本發(fā)明屬于航天領(lǐng)域，涉及轉(zhuǎn)纜制動(dòng)副加速器。

背景技術(shù)：

當(dāng)前衛(wèi)星、宇宙飛船等航天器的發(fā)射采用火箭來實(shí)現(xiàn)，3噸重的衛(wèi)星等進(jìn)入太空需要100-300噸的火箭?；鸺旨?jí)多，技術(shù)復(fù)雜，容易出事故，成本高昂，往往只有大國能夠承受。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種轉(zhuǎn)纜制動(dòng)副加速器。

轉(zhuǎn)纜制動(dòng)副加速器運(yùn)行于太空中，繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)；由定軸、3個(gè)驅(qū)動(dòng)臂、纖維纜、5個(gè)配重、多個(gè)制動(dòng)副等組成；一個(gè)驅(qū)動(dòng)臂兩頭各有一根纖維纜，纖維纜靠近驅(qū)動(dòng)臂處的截面積最大，越往末端截面積越小，末端有配重；中間位置的其中一根纖維纜分為多段，稱為纖維纜段，有多個(gè)制動(dòng)副，兩個(gè)制動(dòng)副之間是一段纖維纜段，纖維纜段、制動(dòng)副交錯(cuò)串聯(lián)；定軸的中間位置和兩頭位置處分別有轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)，轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)上有驅(qū)動(dòng)臂；驅(qū)動(dòng)臂用于帶動(dòng)纖維纜、配重、制動(dòng)副繞定軸加速轉(zhuǎn)動(dòng)。

每個(gè)驅(qū)動(dòng)臂是由8根開縫內(nèi)螺紋管及其桁架組成，在轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)的兩邊、對(duì)稱布置；開縫內(nèi)螺紋管的內(nèi)表面有螺紋，管壁有縫，管內(nèi)有調(diào)距蝸桿，調(diào)距蝸桿的頂部有橫杠，橫杠可以順著縫上下移動(dòng)；橫杠中間有滑輪，纖維纜可以繞過滑輪；調(diào)距蝸桿可以螺旋移動(dòng)，從而推動(dòng)橫杠和滑輪順著縫移動(dòng)，使得滑輪可以移動(dòng)到驅(qū)動(dòng)臂末端或近轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)處；開縫內(nèi)螺紋管和桁架在靠近轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)處的厚度和截面積最大，越往末端越小。

在公轉(zhuǎn)過程中，定軸垂直于公轉(zhuǎn)平面，纖維纜的轉(zhuǎn)動(dòng)平面則平行于公轉(zhuǎn)平面；中間位置的驅(qū)動(dòng)臂、纖維纜、配重、制動(dòng)副繞定軸的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，與轉(zhuǎn)纜制動(dòng)副加速器繞地球公轉(zhuǎn)的方向相同，也就是說，兩者都是順時(shí)針繞轉(zhuǎn)，或者兩者都是逆時(shí)針繞轉(zhuǎn)；兩側(cè)位置的驅(qū)動(dòng)臂、纖維纜、配重繞定軸的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，與轉(zhuǎn)纜制動(dòng)副加速器繞地球公轉(zhuǎn)的方向相反。

制動(dòng)副主要由碳制動(dòng)帶、制動(dòng)鉗和外殼組成；碳制動(dòng)帶是由碳纖維材料制造的扁帶，規(guī)整存放在外殼內(nèi)；碳制動(dòng)帶出口處有一對(duì)互相貼近的調(diào)平滑輪；制動(dòng)鉗能夠夾著碳制動(dòng)帶，實(shí)施制動(dòng)；制動(dòng)副上有插銷；每個(gè)制動(dòng)副的外殼連接在靠近定軸的上一段纖維纜段的末端，而遠(yuǎn)離定軸的下一段纖維纜段扣在本制動(dòng)副的插銷上、且與本制動(dòng)副的碳制動(dòng)帶聯(lián)結(jié)；最外端的制動(dòng)副沒有插銷，其碳制動(dòng)帶也不連接纖維纜段；中間位置的轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)也有制動(dòng)副。

運(yùn)載火箭的頂部有對(duì)接火箭；對(duì)接火箭有對(duì)接線線盤，對(duì)接線線盤可以放出對(duì)接線；對(duì)接火箭的噴口向外側(cè)傾斜，以免燒傷對(duì)接線。

其工作過程是：驅(qū)動(dòng)臂的滑輪移動(dòng)到末端，驅(qū)動(dòng)臂帶動(dòng)纖維纜和配重等加速轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)滑輪慢慢移動(dòng)到近轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)處；達(dá)到預(yù)定轉(zhuǎn)速后，所有的插銷松開，纖維纜段拉出碳制動(dòng)帶，制動(dòng)鉗開始制動(dòng)；運(yùn)載火箭預(yù)先發(fā)射到太空，與轉(zhuǎn)纜制動(dòng)副加速器相會(huì)，對(duì)接火箭點(diǎn)火，此刻與最外端的制動(dòng)副的碳制動(dòng)帶相連接，運(yùn)載火箭內(nèi)的航天器被拉出，并利用碳制動(dòng)帶制動(dòng)；制動(dòng)完成后，中間位置和兩側(cè)位置的纖維纜等,減速轉(zhuǎn)動(dòng)，收回中間位置的纖維纜和碳制動(dòng)帶，航天器被收入到轉(zhuǎn)纜制動(dòng)副加速器里。

