01-0.02mm之间；

所述连接转轴(8)与纵向叶片(7)、纵向驱动叶片(5)转轴孔采用小间隙配合，间隙为0.008～0.024mm之间，连接转轴(8)与纵向叶片(7)、纵向驱动叶片(5)轴向间隙为0.2～0.4mm之间，连接转轴(8)与联动连杆(17)转轴孔之间为大间隙配合，配合间隙为0.1～0.22mm之间；

所述限位套(19)的截面梯形两侧边有深宽均为0.5mm沟槽，且末端直线型开空心孔与拉杆(12)过盈配合，过盈量0.1～0.15mm之间。

进一步的，所述驱动滑块(11)在拉杆(12)横向移动距离X，驱动摆杆(13)转动半径为L，驱动滑块(11)横向移动距离X与叶片驱动轴(6)转动角度Y的关系式为Y＝arcsin(X/L)，X和L的单位为mm，Y的单位为°。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)本发明提处的空间舱内均流可调送风装置，解决空间站舱内生活区、睡眠区舱内空气流通问题，采用双层百叶窗式设计，内侧左右纵向叶片可调，调节范围0-90°，具备45度位置锁死功能；外侧上下横向叶片固定，出口方向呈30-60度，具有均匀气流送风特点，同时具备通风风量可调功能，以适应空间站舱内不同区域不同送风量需求。

(2)本发明送风口构型设计合理，采用双层组合式隔挡送风设计，内侧纵向叶片轴线与外侧横向叶片夹角成90°，且纵向叶片、横向叶片均为U型结构，同时U型结构根部有R1-R3圆角，有利于减少风阻，对舱内送风强度衰减更少。

(3)本发明通过对内侧左右纵向叶片等间距对称设计，形成等间距的流道，实现了送风口均匀输送气流功能；

(4)本发明在内侧左右对称纵向叶片之间分别通过同一联动连杆与连接转轴连接，实现了纵向叶片角度同步转动，可实现0-90度范围变化。

(5)本发明驱动轴系设计中增加轴承，将滑动摩擦转化为滚动摩擦，实现操作力小于20N，转动更加灵活、轻便，可靠性更高。

(6)本发明驱动滑块采用了防松设计，在驱动滑块两侧设置了柔性限位套，采用开口中心孔设计，可反复拆装，且实现自锁功能。

附图说明

图1是本发明空间舱内均流可调送风装置的结构示意图；

图2是叶片驱动组件剖面示意图；

图3是纵向叶片从动剖面示意图；

图4是驱动滑块组件剖面示意图；

图5是驱动滑块组件运动构剖面示意图；

图6是叶片驱动轴结构示意图。

具体实施方式

本发明提出一种空间舱内均流可调送风装置，该装置包括框体组件、叶片驱动组件、驱动滑块组件以及锁定组件。框体组件位于送风装置最外侧，是送风装置的支撑结构，框体组件对安装在其内部的叶片驱动组件和驱动滑块组件进行支撑固定；驱动滑块组件将平动运动转化为转动运动，实现对叶片驱动组件的驱动，叶片驱动组件驱动叶片转动，实现风量调节；锁定组件位于驱动滑块组件上，锁定组件实现叶片驱动组件的自锁。

如图1所示，框体组件包括上框体1、下框体2、立柱3、横向叶片4以及盖板18；

综合考虑装配维修工艺性，将上框体、下框体布局为上下架构方式，上框体、下框体本身为矩形框结构，在上框体、下框体上分别预留了叶片转轴安装螺纹孔用于左右纵向叶片转轴的安装，叶片转轴用于纵向叶片的旋转中心，在上框体和立柱两侧均布设计了横向叶片安装螺纹孔，用于横向叶片的安装，横向叶片与上框体和立柱之间采用紧固连接，无相对转动，横向叶片叶片平行方向与上框体平面呈α＝30-60°，上下框体在安装完内侧叶片驱动组件后通过立柱上设置的螺纹孔进行紧固连接，盖板与下框体紧固连接，用于防护驱动摆杆、轴承。

具体的，所述上框体1为前后开放式的金属倒置矩形框体，上框体1顶板沿上框体1长度方向左右对称、均匀分布有多个带有螺纹孔的凸台圆柱体，上框体1安装在下框体2正上方且四周平齐，所述下框体2是沿下框体2长度方向两端开放式的金属倒置矩形框体，下框体2底板分布了以底板长度方向为中心、左右对称的三角形凹槽，下框体2底板上还均匀分布有带有螺纹孔的凸台圆柱体，且下框体2底板上的凸台圆柱体与上框体1顶板凸台圆柱体一一对应；

