一种二折式半刚性机械展开减速机构的制作方法

1.本发明涉及航空航天器材与设备技术领域，具体涉及一种二折式半刚性机械展开减速机构。


背景技术：

2.目前在行星探测器气动减速机构领域，半刚性机械展开减速机构的研究还非常有限。传统的用于行星探测的刚性减速机构由于不具备收拢和展开功能，其受限于运载火箭的尺寸，导致其减速面积相对较小，无法承载较大的载荷。于是，有提出具备收拢和展开功能的半刚性机械展开减速机构方案。该机构平时以收拢状态存放于运载火箭内，在进入目标行星前展开，这样便能够同时具备较小的包络体积和较大的减速面积，相较于同包络体积的刚性减速器，其减速能力有所提升，但是该机构只是一折机构(例如cn105584645a、cn217805342u)，折展有限，收拢高度相对较高，而根据运载火箭内部尺寸空间限制，要求减速机构在收拢状态的包络尺寸需控制在一定范围内，另外，根据减速过程中的热气流分布情况，将主体和星体藏纳在柔性防热蒙皮内部可以有效减轻热气流的影响，因此，机构展开后主体能在一定程度上越靠近刚性头锥为好。
3.综述，满足载荷条件和展开要求的一折式半刚性机械展开减速机构折展有限，收拢高度较高，无法满足空间受限的包络需求。


技术实现要素：

4.本发明为克服现有技术的不足，提供一种二折式半刚性机械展开减速机构，本发明双折辐条同步翻折，收拢高度较低，展开后具有足够高的刚性和更强的减速能力。
5.一种二折式半刚性机械展开减速机构包含驱动单元、刚性头锥、柔性防热蒙皮、主体和多组运动杆件单元；所述驱动单元包含绞车和缆绳；绞车安装在主体上，绞车通过缆绳与刚性头锥相连，以驱动刚性头锥可在轴向上朝着主体运动，刚性头锥与主体之间布置有与二者铰接并支撑刚性头锥的多组运动杆件单元，每组运动杆件单元为双折辐条同步翻折机构，以实现随刚性头锥运动而作折展运动，柔性防热蒙皮覆盖于多组运动杆件单元上并随运动杆件单元的展开而张紧。
6.进一步地，每组运动杆件单元包含一折辐条、二折辐条、一折支撑杆和二折支撑杆；一折辐条分别与刚性头锥、二折辐条和一折支撑杆的一端铰接，二折支撑杆的一端与二折辐条铰接，一折支撑杆和二折支撑杆的另一端共同与主体铰接于一处，收拢状态下，一折辐条向上翻折，二折辐条向下翻折。该构型方案平衡了收拢高度和结构复杂度的问题，展开后机构受力稳定性更强。
7.进一步地，每组运动杆件单元包含一折辐条、二折辐条、支撑杆、连杆一、连杆二和连杆三；一折辐条的一端与刚性头锥铰接，一折辐条的另一端分别与二折辐条的一端和支撑杆的一端铰接，支撑杆的另一端与主体铰接，连杆一的一端与二折辐射条的中部铰接，连杆二的一端与支撑杆的铰接，连杆三的一端与一折辐条铰接，连杆一、连杆二和连杆三的另
一端共点铰接。该构型方案展开高度更低，结构重心距离结构的刚性头锥更近，容易满足cg(重心)-cp(压心)条件，拥有在减速过程中受到扰动平衡状态被破坏后能自动调整回原平衡状态的能力，能更好地保护主体和星体减少热气流的影响。
8.进一步地，每组运动杆件单元包含一折辐条、二折辐条、一折支撑杆和二折支撑杆；一折辐条、二折辐条、一折支撑杆和二折支撑杆均为杆状结构，一折辐条的一端与刚性头锥铰接，一折辐条的另一端与二折辐条的一端铰接，一折支撑杆的一端与一折辐条铰接，二折支撑杆的一端与二折辐条铰接，一折支撑杆和二折支撑杆的另一端共同与主体铰接于一处，收拢状态下，一折辐条向下翻折，二折辐条向上翻折。该构型方案相比于同包络体积的刚性减速机构，具有更大的减速面积，从而具有更强的减速能力，相比一折减速机构收拢高度较低。
9.本发明相比现有技术的有益效果是：
10.本发明采用双折辐条同步翻折机构，双折式辐条同步机构同步展开，收拢高度较低，展开后具有足够高的刚性，相比于同包络体积的刚性减速机构，具有更大的减速面积，从而具有更强的减速能力，合理设计了减速机构展开后蒙皮张紧问题的构型方案，合理设计了结构重心距离刚性头锥更近的构型方案，合理设计了平衡收拢高度和结构复杂度问题的构型方案，展开后机构受力稳定性更强。
