空间大容差拖拽展开式伸展臂

1.本实用新型涉及航空航天可展开机构领域，特别涉及一种空间大容差拖拽展开式伸展臂。


背景技术：

2.空间伸展臂是应用于空间领域的主要承力结构，随着航天事业的高速发展，对直线伸展臂的需求达到几十米甚至上百米。受到航天运载工具运载空间的限制，伸展臂在发射阶段呈收拢状态，待进入预定轨道之后再展开工作。
3.目前铰接式伸展臂主要用作于静态支撑结构，刚度普遍较差。随着航天任务的复杂化，伸展臂将会面临大弯矩，大拉力的复杂工况。因此亟需一种高刚度，稳定性好的伸展臂。
4.由于拖拽展开的展开过程中伸展臂两端受到两个轴向拉力，可折展单元组中每个折展单元的展开阻力不尽相同，可能产生上一个单位还未完全展开下一个单元就提前展开的情况，展开姿态难以控制，因此需要设计一种机构保证各单元可以按照先后顺序逐级展开。
5.同时拖拽展开的展开速度较快，棱柱铰链在较快的展开速度下可能会出现展开到位后来不及锁定并发生回弹的现象，影响展开的可靠性，因此亟需一种能防止回弹，容差性高的铰链结构。


技术实现要素：

6.本实用新型是为克服现有技术不足，提供一种空间大容差拖拽展开式伸展臂，该伸展臂刚度大，抗拉能力强，展开过程逐级展开，不产生回弹现象，发动机拖拽展开，效率高，展开速度快。
7.空间大容差拖拽展开式伸展臂，包含可折展单元组、展开喷射发动机和端面承力板；
8.两个展开喷射发动机分别固定在两个端面承力板上，两个端面承力板之间布置有可折展单元组，所述可折展单元组包含串联铰接的n个可折展单元，n≥1的正整数，最外侧的两个可折展单元分别与两个端面承力板固接；
9.每个可折展单元展开后为三棱柱，展开后为三棱柱的每个可折展单元的每条侧棱可向内折叠，收拢于两个底面之间，每条侧棱包含棱柱可锁紧铰链和两根侧棱杆，两根侧棱杆通过棱柱可锁紧铰链连接，相邻两个可折展单元共用一个所述底面，每个所述底面包含三个连接杆和三个根部逐级释放锁紧机构，每两个连接杆通过一个根部逐级释放锁紧机构连接构成三角形结构，每条侧棱与两个根部逐级释放锁紧机构铰接，每个可折展单元的两根侧棱杆展开呈一条直线后由棱柱可锁紧铰链和根部逐级释放锁紧机构锁紧，最外侧的两个可折展单元的根部逐级释放锁紧机构与对应的端面承力板连接。
10.本实用新型相比现有技术的有益效果是：
11.具有很高的展收比，适合大尺度伸展臂，收拢尺寸小，质量轻，便于运输和发射；采用展开喷射发动机在两端同时拉动展开，提高伸展臂的展开效率，避免了复杂的伸展驱动机构。侧棱杆采用棱柱可锁紧铰链的棘轮机构，避免连接的两个侧棱杆回弹，如果侧棱发生晃动而转动，会使得两个侧棱杆之间的角度越趋向180度，提高了伸展臂的稳定性，可伸展单元底面采用根部逐级释放锁紧机构，使得折展单元能够实现逐级展开，避免可折展单元多层同时展开，提高了可伸展机构的秩序和稳定性。拖拽展开的驱动方式相较于传统的驱动方式更能适用大尺度伸展臂的展开，具体的优点表现为：1、驱动效率高，力作用方向与展开方向一致，传力路径短，很小的力就可以拖动伸展臂展开。2、驱动机构体积小，随着伸展臂长度的增加只需要更改发动机燃料携带量或者功率，即可适应不同长度的伸展臂，能够适应百米级甚至更大尺度的伸展臂，而传统的套筒或者丝杆驱动则无法轻易实现。3、可以通过优化展开喷射发动机的驱动策略提高能源利用率，减小燃料的携带量，实现轻量化设计。4、展开喷射发动机不仅限于某种特定的发动机，可依据实际任务需求选取，且能适应多种不同形式的伸展臂。 5、拖拽展开驱动方式下，展开速度较快，可极大提升展开效率，适应大尺度伸展臂的展开，缩短展开时间。
12.下面结合附图和实施例对本实用新型的技术方案作进一步地说明：
附图说明
13.图1是本实用新型的空间大容差拖拽展开式伸展臂的结构示意图；
14.图2是一个方向看的本实用新型空间大容差拖拽展开式伸展臂的结构示意图；