設(shè)兩側(cè)位置的配重繞定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度的目標(biāo)值是w，纖維纜的材料的比強(qiáng)度是ε(抗拉強(qiáng)度除以密度)；設(shè)x是纖維纜上的位置，x=0是定軸處，此處纖維纜的截面積是，纖維纜的截面積S(x)符合下面公式

其中EXP( )表示自然對(duì)數(shù)e的指數(shù)運(yùn)算。

應(yīng)用轉(zhuǎn)纜制動(dòng)副加速器，能夠大大降低航天成本，促進(jìn)航天事業(yè)的發(fā)展。

附圖說明

圖1 是轉(zhuǎn)纜制動(dòng)副加速器的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)和驅(qū)動(dòng)臂，及其開縫內(nèi)螺紋管、滑輪、纖維纜的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是開縫內(nèi)螺紋管、橫杠、滑輪、纖維纜、調(diào)距蝸桿的示意圖。

圖4是驅(qū)動(dòng)臂的橫截面的示意圖。

圖5是定軸和驅(qū)動(dòng)臂的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6是碳制動(dòng)帶的示意圖。

圖7是制動(dòng)副及其碳制動(dòng)帶、制動(dòng)夾的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8是運(yùn)載火箭、對(duì)接火箭的示意圖。

圖9是最外端的制動(dòng)副與運(yùn)載火箭的對(duì)接火箭相連接的示意圖。

圖10是航天器被捕獲、各個(gè)制動(dòng)副的碳制動(dòng)帶被拉出、制動(dòng)的示意圖。

附圖標(biāo)記說明

1,定軸。2，驅(qū)動(dòng)臂。3，纖維纜。4，纖維纜段。5，制動(dòng)副。6，配重。8，開縫內(nèi)螺紋管。9，調(diào)距蝸桿。10，橫杠。11，滑輪。12，桁架。13，縫。15，碳制動(dòng)帶。16，制動(dòng)鉗。17，插銷。18，外殼。19，調(diào)平滑輪。20，航天器。22，對(duì)接火箭。23，對(duì)接線線盤。24，對(duì)接線。25，噴口。26，運(yùn)載火箭。28，中間位置。29，兩側(cè)位置。30，轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)。31，末端。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行描述。顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

轉(zhuǎn)纜制動(dòng)副加速器運(yùn)行于太空中，繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)；由定軸1、3個(gè)驅(qū)動(dòng)臂2、纖維纜3、5個(gè)配重6、多個(gè)制動(dòng)副5等組成；一個(gè)驅(qū)動(dòng)臂2兩頭各有一根纖維纜3，纖維纜3靠近驅(qū)動(dòng)臂2處的截面積最大，越往末端截面積越小，末端有配重6；中間位置28的其中一根纖維纜3分為多段，稱為纖維纜段4，有多個(gè)制動(dòng)副5，兩個(gè)制動(dòng)副5之間是一段纖維纜段4，纖維纜段4、制動(dòng)副5交錯(cuò)串聯(lián)；定軸1的中間位置28和兩頭位置29處分別有轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)30，轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)30上有驅(qū)動(dòng)臂2；驅(qū)動(dòng)臂2用于帶動(dòng)纖維纜3、配重6、制動(dòng)副5繞定軸1加速轉(zhuǎn)動(dòng)。

每個(gè)驅(qū)動(dòng)臂2是由8根開縫內(nèi)螺紋管8及其桁架12組成，在轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)30的兩邊、對(duì)稱布置；開縫內(nèi)螺紋管8的內(nèi)表面有螺紋，管壁有縫13，管內(nèi)有調(diào)距蝸桿9，調(diào)距蝸桿13的頂部有橫杠10，橫杠10可以順著縫13上下移動(dòng)；橫杠10中間有滑輪11，纖維纜3可以繞過滑輪11；調(diào)距蝸桿9可以螺旋移動(dòng)，從而推動(dòng)橫杠10和滑輪11順著縫13移動(dòng)，使得滑輪11可以移動(dòng)到驅(qū)動(dòng)臂2末端31或近轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)30處；開縫內(nèi)螺紋管8和桁架12在靠近轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)30處的厚度和截面積最大，越往末端31越小。