11.下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步地说明：
附图说明
12.图1为实施例1的展开时整体结构示意图；
13.图2为驱动单元的结构示意图；
14.图3为实施例1中去掉柔性防热蒙皮后机构收拢时的结构示意图
15.图4为实施例1中单组运动杆件单元展开时的结构示意图；
16.图5为图4中去掉柔性防热蒙皮后的结构示意图；
17.图6为实施例1中单组运动杆件单元收拢时的示意图；
18.图7为实施例1中单组运动杆件单元展开过程的示意图；
19.图8为实施例1中单组运动杆件单元完全展开时的示意图
20.图9为实施例2展开时的整体结构示意图；
21.图10为图9中去掉蒙皮后该机构展开时的结构示意图
22.图11为图10中去掉蒙皮后展开过程的结构示意图；
23.图12为图10中去掉蒙皮后收拢时的结构示意图；
24.图13为实施例2的二折式半刚性机械展开减速机构的结构示意图；
25.图14为图1中单组运动杆件单元的结构示意图
26.图15为实施例2的限位台的示意图；
27.图16为实施例3的二折式半刚性机械展开减速机构展开时的整体结构示意图；
28.图17为图16中去掉蒙皮后展开时的示意图；
29.图18为图16中去掉蒙皮后收拢时的示意图；
30.图19为图18中单组运动杆件单元收拢示意图；
31.图20为图18中单组运动杆件单元展开过程示意图；
32.图21为图16中单组运动杆件单元展开时的示意图；
33.图22为图16中单组运动杆件单元展开的整体结构示意图；
34.图23为图22中去掉柔性防热蒙皮后的结构示意图。
具体实施方式
35.下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
36.需要注意的是，除非另有说明，本技术使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
37.结合图1、图2、图9、图10、图16和图17说明，一种二折式半刚性机械展开减速机构包含驱动单元1、刚性头锥2、柔性防热蒙皮3、主体4和多组运动杆件单元5；
38.所述驱动单元1包含绞车1-1和缆绳1-2；绞车1-1安装在主体4上，绞车1-1通过缆绳1-2与刚性头锥2相连，以驱动刚性头锥2可在轴向上朝着主体4运动，刚性头锥2与主体4之间布置有与二者铰接并支撑刚性头锥2的多组运动杆件单元5，每组运动杆件单元5为双折辐条同步翻折机构，以实现随刚性头锥2运动而作折展运动，柔性防热蒙皮3覆盖于多组运动杆件单元5上并随运动杆件单元的展开而张紧。
39.本实施方式中，缆绳1-2下端卷绕于绞车1-1的卷筒上，上端固接在刚性头锥2两侧，为防止偏心，固接的两点要对称。本实施方式相较于现有的一折式半刚性机械展开减速机构，收拢高度较低。
40.基于上述发明构思，下面结合实施例作进一步地说明：
41.实施例1、如图1、图3-图8所示，一种二折式半刚性机械展开减速机构中的每组运动杆件单元5包含一折辐条5-1、二折辐条5-2、一折支撑杆5-7和二折支撑杆5-8；
42.一折辐条5-1分别与刚性头锥5-2、二折辐条5-2和一折支撑杆5-7的一端铰接，二折支撑杆5-8的一端与二折辐条5-2铰接，一折支撑杆5-7和二折支撑杆5-8的另一端共同与主体4铰接于一处，收拢状态下，一折辐条5-1向上翻折，二折辐条5-2向下翻折。
43.本实施例的展开减速机构平衡了收拢高度和结构复杂度的问题，展开后机构受力稳定性更强。驱动单元1由绞车1-1和缆绳1-2组成。绞车1-1固定于主体4上，缆绳1-2下端卷绕于绞车1-1的卷筒上，而上端固接于刚性头锥2两侧，为防止偏心，固接的两点需对称。