所述立柱3为矩形金属实体且位于上框体1和下框体2中间位置，用于支撑；所述横向叶片4分段水平安装在上框体1与立柱3之间且左右对称上下等距布置，横向叶片4叶片与水平方向偏转角度α，盖板18为三角形金属板且安装在下框体2对应三角形凹槽位置。

本发明采用双层百叶窗组合式隔挡送风设计，内侧采用均布左右对称纵向叶片设计，外侧横向叶片为等间距大长宽比例挡设计，纵向叶片、横向叶片均为U型结构，且U型结构根部有R1-R3圆角，有利于减少风阻，内侧纵向叶片轴线与外侧横向叶片轴线成90°。

如图2和图3所示，叶片驱动组件包括叶片驱动轴6、轴承14、轴挡15、纵向驱动叶片5、叶片转轴9、纵向叶片7、连接转轴8、联动连杆17、垫片10，第一螺母16以及第二螺母20。第一螺母为M3螺母，第二螺母为M2.5螺母。

叶片驱动轴6为依次包括螺纹、扁形轴、台阶、光轴、沟槽、扁形轴特征的金属阶梯轴，如图6所示。

叶片驱动轴6外螺纹上安装有第一螺母16，第一螺母16与驱动摆杆13侧面接触，所述轴承14为薄壁深沟球轴承，轴承14外圈安装在下框体2上设置的轴承孔内，轴承14外圈一端侧壁与下框体2轴承孔端端面接触，叶片驱动轴6上不含螺纹端的光轴安装在轴承14内圈上且轴承14内圈一端侧壁与叶片驱动轴6轴肩接触；

所述轴挡15安装在叶片驱动轴6上沟槽处，所述纵向驱动叶片5为小长宽比的U型金属板片且侧面设有圆孔和扁形孔，纵向驱动叶片5下端扁形孔安装在叶片驱动轴6不带螺纹一侧的外扁轴上，纵向驱动叶片5下端内扁形孔外侧面与叶片驱动轴6不带螺纹一侧的外扁轴轴肩接触，纵向驱动叶片5上端圆孔安装在叶片转轴9上；

所述叶片转轴9为带螺纹阶梯轴，叶片转轴9外螺纹安装在上框体1凸台螺纹孔内和下框体2凸台螺纹孔内，上框体1凸台螺纹孔、下框体2凸台螺纹孔以及叶片转轴9同轴；

所述垫片10为圆形非金属垫片，垫片10安装在叶片转轴9上且端面与叶片转轴9轴肩端面接触，所述纵向叶片7为小长宽比的U型金属板片且侧面设有圆孔，纵向叶片7上下两端圆孔分别安装在叶片转轴9上且与垫片10接触；

连接转轴8为带两段螺纹的金属阶梯轴，连接转轴8安装于纵向驱动叶片5和纵向叶片7侧面圆孔之间且连接转轴8轴肩与纵向驱动叶片5和纵向叶片7侧面接触，连接转轴8外螺纹上安装有第一螺母16且第一螺母16与连接转轴8轴肩留有间隙；

所述联动连杆17为大长宽比均布分布圆孔的金属板且圆孔是以长度方向为中心对称均布，联动连杆17分别安装在两组连接转轴8上，所述第二螺母20安装于连接转轴8最外侧螺纹上，联动连杆17位于第一螺母16与第二螺母20之间并留有间隙。

本发明实施例中，叶片驱动轴、纵向驱动叶片采用钛合金，纵向叶片采用铝合金，纵向叶片驱动运动原理为叶片驱动轴与驱动摆杆和纵向驱动叶片连接为圆柱扁口小间隙配合，过盈为0.002-0.005mm，叶片驱动轴放置于轴承内孔中，轴承安装于下框体轴承孔内，叶片驱动轴内侧通过轴挡限制叶片驱动轴轴向窜动，外侧通过背母方式预紧驱动摆杆，防止驱动摆杆轴向窜动，通过驱动摆杆转动带动叶片驱动轴转动，进而叶片驱动轴转动带动纵向驱动叶片转动，联动连杆同时连接纵向驱动叶片和纵向叶片，纵向驱动叶片通过联动连杆带动纵向叶片，从而实现对整组纵向叶片之间的同步转动驱动。

整组纵向叶片采用可转动调节设计，左右分别设置8-12条纵向叶片，在纵向叶片上下两侧均设计了叶片转轴孔，两侧叶片转轴分别安装于上框体和下框体上，两侧叶片转轴采用同心设计，同心度为0.01-0.02mm，通过上框体和下框体组合加工定位销的方式保证同轴度，叶片转轴与纵向叶片转轴孔采用间隙配合，间隙为0.008-0.02mm，纵向叶片相互之间采用均布设计，在沿送风口长度方向上以几何中心平面为中心采用对称设计，纵向叶片之间隔板距离为20-28mm。