15.图3是另一个方向看的本实用新型空间大容差拖拽展开式伸展臂的结构示意图；
16.图4是可折展单元展开结构示意图；
17.图5是两个侧棱杆未展开示意图；
18.图6是两个侧棱杆展开120度示意图；
19.图7是可折展单元半展开示意图；
20.图8是可折展单元展开四分之三示意图；
21.图9是可折展单元完全展开示意图；
22.图10是图4的c处局部放大图；
23.图11是棱柱可锁紧铰链局部示意图；
24.图12是图11的k-k剖视图；
25.图13是图5的d处局部放大图；
26.图14是棱柱可锁紧铰链未锁紧剖视图；
27.图15是图6的e处局部放大图；
28.图16是两个侧棱杆展开120度的剖视图；
29.图17是图2的a处剖视图；
30.图18是图3的b处剖视图；
31.图19是图7的f处局部放大图；
32.图20是根部逐级释放锁紧机构一种展开状态剖视图；
33.图21是图8的g处放大图；
34.图22是根部逐级释放锁紧机构另一种展开状态剖视图；
35.图23是图9的h处放大图；
36.图24是根部逐级释放锁紧机构完全展开剖视图；
37.图25是本实用新型的空间大容差拖拽展开式伸展臂完全收拢状态图；
38.图26是本实用新型的空间大容差拖拽展开式伸展臂完全展开状态图。
具体实施方式
39.如图1-图4所示，本实施方式的空间大容差拖拽展开式伸展臂，包含可折展单元组1、展开喷射发动机2和端面承力板3；
40.两个展开喷射发动机2分别固定在两个端面承力板3上，两个端面承力板3之间布置有可折展单元组1，所述可折展单元组1包含串联铰接的n个可折展单元1-0，n≥1的正整数，最外侧的两个可折展单元1-0分别与两个端面承力板3固接；
41.每个可折展单元1-0展开后为三棱柱，展开后为三棱柱的每个可折展单元1-0的每条侧棱可向内折叠，收拢于两个底面之间，每条侧棱包含棱柱可锁紧铰链1-2和两根侧棱杆1-3，两根侧棱杆1-3通过棱柱可锁紧铰链1-2连接，相邻两个可折展单元1-0共用一个所述底面，每个所述底面包含三个连接杆1-4和三个根部逐级释放锁紧机构1-1，每两个连接杆1-4通过一个根部逐级释放锁紧机构1-1连接构成三角形结构，每条侧棱与两个根部逐级释放锁紧机构1-1铰接，每个可折展单元1-0的两根侧棱杆1-3展开呈一条直线后由棱柱可锁紧铰链 1-2和根部逐级释放锁紧机构1-1锁紧，最外侧的两个可折展单元1-0的根部逐级释放锁紧机构1-1与对应的端面承力板3连接。
42.本实施方式的有益效果是：可折展单元1-0展开后底面为三角形结构，设计棱柱可锁紧铰链1-2和根部逐级释放锁紧机构1-1，每个可折展单元1-0的两个侧棱杆1-3从对折折叠状态变为完全展开成一直线后通过棱柱可锁紧铰链1-2实现锁紧，相邻两个可折展单元1-0 的连接同一个根部逐级释放锁紧机构1-1，侧棱杆1-3在由竖直折叠状态变为水平展开状态后通过根部逐级释放锁紧机构1-1实现锁紧，每个所述底面由三个连接杆1-4和三个根部逐级释放锁紧机构1-1构建为三角形结构，稳定性好，通过棱柱可锁紧铰链的棘轮机构避免连接的两个侧棱杆回弹，如果侧棱柱发生晃动而转动，会使得两个侧棱柱间的角度越趋向180 度，提高了伸展臂的稳定性，可伸展单元底面采用根部逐级释放锁紧机构，避免可伸展单元多层展开，提高了可伸展机构的秩序和稳定性，确保可伸展单元逐层展开。
