本發(fā)明涉及繩系編隊(duì)飛行，尤其是涉及一種用于空間繩系編隊(duì)飛行的可重組機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)：

航天器繩系編隊(duì)飛行通過控制航天器之間系繩的張力來保持或控制編隊(duì)構(gòu)形，是近二三十年內(nèi)形成的一個(gè)較新的領(lǐng)域。雖然繩系編隊(duì)飛行研究起步較晚，但其在空間干涉測(cè)量、空間成像、在軌捕獲等方面的巨大應(yīng)用價(jià)值與前景得到了人們的廣泛認(rèn)可。多航天器編隊(duì)飛行傳統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方式為噴氣力控制維持編隊(duì)隊(duì)形，在隊(duì)形控制過程中需要消耗大量的燃料。為解決傳統(tǒng)航天器編隊(duì)飛行燃料消耗問題，研究人員提出了多種航天器編隊(duì)飛行方案，如庫侖力編隊(duì)飛行、電磁編隊(duì)飛行以及繩系衛(wèi)星編隊(duì)飛行等?？臻g繩系編隊(duì)飛行能更加精確地測(cè)量編隊(duì)飛行航天器器之間的相對(duì)位置，提高姿軌控制的精度，增加系統(tǒng)穩(wěn)定性。但多繩系結(jié)構(gòu)也使得編隊(duì)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，對(duì)空間航天器的同步控制能力和燃料消耗也提出了更高的要求。特別是在編隊(duì)前，由于各編隊(duì)航天器之間的系繩沒有起到連接作用使得系統(tǒng)由多個(gè)離散的剛體組成，需保證各個(gè)編隊(duì)飛行器高度同步；在編隊(duì)后的長(zhǎng)距離離軌、變軌過程中也需要保證編隊(duì)飛行器的高度同步性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服背景技術(shù)領(lǐng)域中空間繩系編隊(duì)飛行在編隊(duì)前、后的同步性問題，本發(fā)明的目的在于提供一種用于空間繩系編隊(duì)飛行的可重組機(jī)構(gòu)，是一種分步式可重組機(jī)構(gòu)。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

本發(fā)明的可重組機(jī)構(gòu)由四個(gè)結(jié)構(gòu)相同的子機(jī)構(gòu)構(gòu)成，每個(gè)子機(jī)構(gòu)均包括彈射-對(duì)接部件和系繩控制部件。

所述彈射-對(duì)接部件，包括：錐筒、四根彈簧、四根導(dǎo)軌桿、四個(gè)導(dǎo)軌筒、錐桿和外殼；在外殼內(nèi)，錐筒大端安裝在外殼的左側(cè)板外側(cè)，四個(gè)導(dǎo)軌筒垂直均布在外殼的中間板側(cè)面上，每根導(dǎo)軌桿與各自導(dǎo)軌筒為滑動(dòng)配合，每根彈簧套于各自導(dǎo)軌桿上，導(dǎo)軌桿的端部與錐筒大端部端面連接，每根彈簧兩端分別由導(dǎo)軌筒的凸出臺(tái)階和錐筒大端部端面進(jìn)行限位，錐桿大端固定在外殼后板外側(cè)的中心處；

所述系繩控制部件，包括：系繩、編碼器、電磁剎車、伺服電機(jī)、張力傳感器、減速器、第一軸承座、卷繩筒、第二軸承座、輔助導(dǎo)輪、張力測(cè)量輪、繩長(zhǎng)測(cè)量輪、張力預(yù)緊器、走繩板、底板和繩長(zhǎng)編碼器；在外殼內(nèi)，編碼器的安裝面與電磁剎車的一端連接，電磁剎車的另一端與伺服電機(jī)的一端連接，伺服電機(jī)的另一端與減速器的一端連接，減速器的另一端固定在第一軸承座上，減速器輸出軸穿過第一軸承座軸承內(nèi)圈經(jīng)卷繩筒中心孔與第二軸承座軸承內(nèi)圈轉(zhuǎn)動(dòng)連接，第一軸承座與第二軸承座的底部均安裝在固定底板上，固定底板上垂直裝有走繩板，走繩板與錐筒軸線平行，走繩板從左至右依次安裝有張力預(yù)緊器、帶有繩長(zhǎng)測(cè)量輪的繩長(zhǎng)編碼器、帶有張力測(cè)量輪的張力傳感器和輔助輪；

