转缆制动副加速器 |
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| 申请号 | CN201710117142.X | 申请日 | 2017-03-01 | 公开(公告)号 | CN106828974A | 公开(公告)日 | 2017-06-13 |
| 申请人 | 张明; | 发明人 | 张明; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了转缆 制动 副 加速 器，描述了系统结构。转缆制动副加速器是一种运行于太空的航天系统，由定轴、驱动臂、 纤维 缆、 配重 、制动副等组成。中间 位置 的纤维缆和纤维缆段、制动副、配重等绕定轴转动，转动方向与公转方向相同，转动速度达到一定的值后，插销松开，制动副由转动变为平动，最外端的制动带与运载火箭的对接火箭对接、捕获 航天器 。然后制动副的制动带被拉出，并制动，减少航天器与转缆制动副加速器的速度差，最后收回航天器。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种转缆制动副加速器，其特征在于：转缆制动副加速器运行于太空中，绕地球转动；由定轴（1）、3个驱动臂（2）、纤维缆（3）、5个配重（6）、多个制动副（5）等组成；一个驱动臂（2）两头各有一根纤维缆（3），纤维缆（3）靠近驱动臂（2）处的截面积最大，越往末端截面积越小，末端有配重（6）；中间位置（28）的其中一根纤维缆（3）分为多段，称为纤维缆段（4），有多个制动副（5），两个制动副（5）之间是一段纤维缆段（4），纤维缆段（4）、制动副（5）交错串联；定轴（1）的中间位置（28）和两头位置（29）处分别有转动环（30），转动环（30）上有驱动臂（2）；驱动臂（2）用于带动纤维缆（3）、配重（6）、制动副（5）绕定轴（1）加速转动。 |
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| 说明书全文 | 转缆制动副加速器技术领域[0001] 本发明属于航天领域，涉及转缆制动副加速器。 背景技术发明内容[0003] 本发明的目的是提供一种转缆制动副加速器。 [0004] 转缆制动副加速器运行于太空中，绕地球转动；由定轴、3个驱动臂、纤维缆、5个配重、多个制动副等组成；一个驱动臂两头各有一根纤维缆，纤维缆靠近驱动臂处的截面积最大，越往末端截面积越小，末端有配重；中间位置的其中一根纤维缆分为多段，称为纤维缆段，有多个制动副，两个制动副之间是一段纤维缆段，纤维缆段、制动副交错串联；定轴的中间位置和两头位置处分别有转动环，转动环上有驱动臂；驱动臂用于带动纤维缆、配重、制动副绕定轴加速转动。 [0005] 每个驱动臂是由8根开缝内螺纹管及其桁架组成，在转动环的两边、对称布置；开缝内螺纹管的内表面有螺纹，管壁有缝，管内有调距蜗杆，调距蜗杆的顶部有横杠，横杠可以顺着缝上下移动；横杠中间有滑轮，纤维缆可以绕过滑轮；调距蜗杆可以螺旋移动，从而推动横杠和滑轮顺着缝移动，使得滑轮可以移动到驱动臂末端或近转动环处；开缝内螺纹管和桁架在靠近转动环处的厚度和截面积最大，越往末端越小。 [0006] 在公转过程中，定轴垂直于公转平面，纤维缆的转动平面则平行于公转平面；中间位置的驱动臂、纤维缆、配重、制动副绕定轴的转动方向，与转缆制动副加速器绕地球公转的方向相同，也就是说，两者都是顺时针绕转，或者两者都是逆时针绕转；两侧位置的驱动臂、纤维缆、配重绕定轴的转动方向，与转缆制动副加速器绕地球公转的方向相反。 [0007] 制动副主要由碳制动带、制动钳和外壳组成；碳制动带是由碳纤维材料制造的扁带，规整存放在外壳内；碳制动带出口处有一对互相贴近的调平滑轮；制动钳能够夹着碳制动带，实施制动；制动副上有插销；每个制动副的外壳连接在靠近定轴的上一段纤维缆段的末端，而远离定轴的下一段纤维缆段扣在本制动副的插销上、且与本制动副的碳制动带联结；最外端的制动副没有插销，其碳制动带也不连接纤维缆段；中间位置的转动环也有制动副。 [0008] 运载火箭的顶部有对接火箭；对接火箭有对接线线盘，对接线线盘可以放出对接线；对接火箭的喷口向外侧倾斜，以免烧伤对接线。 [0009] 其工作过程是：驱动臂的滑轮移动到末端，驱动臂带动纤维缆和配重等加速转动，同时滑轮慢慢移动到近转动环处；达到预定转速后，所有的插销松开，纤维缆段拉出碳制动带，制动钳开始制动；运载火箭预先发射到太空，与转缆制动副加速器相会，对接火箭点火，此刻与最外端的制动副的碳制动带相连接，运载火箭内的航天器被拉出，并利用碳制动带制动；制动完成后，中间位置和两侧位置的纤维缆等,减速转动，收回中间位置的纤维缆和碳制动带，航天器被收入到转缆制动副加速器里。 [0010] 设两侧位置的配重绕定轴转动的角速度的目标值是w，纤维缆的材料的比强度是ε(抗拉强度除以密度)；设x是纤维缆上的位置，x=0是定轴处，此处纤维缆的截面积是 ，纤维缆的截面积S(x)符合下面公式其中EXP( )表示自然对数e的指数运算。 [0012] 图1 是转缆制动副加速器的整体结构示意图。 [0013] 图2是转动环和驱动臂，及其开缝内螺纹管、滑轮、纤维缆的结构示意图。 [0014] 图3是开缝内螺纹管、横杠、滑轮、纤维缆、调距蜗杆的示意图。 [0015] 图4是驱动臂的横截面的示意图。 [0016] 图5是定轴和驱动臂的结构示意图。 [0017] 图6是碳制动带的示意图。 [0018] 图7是制动副及其碳制动带、制动夹的结构示意图。 [0019] 图8是运载火箭、对接火箭的示意图。 [0020] 图9是最外端的制动副与运载火箭的对接火箭相连接的示意图。 [0021] 图10是航天器被捕获、各个制动副的碳制动带被拉出、制动的示意图。 [0022] 附图标记说明1,定轴。2，驱动臂。3，纤维缆。4，纤维缆段。5，制动副。6，配重。8，开缝内螺纹管。9，调距蜗杆。10，横杠。11，滑轮。12，桁架。13，缝。15，碳制动带。16，制动钳。17，插销。18，外壳。19，调平滑轮。20，航天器。22，对接火箭。23，对接线线盘。24，对接线。25，喷口。26，运载火箭。 28，中间位置。29，两侧位置。30，转动环。31，末端。 具体实施方式[0023] 下面将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0024] 转缆制动副加速器运行于太空中，绕地球转动；由定轴1、3个驱动臂2、纤维缆3、5个配重6、多个制动副5等组成；一个驱动臂2两头各有一根纤维缆3，纤维缆3靠近驱动臂2处的截面积最大，越往末端截面积越小，末端有配重6；中间位置28的其中一根纤维缆3分为多段，称为纤维缆段4，有多个制动副5，两个制动副5之间是一段纤维缆段4，纤维缆段4、制动副5交错串联；定轴1的中间位置28和两头位置29处分别有转动环30，转动环30上有驱动臂2；驱动臂2用于带动纤维缆3、配重6、制动副5绕定轴1加速转动。 [0025] 每个驱动臂2是由8根开缝内螺纹管8及其桁架12组成，在转动环30的两边、对称布置；开缝内螺纹管8的内表面有螺纹，管壁有缝13，管内有调距蜗杆9，调距蜗杆13的顶部有横杠10，横杠10可以顺着缝13上下移动；横杠10中间有滑轮11，纤维缆3可以绕过滑轮11；调距蜗杆9可以螺旋移动，从而推动横杠10和滑轮11顺着缝13移动，使得滑轮11可以移动到驱动臂2末端31或近转动环30处；开缝内螺纹管8和桁架12在靠近转动环30处的厚度和截面积最大，越往末端31越小。 [0026] 在公转过程中，定轴1垂直于公转平面，纤维缆3的转动平面则平行于公转平面；中间位置28的驱动臂2、纤维缆3、配重6、制动副5绕定轴1的转动方向，与转缆制动副加速器绕地球公转的方向相同，也就是说，两者都是顺时针绕转，或者两者都是逆时针绕转；两侧位置29的驱动臂2、纤维缆3、配重6绕定轴1的转动方向，与转缆制动副加速器绕地球公转的方向相反。 [0027] 制动副5主要由碳制动带15、制动钳16和外壳18组成；碳制动带15是由碳纤维材料制造的扁带，规整存放在外壳18内；碳制动带15出口处有一对互相贴近的调平滑轮19；制动钳16能够夹着碳制动带15，实施制动；制动副5上有插销17；每个制动副5的外壳18连接在靠近定轴1的上一段纤维缆段4的末端，而远离定轴1的下一段纤维缆段4扣在本制动副5的插销17上、且与本制动副5的碳制动带15联结；最外端的制动副5没有插销17，其碳制动带15也不连接纤维缆段4；中间位置28的转动环30也有制动副5。 [0028] 运载火箭26的顶部有对接火箭22；对接火箭22有对接线线盘23，对接线线盘23可以放出对接线24；对接火箭22的喷口25向外侧倾斜，以免烧伤对接线24。 [0029] 其工作过程是：驱动臂2的滑轮11移动到末端31，驱动臂2带动纤维缆3和配重6等加速转动，同时滑轮11慢慢移动到近转动环30处；达到预定转速后，所有的插销17松开，纤维缆段4拉出碳制动带15，制动钳16开始制动；运载火箭26预先发射到太空，与转缆制动副加速器相会，对接火箭22点火，此刻与最外端的制动副5的碳制动带15相连接，运载火箭26内的航天器20被拉出，并利用碳制动带15制动；制动完成后，中间位置28和两侧位置29的纤维缆3等,减速转动，收回中间位置28的纤维缆3和碳制动带15，航天器20被收入到转缆制动副加速器里。 [0030] 设两侧位置29的配重6绕定轴1转动的角速度的目标值是w，纤维缆3的材料的比强度是ε(抗拉强度除以密度)；设x是纤维缆3上的位置，x=0是定轴1处，此处纤维缆3的截面积是 ，纤维缆3的截面积S(x)符合下面公式其中EXP( )表示自然对数e的指数运算。 [0031] 定轴1长200-300米，直径是数米，是空心轴，质量可达100吨。驱动臂2长度在80-200米，宽度是5-10米，质量可达60-100吨，主要依靠开缝内螺纹管8来承受纤维缆3和滑轮 11带来的侧向力和压力。两侧位置29的配重6可达1-10吨，中间位置28的配重6可达20-40吨。纤维缆3长达1000-2000米，末端的配重6的转动的线速度可达1000米/秒以上，截面积在数平方厘米到数十平方厘米，质量在1-4吨。纤维缆段每段长200-500米，制动副5每个重 100-500千克，碳制动带15长数百米到数千米。 [0032] 在开始执行任务、纤维缆3开始转动时，滑轮11需要在驱动臂2的末端31，纤维缆3的角速度增大后，滑轮11需要移向转动环30处。这个移动是靠调距螺杆9旋动来实现的。 [0033] 调平滑轮19互相贴近，使得被拉出的碳制动带15是平直状态才经过制动钳16。 |
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