43.可选地，如图4-图6，图11-图13所示，所述棱柱可锁紧铰链1-2包含棱柱公铰1-2-1、棱柱母铰1-2-2、棱柱铰链轴1-2-3、棱柱弹性锁紧销1-2-4和棘轮机构1-2-5；棱柱公铰1-2-1 和棱柱母铰1-2-2分别与侧棱杆1-3固接，棱柱公铰1-2-1与棱柱母铰1-2-2通过与侧棱杆 1-3相垂直的棱柱铰链轴1-2-3铰接，棱柱公铰1-2-1上设置有可滑动的棱柱弹性锁紧销 1-2-4，棱柱母铰1-2-2上开有固定孔1-2-2-0，当棱柱母铰1-2-2相对棱柱公铰1-2-1转动，两根侧棱杆1-3连为直线时，二者通过弹入固定孔1-2-2-0的棱柱弹性锁紧销1-2-4实现锁紧，棘轮机构1-2-5设置在棱柱母铰1-2-2上，并与棱柱公铰1-2-1上棘轮的齿槽相配合，以防止两个侧棱杆1-3展开过程回弹。棘轮机构1-2-5的设计在转动过程中，棘轮齿槽都起到防止回弹的作用，防止展开不到位，锁销没锁上的现象出现。
44.当公铰与母铰相对转动180度时，棱柱弹性锁紧销1-2-4弹出，卡入棱柱母铰1-2-2预留的固定孔1-2-2-0内，实现锁紧，当根部母铰1-1-2相对根部公铰1-1-1转动角度时，由
棘轮机构1-2-5和棱柱母铰1-2-2齿槽配合避免连接的两个侧棱杆1-3回弹以提高机构的稳定性并在侧棱杆1-3发生晃动而转动时，此机构使得两个侧棱杆1-3间的角度趋向180度。
45.进一步地，如图14-图16所示，所述棘轮机构1-2-5包含棘爪1-2-5-1、连杆1-2-5-2和止回弹簧1-2-5-3；连杆1-2-5-2固定在棱柱母铰1-2-2上，连杆1-2-5-2与侧棱杆1-3垂直，连杆1-2-5-2中部连接有棘爪1-2-5-1，止回弹簧1-2-5-3的两端分别与棱柱母铰1-2-2和棘爪1-2-5-1相连，棱柱母铰1-2-2与棱柱公铰1-2-1展开过程中，棘爪1-2-5-1插入所述棘轮的齿槽中。图14为棱柱可锁紧铰链未展开剖视示意图，图16为棱柱可锁紧铰链展开120 度的剖视图，当根部母铰1-1-2相对根部公铰1-1-1转动，棱柱公铰1-2-1与棱柱母铰1-2-2 相对转动180度，棱柱弹性锁紧销1-2-4弹出，卡入棱柱母铰1-2-2预留的固定孔1-2-2-0 内，实现锁紧。
46.更进一步地，所述根部逐级释放锁紧机构1-1包含根部公铰1-1-1、根部母铰1-1-2、根部弹性锁紧销1-1-3和根部铰链轴1-1-4；相邻两个可折展单元1-0中两根侧棱杆1-3的一端分别与一个根部母铰1-1-2固接，两个根部母铰1-1-2分别与同一个根部公铰1-1-1通过根部铰链轴1-1-4铰接，根部公铰1-1-1上设置有可滑动的根部弹性锁紧销1-1-3，每个根部母铰1-1-2上开有定位孔1-1-2-0，当前可折展单元1-0完全展开后，根部母铰1-1-2与根部公铰1-1-1通过弹入定位孔1-1-2-0的根部弹性锁紧销1-1-3实现锁紧。
47.进一步地，如图17-图24所示，初始折叠时，根部弹性锁紧销1-1-3一端顶在相邻可折展单元1-0的一个可折展单元1-0的根部母铰1-1-2的定位孔1-1-2-0中，当另一个可折展单元1-0完全展开后，根部母铰1-1-2与根部公铰1-1-1通过根部弹性锁紧销1-1-3的另一端插入另一个可折展单元1-0的定位孔1-1-2-0实现锁紧，此时，根部弹性锁紧销1-1-3的一端脱离所述一个可折展单元1-0的根部母铰1-1-2的定位孔1-1-2-0。也就是说，一开始根部弹性锁紧销1-1-3卡在下一个可折展单元1-0的定位孔1-1-2-0里，防止下一个可折单元 1-0展开，当前一个可折展单元1-0转动90度到位之后，根部弹性锁紧销1-1-3另一端正好对准当前可折展单元1-0的定位孔1-1-2-0，根部弹性锁紧销1-1-3卡入前一个可折展单元1-0的定位孔1-1-2-0内，由于根部弹性锁紧销1-1-3发生了轴向移动，原先卡在下一单元的端头正好脱离原先的定位孔1-1-2-0内，下一个单元才能展开。
