[发明专利]小型柔性万向接头和包含该接头的航天器

说明书

技术领域

本发明涉及能够引导设备零件环绕两个正交轴旋转的小型柔性万向接头以及包含该万向接头的航天器。该小型柔性万向接头尤其适用于航天器领域，例如用于精确地引导航天器的至少一个元件或一个设备零件旋转的卫星，以将其定位在预先确定的指向方向上。

背景技术

在空间应用中，有必要能够在预先确定的方向上定位卫星或航天器的特定的元件（比如，例如天线、电杆或设备零件）以便（例如）使其指向外部目标（比如行星、接收器，发射器），以保持指向到地球表面上的点，或者甚至扫描在地球或者任意天体的表面上的特定区域。必须经常地校正这些定位，尤其在目标跟踪阶段，以便在维持该方向时补偿不可避免的漂移，并且这些多次校正意味着必须对这些空间附件及其引导装置执行大量的微旋转周期。

鉴于在轨道中放置卫星的行为的不可逆性质，有必要在设计航天器时提供使用寿命，其以周期的数量来计量（一个周期对应于一个旋转振荡），所述周期的数量对这些引导装置来说是非常大的，以便保证该引导装置承受其所经受的很多应力的能力。例如，对于跟踪机构，期望的使用寿命可以大于300000个周期。对于引导装置的其他需求为，尤其相对于外部力和施加在引导轴上的弯曲力矩而言具有很强的机械性能能力，高横向刚度，无间隙的高精度制导，在正方向和负方向两个方向上对柔性元件的显著的旋转幅度，典型的幅度约为5°至10°，以及较低且恒定的阻力扭矩。

已知的引导机构安装在滚动轴承上或其他类型的轴承上，并且需要润滑剂以确保正确的运行。这些引导机构不是柔性的，并且包括大量的部件，其导致与柔性万向接头相比降低了可靠性。而且，这些非柔性引导元件在航天器的发射期间对外部负荷和冲击很敏感。此外，该非柔性引导元件需要对微位移和极端温度敏感的特定的润滑剂。

已知的做法是生产由成对地安装在两个不同轴承内的四个简单柔性枢轴组成的柔性万向接头，四个枢轴限定了两个正交旋转轴。两个轴承通过浮动中间部件而连接在一起，并且通过位于两个轴承之内的电机驱动机构而致动两个旋转轴。然而，该万向接头需要对每个旋转轴和难以彼此交错的三个不同部件的组件使用两个枢轴。而且，特别地由于四个不同的枢轴的使用和将这些不同的元件连接在一起的较大的环形结构，而使得该万向接头具有非常大的体积和非常高的重量。因此该万向接头并不适用于小型附件的精确指向。

发明内容

本发明的目的在于生产不包括现有装置的缺点的柔性万向接头，并且尤其在于生产小型、轻便、由最少数量的元件制成并且能够承受发射负载（典型地为3个轴结合的2000N），具有很高的角度性能和很长的使用寿命，并且特别地适用于小型天线的精确对准（顺序典型地为50cm至1m）的万向接头。

为此，本发明涉及这样一种柔性万向接头，其包括中空的中心纵向轴Z，两个中空枢轴相对于彼此正交地安装并且能够分别绕旋转轴X和Y旋转，三个轴X、Y和Z互相正交并且在位于万向接头的中心的旋转点处交叉。每个枢轴包括沿包含中心纵向轴Z并分别正交于枢轴的旋转轴X或Y的平面的环形外框架，与外框架同轴的中空内环，以及与外框架和与内环连接的多个柔性叶片组，通过刚性连接部件连接在一起的两个枢轴。

优选地，万向接头的两个枢轴和连接部件在整体部件中产生。

根据所述万向接头的第一实施方案，每个枢轴的所述内环浮动安装，每个枢轴的所述外框架由包含轴Z和位于平行于中间框架部件并在中间框架部件的任一侧处的两个外框架部件的第一中间框架部件组成，并且两个连接部件具有与轴Z一致并且连接至每个枢轴的所述中间框架部件的中空中心纵向轴。

根据第一实施方案的所述万向接头能够包括为十字的形式的两个连接机械部件，每个十字的两个第一臂相对于彼此直径相对，并且固定至第一枢轴的中间框架部件，并且每个十字的两个第二臂相对于彼此直径相对，并且固定至第二枢轴的中间框架部件。

可选择地，所述万向接头可以包括为环形区块的形式的两个连接机械部件，每个环形区块牢固地附接至第一枢轴和第二枢轴两个各自的中间框架部件。

根据所述万向接头的第二实施方案，每个枢轴的所述外框架浮动安装，每个枢轴的所述内环由包含轴Z和位于平行于中间环部件并在中间环部件的任一侧处的两个外环部件的中间环部件组成，并且枢轴的两个外环部件分别牢固地附接至枢轴的两个外环部件，并且一起刚性地连接至两个枢轴。

优选地，所述两个枢轴的四个外环部件形成了对所述两个枢轴常见的整体组装。

本发明还涉及包括这样的万向接头的航天器。

附图说明