44.柔性防热蒙皮3均匀覆盖在多组运动杆件单元5(图1所示为12组，但不局限于此数量)上，机构收拢时像雨伞收拢时的伞面一样，机构展开时随之张紧。
45.该实施例1工作时，收拢状态下，一折辐条5-1向上翻折，二折辐条5-2向下翻折，驱动单元1的绞车1-1在其电机转动下带动其卷筒转动，将缆绳1-2未卷绕在绞车1-2的卷筒上的部分卷绕起来，从而收短缆绳1-2，从而拉动刚性头锥2在轴向方向上朝主体4运动，于是所有的运动杆件单元5也跟着运动。其中，一折辐条5-1一方面绕与刚性头锥2的铰接点旋转翻折，一方面随刚性头锥2平动，一折支撑杆5-7和二折支撑杆5-8绕与主体4的铰接点旋转，这三个杆件的运动带动二折辐条5-8向上翻折运动，从而完成展开功能。运动杆件单元5展开时，带动覆盖于其上的柔性防热蒙皮3展开而张紧，展开状态下，柔性防热蒙皮3呈锥形。
46.本实施例的减速机构相对于其他构型，结构简单，展开后单组杆件运动单元成三
角型，比较稳定，折展能力相较于一折减速机构更强，展开后高度适中。例如：所述一折辐条5-1为三角形辐条，三角形辐条的三个顶点分别与刚性头锥5-2、二折辐条5-2和一折支撑杆5-7的一端铰接。三角形辐条的使用，使得减速机构展开时，一折支撑杆5-7的上端接近刚性头锥2的轴线，一折支撑杆5-7处于倾斜状态，很好地平衡了收拢高度和结构复杂度的问题，使得满足包络尺寸要求(避免了运载火箭内部尺寸空间限制)。
47.通过对实施例1的构型分析，该实施例1的减速机构具有确定的运动。其在展开过程中刚性头锥轴向运动距离也很小，收拢时一折辐条5-1向上翻折，二折辐条5-2向下翻折的特点使它避免了收拢时两辐条连接处附近易产生蒙皮褶皱的缺点，展开后减速机构受力稳定性更强。
48.实施例2、结合图9-图14所示，一种二折式半刚性机械展开减速机构中的每组运动杆件单元5包含一折辐条5-1、二折辐条5-2、支撑杆5-3、连杆一5-4、连杆二5-5和连杆三5-6；一折辐条5-1的一端与刚性头锥2铰接，一折辐条5-2的另一端分别与二折辐条5-2的一端和支撑杆5-3的一端铰接，支撑杆5-3的另一端与主体4铰接，连杆一5-4的一端与二折辐射条5-2的中部铰接，连杆二5-5的一端与支撑杆5-3的铰接，连杆三5-6的一端与一折辐条5-1铰接，连杆一5-4、连杆二5-5和连杆三5-6的另一端共点铰接。
49.本实施例的减速机构展开高度更低，结构重心距离结构的刚性头锥更近，容易满足cg-cp条件，拥有在减速过程中受到扰动平衡状态被破坏后能自动调整回原平衡状态的能力。相较于实施例1能更好地保护主体和星体减少热气流的影响。
50.柔性防热蒙皮3均匀覆盖在多组运动杆件单元5(图10和图13所示为8组，但不局限于此数量)上，机构收拢时像雨伞收拢时的伞面一样，机构展开时随之张紧。
51.该实施例1展开时，由驱动单元1的缆车1-1的卷筒转动，带动缆绳1-2，缆绳1-2拉动刚性头锥2在轴向朝着主体4运动，从而带动多组运动杆件单元5运动。展开时，运动杆件单元5的一折辐条5-1绕与刚性头锥2的铰接点旋转，同时随刚性头锥2的轴向运动而平动，支撑杆5-3绕与主体4铰接点转动。一折辐条5-1和支撑杆5-3的运动带动二折辐条5-2和连杆一5-4、连杆二5-5、连杆三5-6运动，从而完成结构的展开。多组运动杆件单元5展开时，带动覆盖于其上的柔性防热蒙皮3展开而张紧，展开状态下，柔性防热蒙皮3呈锥形。
52.考虑希望展开高度能够更低一些，本实施例1中，如果一折辐条5-1和二折辐条5-2共线，展开时支撑杆5-3与水平线夹角很小，提供的支撑很有限。所以在这种情况下，外加支撑。限位台6设置在位于刚性头锥2下方的主体4上，如图15所示，所述的限位台6包含圆环6-1和多个支撑杆6-2，支撑杆6-2固定在圆环6-1的表面上，支撑杆6-2布置在主体4上，应用如图10、图11和图15所示，可实现展开的定位和展开后的受力支撑。当刚性头锥2与限位台6上端接触时，展开过程停止，展开完成。
