Механическое устройство раскрытия и складывания трансформируемых конструкций космического аппарата

Полезная модель относится к космической технике и может быть использована для многоразового перевода из стартового положения в рабочее положение и обратно различных подвижных, трансформируемых конструкций космического аппарата (КА), например, панелей солнечных батарей (БС), штанг, антенн и т.п.
Из существующего уровня техники известно механическое устройство раскрытия подвижных узлов космического аппарата (патент RU 96360 U1, B64G 1/00, 27.07.2010), представляющее собой шарнирный узел (ШУ), состоящий из двух кронштейнов, соединенных с возможностью вращения друг относительно друга вокруг их общей оси, под действием усилия, передающегося от пружинного привода, установленного на первом кронштейне, через редуктор на вал второго кронштейна. Требуемая скорость раскрытия обеспечивается за счет спускового регулятора скорости, выполненного в виде анкерного механизма.
Известно также механическое устройство раскрытия подвижных узлов космического аппарата (патент RU 180495 U1, B64G 1/00, 14.06.2018), представляющее собой шарнирный узел, состоящий из двух кронштейнов, соединенных с возможностью вращения друг относительно друга вокруг их общей оси, под действием усилия, передающегося от пружинного привода, установленного на первом кронштейне, через редуктор на вал второго кронштейна, с возможностью фиксации кронштейнов в крайних положениях шарнирного узла, и управляемый электромеханическим спусковым регулятором скорости с электронным блоком управления спусковым регулятором. Электромеханический спусковой регулятор скорости выполнен в виде спускового колеса со штифтами и двух симметрично размещенных, идентичных спусковых механизмов, каждый из которых содержит электромагнит, спусковой рычаг, фиксирующую лопатку с паллетой, возвратную пружину и пружину спускового рычага, при этом пусковой рычаг одним плечом фрикционно взаимодействует с фиксирующей лопаткой, пружина спускового рычага обеспечивает прижим его второго плеча к якорю электромагнита, возвратная пружина обеспечивает прижим паллеты фиксирующей лопатки к спусковому колесу, спусковые механизмы расположены диаметрально противоположно относительно спускового колеса с возможностью взаимодействия паллет фиксирующих лопаток с его штифтами, а электромагниты подключены к выходам электронного блока управления спусковым регулятором.
Недостатком устройств данного типа является невозможность использования в конструкциях трансформируемых устройств комических аппаратов многоразового раскрытия и складывания в виду только однократного перевода раскрываемых элементов конструкции из транспортировочного положения в рабочее без возможности обратного перевода в сложенное положение в виду использования пружинного привода, работающего только на раскрытие механического устройства.
Из существующего уровня техники известно механическое устройство раскрытия подвижных узлов космического аппарата (патент RU 2514015 С1, B64G 1/22, B64G 1/52, 07.12.2012), содержащее шарнирное соединение, соединяющее крышку с корпусом светозащитного устройства, которое приводится в действие электромеханическим приводом. Также в конструкции механического устройства предусмотрено аварийное устройство раскрытия, состоящее из пирочеки и пружины. Срабатывание пирочеки освобождает пружину, которая однократно раскрывает шарнирный узел и открывает крышку в случае неисправности электромеханического привода.
Недостатком описанного выше устройства является низкая надежность, так как в случае полного отказа электромеханического привода происходит однократное открытие без возможности последующего закрытия и дальнейшей работы устройства по назначению. Также в устройстве не предусмотрены механизмы фиксации крышки в крайних положениях, что снижает жесткость конструкции.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели по технической сущности и достигаемому техническому результату является устройство раскрытия, описанное в патенте «Солнечная батарея космического аппарата» (патент RU 2619158 С2, B64G 1/44, 12.05.2017). Устройство раскрытия представляет собой шарнирный узел, состоящий из двух кронштейнов, соединенных с возможностью вращения друг относительно друга вокруг их общей оси, под действием усилия, передающегося от пружинного привода, установленного на первом кронштейне, второму кронштейну через приводной трос, с возможностью фиксации кронштейнов в одном из крайних положений шарнирного узла. Для многоразового перевода БС в раскрытое и сложенное положение предусмотрен электромеханический привод, установленный в одном из ШУ. Каждый ШУ содержит приводные пружины, обеспечивающие полное раскрытие или складывание БС, и подпружиненный крючок, фиксирующий раскрытое положение БС. Каждый крючок кинематически связан со шкивом системы синхронизации, установленным в соответствующем ШУ. Данное устройство принято за прототип.
Недостатком данного устройства является низкая надежность механизма раскрытия панелей БС, обусловленная тем, что в первую половину пути в процессе раскрытия или складывания БС, приводные пружины создают момент вращения, препятствующий движению шарнирного узла, и работа устройства осуществляется только за счет электромеханического привода. Даже частичный выход из строя электромеханического привода или ухудшение его технических характеристик, может привести к полной невозможности перевода элементов конструкции в любое необходимое положение. Также в конструкции устройства предусмотрено устройство фиксации шарнирного узла только в раскрытом положении, а удержание элементов конструкции в сложенном положении осуществляется только усилием приводных пружин, что снижает жесткость конструкции в сложенном положении.