48.较佳地，根部弹性锁紧销1-1-3和棱柱弹性锁紧销1-2-4结构类似，具体来说，如图 12，如图19-图23所示，所述根部弹性锁紧销1-1-3包含预紧弹簧p1和锁销p2；根部公铰 1-1-1上开有孔，预紧弹簧p1和锁销p2滑动设置在孔内，锁销p2上设有挡沿，预紧弹簧 p1的两端分别与锁销p2的挡沿和根部公铰1-1-1相抵，当根部母铰1-1-2相对根部公铰1-1-1 转动时，根部母铰1-1-2与根部公铰1-1-1通过弹入定位孔1-1-2-0的锁销p2实现锁紧。
49.如图17-图24所示，为便于说明，对根部母铰1-1-2作设定，相邻两个可折展单元1-0 的一个可折展单元1-0的一个侧棱杆对应第一根部母铰1-1-2-1，另一个可折展单元1-0的另一个侧棱杆对应第二根部母铰1-1-2-2，第一根部母铰1-1-2-1和第二根部母铰1-1-2-2结构相同，第二根部母铰1-1-2-2相对根部公铰1-1-1转动角度小于90度时，根部弹性锁紧销 1-1-3从第二根部母铰1-1-2-2预留的定位孔1-1-2-0内滑出，根部公铰1-1-1及其所在平面的底面无法受力，导致无法展开。当第二根部母铰1-1-2-2相对根部公铰1-1-1转动90度时，根部公铰1-1-1及其所在平面的底面开始受力，从而随着侧棱杆1-3的移动而展开并且带动第一根部母铰1-1-2-1转动，保证了相邻可折展单元1-0依次展开。当第一根部母铰
1-1-2-1 相对根部公铰1-1-1转动90度时，根部弹性锁紧销1-1-3弹出，卡入第一根部母铰1-1-2-1 预留的定位孔1-1-2-0内，实现锁紧。也就是说，一开始根部弹性锁紧销1-1-3的锁销p2一端卡在下一个可折展单元1-0的定位孔1-1-2-0里，防止下一个可折单元1-0展开，当前一个可折展单元1-0转动90度到位之后，根部弹性锁紧销1-1-3的锁销p2的另一端正好对准当前可折展单元1-0的定位孔1-1-2-0，锁销p2卡入前一个可折展单元1-0的定位孔1-1-2-0内，由于锁销p2发生了轴向移动，原先卡在下一单元的端头正好脱离原先的定位孔1-1-2-0内，下一个可折展单元1-0才能展开。
50.较佳地，如图12和图13所示，所述棱柱弹性锁紧销1-2-4包含预紧弹簧p1和锁销p2；棱柱公铰1-2-1上开有盲孔，预紧弹簧p1和锁销p2滑动设置在盲孔内，且预紧弹簧p1两端分别与盲孔底部和锁销p2相抵，棱柱公铰1-2-1与棱柱母铰1-2-2完全展开后，棱柱公铰1-2-1与棱柱母铰1-2-2通过弹入固定孔1-2-2-0的锁销p2实现锁紧，并通过棘轮机构1-2-5 实现防止侧棱杆1-3回弹。
51.如图25所示，所述展开喷射发动机2分别通过三个支撑架4固定在两个端面承力板3 上，端面承力板3与最外侧的可折展单元1-0的三角形结构可拆卸连接。
52.收拢状态下，三条侧棱可一一对应底面边长向内折叠，收拢于两底面之间，当两侧喷射展开发动机3启动时，伸展臂向两侧展开，单侧展开时如图1所示，三条侧棱同步展开，当单个可折展单元展开到位时，根部弹性锁紧销1-1-3正好转过90度并自动锁紧，两个侧棱杆1-3展开成180度由棱柱可锁紧铰链1-2自动锁紧。整个可折展单元1-0形成一个静定结构，由根部逐级释放锁紧机构1-1控制相邻两个可折展单元1-0逐一展开，双侧展开过程类似，此处不再赘述。
53.基于上述实施方案，可选地，展开喷射发动机4为火箭发动机或冷气发动机，可选为小型火箭发动机，喷射发动机4喷射端相向并朝可折展单元1-0内侧设置。结合图26所示，当伸展臂完全展开后，侧棱与两个底面连接处的根部逐级释放锁紧机构1-1在展开90度后自动锁紧，底面由三个底面连接杆1-4和三个根部公铰1-1-1组成，为三角形结构，稳定性好。
54.本实用新型已以较佳实施案例揭示如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，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，均仍属本实用新型技术方案范围。