53.为了保证运行的可靠性，所述支撑杆5-3为u形结构，连杆三5-6布置在u形结构的槽内。如此设置，支撑杆5-3与连杆二5-5、连杆三5-6互补干涉，满足包络尺寸的需要。
54.通过对实施例2的构型分析，该实施例2的减速机构具有确定的运动。折展能力比较强，展开后高度比较低，虽然结构比较复杂，但由于展开后高度较低，可以放进内部尺寸空间限制的区域(例如火箭)。
55.实施例3、结合图16-图23所示，一种二折式半刚性机械展开减速机构中的每组运动杆件单元5包含一折辐条5-1、二折辐条5-2、一折支撑杆5-7和二折支撑杆5-8；一折辐条
5-1、二折辐条5-2、一折支撑杆5-7和二折支撑杆5-8均为杆状结构，一折辐条5-1的一端与刚性头锥2铰接，一折辐条5-2的另一端与二折辐条5-2的一端铰接，一折支撑杆5-7的一端与一折辐条5-1铰接，二折支撑杆5-8的一端与二折辐条5-2铰接，一折支撑杆5-7和二折支撑杆5-8的另一端共同与主体4铰接于一处，收拢状态下，一折辐条5-1向下翻折，二折辐条5-2向上翻折。
56.本实施例具有收拢和展开功能，相比于同包络体积的刚性减速机构，具有更大的减速面积，从而具有更强的减速能力，相较于一折式半刚性机械展开减速机构，其收拢高度较低，解决了机构展开后蒙皮张紧的问题。
57.柔性防热蒙皮3均匀覆盖在多组运动杆件单元5(图1所示为8组，但不局限于此数量)上，机构收拢时像雨伞收拢时的伞面一样，机构展开时随之张紧。
58.本实施例的减速机构收拢状态下，一折辐条5-1向下翻折，二折辐条5-2向上翻折，展开时，由驱动单元1的缆车1-1的卷筒转动，带动缆绳1-2，缆绳1-2拉动刚性头锥2在轴向朝着主体4运动，从而带动多组运动杆件单元5运动。展开时，一折辐条5-1绕与刚性头锥2的铰接点旋转，同时随刚性头锥2的轴向运动而平动，一折支撑杆5-7和二折支撑杆5-8绕与主体4铰接点旋转。一折辐条5-1和二折支撑杆5-8的运动带动二折辐条5-2运动，从而完成结构的展开，多运动杆件单元5展开时，带动覆盖于其上的柔性防热蒙皮3展开而张紧，从而完成整个结构的展开功能，展开状态下，柔性防热蒙皮3呈锥形。
59.通过对实施例3的构型分析，该实施例3的减速机构具有确定的运动。在收拢状态下，一折辐条5-1往下翻折，二折辐条5-2往上翻折，其结构相对较为简单。其在展开过程中，刚性头锥2轴向运动距离很小，展开后中间剩余空间比较大，当然这也意味着展开后高度较实施例2的更高。另外，本实施例展开后刚度较好。当所设计的一折辐条较长时，其收拢高度相对同展开直径的其他构型的较小，且其收拢时二折辐条往上翻折的特性可以很好地解决蒙皮展开后张紧的问题。
60.上述三个实施例均是实现一个实际应用背景下提出的不同方案，对标的是行星再入减速。均满足一定的共性指标，例如，三种实施例的减速机构，收拢状态下，主体4的上表面至刚性头锥2顶端的距离：展开状态下，双折辐条共线且与刚性头锥2轴线的夹角，收拢和展开状态下，机构的最大直径均满足火箭包络要求，三种方案各有异同，均可实现运载火箭内部尺寸空间受限情况下，减速机构在收拢状态的包络尺寸能控制在一定范围内，能很好地适应不同应用场景。
61.本发明已以较佳实施案例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可以利用上述揭示的结构及技术内容做出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施案例，均仍属本发明技术方案范围。