Для заявленного устройства выявлены следующие общие существенные признаки: механическое устройство раскрытия и складывания трансформируемых конструкций космического аппарата, представляющее собой шарнирный узел, состоящий из двух кронштейнов, соединенных с возможностью вращения друг относительно друга вокруг их общей оси под действием усилия, передающегося от пружинного привода, установленного на первом кронштейне, второму кронштейну через приводной трос, с возможностью фиксации кронштейнов в одном из крайних положений шарнирного узла.
Технической проблемой, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является низкая надежность конструкции в виду невозможности раскрытия механического устройства без применения электромеханического привода в процессе раскрытия с условием сохранением функции последующего многоразового раскрытия и складывания, и низкая жесткость конструкции в виду невозможности фиксации элементов конструкции в сложенном положении.
Поставленная техническая проблема решается тем, что механическое устройство многоразового раскрытия и складывания содержит приводной трос, который проходит через ролик, выполненный в форме двух жестко соединённых между собой цилиндров, оси которых коллинеарны, с зазором между их криволинейными поверхностями, величина которого достаточна для свободного прохождения приводного троса между ними. Ролик установлен на втором кронштейне, с возможностью вращения вокруг него и фиксации в крайних положениях. При вращении ролика в момент нахождения шарнирного узла в зафиксированном крайнем раскрытом или сложенном положении происходит натяжение пружинного привода за счет того, что приводной трос наматывается на одну из поверхностей ролика. Фиксация кронштейнов происходит как в раскрытом, так и в сложенном положении посредством крючка фиксации, установленного на одном из кронштейнов шарнирного узла, способного фиксировать кронштейны относительно друг друга, с последующим освобождением их под действием управляющего усилия.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является повышение надежности устройства за счет того, что движение шарнирного узла в любом направлении (как при раскрытии, так и при складывании) происходит без необходимости работы электромеханического привода, только под действием усилия пружинного привода, а также за счет фиксирования шарнирного узла, как в раскрытом, так и в сложенном положении, одним устройством фиксации, выполненным в виде крючка.
Техническая сущность изобретения поясняется чертежами:
На фиг.1 показан состав устройства.
На фиг. 2 и фиг. 3 изображен процесс перехода устройства из сложенного положения в раскрытое, взведение пружины поворотом ролика, обратный переход к сложенному положению и приведение устройства к первоначальной конфигурации.
Механическое устройство многоразового раскрытия и складывания представляет собой шарнирный узел, состоящий из кронштейна 1 и кронштейна 2, соединенных друг с другом с возможностью вращения друг относительно друга вокруг их общей оси. Вращение происходит под действием усилия, передающегося от пружинного привода 3, установленного на кронштейне 1, через приводной трос 4. Приводной трос 4 проходит через ролик 5, выполненный в форме двух жестко соединённых между собой цилиндров, оси которых коллинеарны, с зазором между их криволинейными поверхностями, величина которого достаточна для свободного прохождения приводного троса 4 между ними. Ролик 5 установлен на кронштейне 2 с возможностью вращения вокруг него и фиксацией в крайних положениях. На одном из кронштейнов, например на кронштейне 1 установлен крючок фиксации 6, который входит в зацепление с противоположным кронштейном 2 в момент его перевода в крайние положения.
Механическое устройство многоразового раскрытия и складывания работает следующим образом:
Процесс раскрытия: устройство находится в сложенном положении и удерживается крючком 6. После поворота крючка 6, кронштейн 2 освобождается. Кронштейн 2 переходит в раскрытое положение за счет действия момента вращения, создаваемого усилием натянутой пружины пружинного привода 3, передающимся через приводной трос 4 от кронштейна 1 кронштейну 2. Приводной трос 4 проходит по поверхности ролика 5 таким образом, что плечо усилия пружинного привода 3 создаёт крутящий момент, направленный в сторону раскрытия кронштейна 2 относительно кронштейна 1. При достижении кронштейном 2 крайнего раскрытого положения, кронштейн 2 фиксируется относительно кронштейна 1 крючком 6. Затем, при вращении ролика 5 в момент нахождении шарнирного узла в зафиксированном крайнем раскрытом положении происходит натяжение пружинного привода 3 за счет того, что приводной трос 4 наматывается на другую поверхность ролика 5.
Процесс складывания: устройство находится в раскрытом положении и удерживается крючком 6. После повторного поворота крючка 6, кронштейн 2 освобождается. Кронштейн 2 переходит в сложенное положение за счет действия момента вращения, создаваемого усилием натянутой пружины пружинного привода 3, передающимся через приводной трос 4 от кронштейна 1 кронштейну 2. Приводной трос 4 проходит по поверхности ролика 5 таким образом, что плечо усилия пружинного привода 3 создаёт крутящий момент, направленный в сторону складывания кронштейна 2 относительно кронштейна 1. При достижении кронштейном 2 крайнего сложенного положения, кронштейн 2 фиксируется относительно кронштейна 1 крючком 6. Затем, при вращении ролика 5 в момент нахождении шарнирного узла в зафиксированном крайнем сложенном положении происходит натяжение пружинного привода 3 за счет того, что приводной трос 4 наматывается на другую поверхность ролика 5.