在公轉(zhuǎn)過程中，定軸1垂直于公轉(zhuǎn)平面，纖維纜3的轉(zhuǎn)動(dòng)平面則平行于公轉(zhuǎn)平面；中間位置28的驅(qū)動(dòng)臂2、纖維纜3、配重6、制動(dòng)副5繞定軸1的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，與轉(zhuǎn)纜制動(dòng)副加速器繞地球公轉(zhuǎn)的方向相同，也就是說，兩者都是順時(shí)針繞轉(zhuǎn)，或者兩者都是逆時(shí)針繞轉(zhuǎn)；兩側(cè)位置29的驅(qū)動(dòng)臂2、纖維纜3、配重6繞定軸1的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，與轉(zhuǎn)纜制動(dòng)副加速器繞地球公轉(zhuǎn)的方向相反。

制動(dòng)副5主要由碳制動(dòng)帶15、制動(dòng)鉗16和外殼18組成；碳制動(dòng)帶15是由碳纖維材料制造的扁帶，規(guī)整存放在外殼18內(nèi)；碳制動(dòng)帶15出口處有一對(duì)互相貼近的調(diào)平滑輪19；制動(dòng)鉗16能夠夾著碳制動(dòng)帶15，實(shí)施制動(dòng)；制動(dòng)副5上有插銷17；每個(gè)制動(dòng)副5的外殼18連接在靠近定軸1的上一段纖維纜段4的末端，而遠(yuǎn)離定軸1的下一段纖維纜段4扣在本制動(dòng)副5的插銷17上、且與本制動(dòng)副5的碳制動(dòng)帶15聯(lián)結(jié)；最外端的制動(dòng)副5沒有插銷17，其碳制動(dòng)帶15也不連接纖維纜段4；中間位置28的轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)30也有制動(dòng)副5。

運(yùn)載火箭26的頂部有對(duì)接火箭22；對(duì)接火箭22有對(duì)接線線盤23，對(duì)接線線盤23可以放出對(duì)接線24；對(duì)接火箭22的噴口25向外側(cè)傾斜，以免燒傷對(duì)接線24。

其工作過程是：驅(qū)動(dòng)臂2的滑輪11移動(dòng)到末端31，驅(qū)動(dòng)臂2帶動(dòng)纖維纜3和配重6等加速轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)滑輪11慢慢移動(dòng)到近轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)30處；達(dá)到預(yù)定轉(zhuǎn)速后，所有的插銷17松開，纖維纜段4拉出碳制動(dòng)帶15，制動(dòng)鉗16開始制動(dòng)；運(yùn)載火箭26預(yù)先發(fā)射到太空，與轉(zhuǎn)纜制動(dòng)副加速器相會(huì)，對(duì)接火箭22點(diǎn)火，此刻與最外端的制動(dòng)副5的碳制動(dòng)帶15相連接，運(yùn)載火箭26內(nèi)的航天器20被拉出，并利用碳制動(dòng)帶15制動(dòng)；制動(dòng)完成后，中間位置28和兩側(cè)位置29的纖維纜3等,減速轉(zhuǎn)動(dòng)，收回中間位置28的纖維纜3和碳制動(dòng)帶15，航天器20被收入到轉(zhuǎn)纜制動(dòng)副加速器里。

設(shè)兩側(cè)位置29的配重6繞定軸1轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度的目標(biāo)值是w，纖維纜3的材料的比強(qiáng)度是ε(抗拉強(qiáng)度除以密度)；設(shè)x是纖維纜3上的位置，x=0是定軸1處，此處纖維纜3的截面積是，纖維纜3的截面積S(x)符合下面公式

其中EXP( )表示自然對(duì)數(shù)e的指數(shù)運(yùn)算。

定軸1長200-300米，直徑是數(shù)米，是空心軸，質(zhì)量可達(dá)100噸。驅(qū)動(dòng)臂2長度在80-200米，寬度是5-10米，質(zhì)量可達(dá)60-100噸，主要依靠開縫內(nèi)螺紋管8來承受纖維纜3和滑輪11帶來的側(cè)向力和壓力。兩側(cè)位置29的配重6可達(dá)1-10噸，中間位置28的配重6可達(dá)20-40噸。纖維纜3長達(dá)1000-2000米，末端的配重6的轉(zhuǎn)動(dòng)的線速度可達(dá)1000米/秒以上，截面積在數(shù)平方厘米到數(shù)十平方厘米，質(zhì)量在1-4噸。纖維纜段每段長200-500米，制動(dòng)副5每個(gè)重100-500千克，碳制動(dòng)帶15長數(shù)百米到數(shù)千米。

在開始執(zhí)行任務(wù)、纖維纜3開始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，滑輪11需要在驅(qū)動(dòng)臂2的末端31，纖維纜3的角速度增大后，滑輪11需要移向轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)30處。這個(gè)移動(dòng)是靠調(diào)距螺桿9旋動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的。

調(diào)平滑輪19互相貼近，使得被拉出的碳制動(dòng)帶15是平直狀態(tài)才經(jīng)過制動(dòng)鉗16。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。