[发明专利]卫星载荷包裹式预应力薄壁锥形重力梯度杆

说明书

发明提供一种卫星载荷包裹式预应力薄壁锥形重力梯度杆，其特征在于，应用于航天器领域，包括卫星、薄壁杆、载荷和小端框架。所述小端框架包括挡板Ⅰ、挡板Ⅱ和转轴。所述薄壁杆整体呈锥形，所述薄壁杆直径较大的一端为大端，直径较小的一端为小端。所述载荷安装于小端框架上。所述薄壁杆的大端通过法兰固定在卫星的侧面上，所述薄壁杆的小端穿过限速窄口固定于载荷上。本发明的技术效果是毋庸置疑的，本发明结构简单，且无多余运动副，杆的大端固定在卫星上能保持相对稳定，能够有效的抵抗外界阻力。该重力梯度杆到太空之后无需外加驱动装置便能完成自行伸展。薄壁杆能够实现扁平化，从而实现了高伸缩比。

技术领域

本发明涉及空间伸展机构技术领域，具体涉及一种卫星载荷包裹式预应力薄壁锥形重力梯度杆。

背景技术

航天卫星绕地球作轨道运行时，地心对卫星各个部分质量有不同的引力，引力和离心力的合力称为重力。可以简单的把卫星划分为离地心较近的质量m1和离地心较远的质量m2，因为m1离地心较近，所以受到的引力大于离心力，重力指向地心，m2离地心较远，所以受到的引力小于离心力，重力背向地心。卫星中点O重力为零。从而形成了一个绕O点的恢复力矩，即重力梯度力矩。

重力梯度力矩用于稳定卫星在空间运行的姿态，其力矩的大小除与轨道高度和形状有关外，还与卫星各轴转动惯量之差有关。各轴转动惯量差别越大，姿态稳定越好。而重力梯度杆对调节转动惯量起到关键作用，卫星入轨后伸出重力梯度杆，可使卫星各轴转动惯量之差达到几十倍甚至百倍以上。最终使得卫星的最小惯量轴稳定在当地铅垂线方向，最大惯量轴稳定在轨道平面的法线方向。这个状态就是卫星的稳定的平衡姿态。

随着航天技术的发展，空间结构日趋大型化、复杂化，但是航天器运载质量和有效载荷的储存空间是有限的，刚性重力梯度杆的质量、尺寸将受到很大的限制。重力梯度杆的杆长对一般卫星来说收纳是一个很大的问题，各国设计的重力梯度杆均在这个基本前提下做设计。而现今的重力梯度杆追求的则是更加轻巧，结构简单，占用空间小。在设计重力梯度杆时要求其展开的高可靠性、高伸缩比、轻质、低功率消耗等。传统的刚性重力梯度杆在现今的航天技术和航天环境下暴露了诸多缺点。

发明内容

本发明的目的是提供一种载荷包裹式预应力薄壁锥形重力梯度杆，该载荷包裹式预应力薄壁锥形重力梯度杆具有高伸缩比、自展开、轻质、高刚度、高可靠等优点，适合用于在轨卫星调节其姿态。解决有效载荷的储存空间有限，重力梯度杆不易收纳的问题。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，卫星载荷包裹式预应力薄壁锥形重力梯度杆，其特征在于，应用于航天器领域，包括卫星、薄壁杆、载荷和小端框架。

所述小端框架包括挡板Ⅰ、挡板Ⅱ和转轴，所述挡板Ⅰ和挡板Ⅱ对称布置，所述挡板Ⅰ和挡板Ⅱ之间安装有转轴。所述挡板Ⅰ和挡板Ⅱ通过横杆固定连接在一起，所述横杆的一端固定于挡板Ⅰ上，另一端固定于挡板Ⅱ上。所述横杆上开有限速窄口。

所述薄壁杆整体呈锥形，所述薄壁杆直径较大的一端为大端，直径较小的一端为小端，所述薄壁杆小端到大端之间的直径为平滑过渡的。所述薄壁杆能够沿长度方向卷曲后恢复原状。

所述载荷通过转轴安装于小端框架上，所述载荷位于挡板Ⅰ和挡板Ⅱ之间。所述载荷可以绕转轴旋转。

所述薄壁杆的大端通过法兰固定在卫星上，所述薄壁杆的小端穿过限速窄口固定于载荷上。

所述卫星进入预定轨道之前，薄壁杆为收缩状态，所述薄壁杆由小端随着载荷绕转轴旋转而将载荷包覆，此时薄壁杆被碾压成扁平状，直至小端框架紧挨卫星，使得薄壁杆无法进一步收缩，然后将载荷通过锁定机构固定，使得载荷无法旋转，薄壁杆也无法伸展。当卫星进入预定轨道之后，将小端框架上的锁定机构打开，使得载荷能够旋转，此时薄壁杆由卷曲收缩状态变为伸展状态。薄壁杆通过预应力自动慢慢展开，又由于小端框架上限速窄口的作用，使得薄壁杆展开过程的速率保持适中。完全展开后，卫星与小端框架及安装于小端框架上的载荷之间的距离达到最大，最后卫星进入正常工作阶段。