系繩的一端從外殼外由錐筒中心孔進(jìn)入后，依次經(jīng)過張力預(yù)緊器、繩長(zhǎng)測(cè)量輪、張力測(cè)量輪和輔助導(dǎo)輪后，固定在卷繩筒內(nèi)壁處，系繩的另一端與相鄰一套子機(jī)構(gòu)的錐桿的中部連接。

本發(fā)明具有的有益效果是：

1、本發(fā)明提供的可重組機(jī)構(gòu)，可提高繩系編隊(duì)飛行的可靠性、降低控制的復(fù)雜性。

2、本發(fā)明提供的可重組機(jī)構(gòu)，利用系繩引導(dǎo)實(shí)現(xiàn)可重組機(jī)構(gòu)間的對(duì)接，可提高對(duì)接的準(zhǔn)確性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的子機(jī)構(gòu)的平面圖。

圖2是本發(fā)明的子機(jī)構(gòu)壓縮狀態(tài)時(shí)的三維圖。

圖3是本發(fā)明的可重組機(jī)構(gòu)完全收縮時(shí)的示意圖。

圖4是本發(fā)明的可重組機(jī)構(gòu)完全展開時(shí)的示意圖。

圖中：1、錐筒，2、彈簧，3、導(dǎo)軌桿，4、導(dǎo)軌筒，5、錐桿，6、外殼，7、系繩，8、編碼器，9、電磁剎車，10、伺服電機(jī)，11、張力傳感器，12、減速器，13、第一軸承座，14、卷繩筒，15、第二軸承座，16、輔助導(dǎo)輪，17、張力測(cè)量輪，18、繩長(zhǎng)測(cè)量輪，19、張力預(yù)緊器，20、走繩板，21、固定底板，22、繩長(zhǎng)編碼器。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

如圖1、圖2所示，本發(fā)明的可重組機(jī)構(gòu)由四個(gè)結(jié)構(gòu)相同的子機(jī)構(gòu)a、b、c、d構(gòu)成，每個(gè)子機(jī)構(gòu)均包括彈射-對(duì)接部件和系繩控制部件。

所述彈射-對(duì)接部件，包括：錐筒1、四根彈簧2、四根導(dǎo)軌桿3、四個(gè)導(dǎo)軌筒4、錐桿5和外殼6；在外殼6內(nèi)，錐筒1大端安裝在外殼6的左側(cè)板外側(cè)，四個(gè)導(dǎo)軌筒4垂直均布在外殼6的中間板側(cè)面上，每根導(dǎo)軌桿3與各自導(dǎo)軌筒4為滑動(dòng)配合，每根彈簧2套于各自導(dǎo)軌桿3上，導(dǎo)軌桿3的端部與錐筒1大端部端面連接，每根彈簧2兩端分別由導(dǎo)軌筒4的凸出臺(tái)階和錐筒1大端部端面進(jìn)行限位，錐桿5大端固定在外殼6后板外側(cè)的中心處。

所述系繩控制部件，包括：系繩7、編碼器8、電磁剎車9、伺服電機(jī)10、張力傳感器11、減速器12、第一軸承座13、卷繩筒14、第二軸承座15、輔助導(dǎo)輪16、張力測(cè)量輪17、繩長(zhǎng)測(cè)量輪18、張力預(yù)緊器19、走繩板20、底板21和繩長(zhǎng)編碼器22；在外殼6內(nèi)，編碼器8的安裝面與電磁剎車9的一端連接，電磁剎車9的另一端與伺服電機(jī)10的一端連接，伺服電機(jī)10的另一端與減速器12的一端連接，減速器12的另一端固定在第一軸承座13上，減速器12輸出軸穿過第一軸承座13軸承內(nèi)圈經(jīng)卷繩筒14中心孔與第二軸承座15軸承內(nèi)圈轉(zhuǎn)動(dòng)連接，第一軸承座13與第二軸承座15的底部均安裝在固定底板21上，固定底板21上垂直裝有走繩板20，走繩板20與錐筒2軸線平行，走繩板20從左至右依次安裝有張力預(yù)緊器19、帶有繩長(zhǎng)測(cè)量輪18的繩長(zhǎng)編碼器22、帶有張力測(cè)量輪17的張力傳感器11和輔助輪16。

系繩7的一端從外殼6外由錐筒1中心孔進(jìn)入后，依次經(jīng)過張力預(yù)緊器19、繩長(zhǎng)測(cè)量輪18、張力測(cè)量輪17和輔助導(dǎo)輪16后，固定在卷繩筒14內(nèi)壁處，系繩7的另一端與相鄰一套子機(jī)構(gòu)的錐桿5的中部連接。