纵向叶片之间通过联动连杆与叶片转轴连接，在长轴方向左右对称设计，纵向叶片与叶片转轴之间自润滑垫片连接，减少转动时摩擦力，联动连杆通过叶片驱动轴转动进行驱动，纵向叶片另外一侧采用叶片转轴进行轴向限位，叶片转轴与纵向叶片转轴孔采用间隙0.008-0.02mm设计。

如图4和图5所示，驱动滑块组件的功能是将驱动滑块平动转化为转动运动，驱动滑块组件包括驱动滑块11、拉杆12以及驱动摆杆13；

所述驱动滑块11为侧面带孔的U形拨叉金属结构，拉杆12从驱动滑块11的孔中穿过，驱动滑块11上的孔与拉杆12轴同心，所述拉杆12末端有螺纹金属台阶轴且安装在下框体2三角形凹槽两侧的安装孔内，所述驱动摆杆13一端有扁形孔，另一端为圆轴，中间部分镂空，驱动摆杆13一端的扁形孔安装在叶片驱动组件上的叶片驱动轴6上，驱动摆杆13另一端的圆轴安装在驱动滑块11拨叉凹槽处。

本发明实施例中，驱动滑块组件设计为拨叉结构，驱动滑块安装至拉杆上，拉杆采用钛合金，驱动滑块采用铝合金。当驱动滑块在拉杆上平动时，实现对驱动摆杆的驱动，与叶片驱动组件共同实现对纵向叶片调节功能。纵向叶片从0-90°进行调节时，驱动滑块的运动位置分别位于拉杆左侧和右册，在0°和90°位置时，通过异型驱动摆杆和下框体进行位置硬限位。驱动摆杆转动半径为Lmm，驱动滑块横向移动距离X(mm)与转动轴转动角度Y(°)的存在关系式为Y＝arcsin(X/L)。

锁定组件包括驱动滑块两侧设置的柔性限位套19(橡胶材料)，柔性限位套采用开口中心孔设计(限位套19的截面包括上下两部分上半部分为倒梯形，下半部分过渡为圆形；所述限位套19梯形两侧边有沟槽，限位套19圆形截面的底部有开口)，可反复拆装，且实现自锁功能。叶片在45°位置时，锁定滑块位于栏杆中间位置，将柔性限位套插入拉杆中，使锁定滑块固定在拉杆上。

限位套19安装在拉杆12上且以驱动滑块为中心对称分布，限位套19一个侧面与驱动滑块一端侧面11接触，限位套19另一侧面与下框体2三角形凹槽侧壁接触，限位套19高度低于驱动滑块11高度。

本发明实施例中，上框体1和下框体2形成的送风口面板尺寸(520～550)×(120～135)mm之间，上框体1和下框体2形成通风有效面积在(480～510)×(70～85)mm之间，深度方向尺寸：80～120mm之间。送风口实际上也就是横向叶片的范围。

横向叶片4为长条状，其两端有折弯结构，折弯结构根部有R1-R3圆角，横向叶片4长宽比为8～10之间，横向叶片4水平安装左右对称上下等距布置，横向叶片4叶片与水平平面呈α＝30～60°角。

纵向叶片7和纵向驱动叶片5均为U型结构，且U型结构根部有R1-R1.5圆角，纵向叶片7和纵向驱动叶片5长宽比为2.5～3.5，纵向叶片7竖直方向左右对称均匀等距分布，左右两侧分别分布8～12条纵向叶片，在沿送风口长度方向上以几何中心平面为中心采用对称设计，纵向叶片之间距离为20～28mm，纵向叶片7转动轴线与横向叶片4成空间垂直角度；

叶片驱动轴6的上两个部位的扁形轴分别与驱动摆杆13和纵向驱动叶片5扁形孔过盈配合，过盈量在0.002～0.005mm之间；

叶片转轴9与纵向叶片7转轴孔采用小间隙配合，间隙为0.008-0.024mm之间，安装于上框体1、下框体2上的叶片转轴9同心，同轴度为0.01-0.02mm之间；

连接转轴8与纵向叶片7、纵向驱动叶片5转轴孔采用小间隙配合，间隙为0.008～0.024mm之间，连接转轴8与纵向叶片7、纵向驱动叶片5轴向间隙为0.2～0.4mm之间，连接转轴8与联动连杆17转轴孔之间为大间隙配合，配合间隙为0.1～0.22mm之间；

限位套19的截面梯形两侧边有深宽均为0.5mm沟槽，且末端直线型开空心孔与拉杆12过盈配合，过盈量0.1～0.15mm之间。

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的详细描述。