如圖3所示，可重組機(jī)構(gòu)完全收縮時(shí)，第一子機(jī)構(gòu)a的錐桿5嵌套在第四子機(jī)構(gòu)d的錐筒1內(nèi)，第四子機(jī)構(gòu)d的錐桿5嵌套在第三子機(jī)構(gòu)c的錐筒1內(nèi)，第三子機(jī)構(gòu)c的錐桿5嵌套在第二子機(jī)構(gòu)b的錐筒1內(nèi)，第二子機(jī)構(gòu)b的錐桿5嵌套在第一子機(jī)構(gòu)a的錐筒1內(nèi)。

如圖4所示，可重組機(jī)構(gòu)完全展開時(shí)，第一子機(jī)構(gòu)(a)的錐桿5與第四子機(jī)構(gòu)d的錐筒1、第三子機(jī)構(gòu)c的錐桿5與第二子機(jī)構(gòu)b的錐筒1完全分離；第四子機(jī)構(gòu)d的錐桿5與第三子機(jī)構(gòu)c的錐筒1、第二子機(jī)構(gòu)b的錐桿5與第一子機(jī)構(gòu)a的錐筒1完全分離；四個(gè)互不接觸的子機(jī)構(gòu)通過系繩7相互連接，系繩7處于完全釋放狀態(tài)。

本發(fā)明的工作原理：

如圖2、圖3所示，在編隊(duì)飛行前，每個(gè)子機(jī)構(gòu)a、b、c、d的彈簧2均處于壓縮狀態(tài)，通過每個(gè)系繩控制部件的電磁剎車9鎖死系繩7實(shí)現(xiàn)子機(jī)構(gòu)間的可靠連接；即第一子機(jī)構(gòu)a的錐桿5嵌套在第四子機(jī)構(gòu)d的錐筒1內(nèi)，第四子機(jī)構(gòu)d的錐桿5嵌套在第三子機(jī)構(gòu)c的錐筒1內(nèi)，第三子機(jī)構(gòu)c的錐桿5嵌套在第二子機(jī)構(gòu)b的錐筒1內(nèi)，第二子機(jī)構(gòu)b的錐桿5嵌套在第一子機(jī)構(gòu)a的錐筒1內(nèi)。

如圖3、圖4所示，在彈射展開時(shí)，每個(gè)系繩控制部件的電磁剎車9解鎖系繩7，每個(gè)系繩控制部件釋放系繩7，每個(gè)子機(jī)構(gòu)a、b、c、d的彈簧2均逐步恢復(fù)原長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)可重組機(jī)構(gòu)的相互分離；即第一子機(jī)構(gòu)a的錐桿5與第四子機(jī)構(gòu)d的錐筒1、第三子機(jī)構(gòu)c的錐桿5與第二子機(jī)構(gòu)b的錐筒1先同時(shí)分離；而后第四子機(jī)構(gòu)d的錐桿5與第三子機(jī)構(gòu)c的錐筒1、第二子機(jī)構(gòu)b的錐桿5與第一子機(jī)構(gòu)a的錐筒1再同時(shí)分離。即可重組機(jī)構(gòu)通過“一分為二”再“二分為四”的過程實(shí)現(xiàn)分離展開。

如圖3、圖4所示，在對(duì)接組合時(shí)，每個(gè)系繩控制部件回收系繩7，每個(gè)子機(jī)構(gòu)a、b、c、d的彈簧2逐步壓縮，每個(gè)子機(jī)構(gòu)a、b、c、d的錐桿5與錐筒1在系繩7的引導(dǎo)下逐步配合實(shí)現(xiàn)子機(jī)構(gòu)間的相互對(duì)接；即第一子機(jī)構(gòu)a的錐桿5與第四子機(jī)構(gòu)d的錐筒1、第三子機(jī)構(gòu)c的錐桿5與第二子機(jī)構(gòu)b的錐筒1先同時(shí)對(duì)接；而后第四子機(jī)構(gòu)d的錐桿5與第三子機(jī)構(gòu)c的錐筒1、第二子機(jī)構(gòu)b的錐桿5與第一子機(jī)構(gòu)a的錐筒1再同時(shí)對(duì)接；在相鄰子機(jī)構(gòu)的錐桿5與錐筒1完全嵌套后系繩控制部件的電磁剎車9鎖死，實(shí)現(xiàn)四個(gè)子機(jī)構(gòu)a、b、c、d的可靠連接。即可重組機(jī)構(gòu)通過“合四為二”再“合二為一”的過程實(shí)現(xiàn)對(duì)接收縮。