本發(fā)明涉及到空間大型展開結(jié)構(gòu)技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種空間可展開大型充氣薄膜遮光罩結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

遮光罩是空間相機(jī)光學(xué)系統(tǒng)的重要部分，它既能隔絕在觀測(cè)時(shí)接收到的大密度熱流，保持空間相機(jī)結(jié)構(gòu)的熱穩(wěn)定性，還可以阻止部分地氣光和其他雜光進(jìn)入相機(jī)鏡頭，同時(shí)利用表面材料特性，最大限度地吸收進(jìn)入遮光罩的雜散光，保證較高的成像信噪比，提高相機(jī)成像質(zhì)量。

目前主要的遮光罩結(jié)構(gòu)有蜂窩夾層式、內(nèi)置光闌式和薄壁殼體式等幾種類型，經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)有以下幾種局限性：第一，大多數(shù)遮光罩采用金屬、樹脂基復(fù)合材料等剛性材料作為罩體，造成遮光罩尺寸大，重量大，收縮后體積仍然很大的問題；第二，遮光罩多采用絲杠、空間支架、卷尺彈簧等機(jī)械式的展開結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致遮光罩結(jié)構(gòu)復(fù)雜；第三，傳統(tǒng)遮光罩需要多種驅(qū)動(dòng)和傳感裝置，其控制系統(tǒng)較為復(fù)雜。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為避免以上傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的局限性，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種新的遮光罩結(jié)構(gòu)----空間可展開大型充氣薄膜遮光罩結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)能很好地滿足遮光罩在航天方面的輕量化要求，可以實(shí)現(xiàn)遮光罩遮光和隔熱的功能，同時(shí)滿足航天領(lǐng)域的輕量化要求。它在展開前是柔性的，其擺放和折疊形式較為自由，占用較小的發(fā)射空間，當(dāng)其工作時(shí)，展開結(jié)構(gòu)通過充氣順序膨脹并帶動(dòng)薄膜可控展開，完全展開后利用材料或結(jié)構(gòu)剛化技術(shù)成為遮光罩的支撐結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、收縮后體積小、儲(chǔ)存空間要求低、穩(wěn)定性高、制造成本低和可控展開等優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。

一種空間可展開大型充氣薄膜遮光罩結(jié)構(gòu)，包括固接在空間相機(jī)底座的遮光罩底座，和沿遮光罩底座周向分布的收攏筒，在收攏筒上套有與遮光罩底座固接、用于遮光罩展開和支撐的充氣管骨架，還包括張拉在充氣管骨架表面用于充氣管骨架展開控制的調(diào)整索-桿，以及粘接在充氣管骨架外側(cè)構(gòu)成遮光罩的索網(wǎng)加強(qiáng)的遮光薄膜；在遮光罩底座上設(shè)有與充氣管骨架對(duì)應(yīng)并連通的充氣罐；其中，遮光罩底座上的充氣罐和收攏筒按照正n邊形頂點(diǎn)位置的沿徑向方向依次向內(nèi)排列的方式與遮光罩底座固定連接；

充氣管骨架和調(diào)整索-桿收攏時(shí)，沿收攏筒平行折疊收攏，并通過遮光罩底座與空間相機(jī)底座固連、鎖緊；充氣管骨架和調(diào)整索-桿展開時(shí)，充氣罐向充氣管骨架充氣，充氣管按順序膨脹并驅(qū)動(dòng)遮光薄膜展開。

進(jìn)一步，所述遮光罩底座為圓環(huán)形結(jié)構(gòu)，遮光罩底座上分布的n個(gè)充氣罐和n個(gè)與其數(shù)量相對(duì)應(yīng)的收攏筒通過n根導(dǎo)氣管連通。

進(jìn)一步，所述充氣管骨架包括n根軸向充氣管、n個(gè)連接在收攏筒上的搭扣環(huán)和若干組沿軸向充氣管環(huán)向分布的環(huán)向充氣管。

進(jìn)一步，所述收攏筒為空心的兩級(jí)凸臺(tái)結(jié)構(gòu)，軸向充氣管套在兩級(jí)凸臺(tái)上，第一級(jí)凸臺(tái)直徑小于折疊的軸向充氣管直徑；第二級(jí)凸臺(tái)直徑大于折疊的軸向充氣管直徑，且在與軸向充氣管內(nèi)壁接觸的表面、第二級(jí)凸臺(tái)外周壁上涂有固體減摩材料并固化的減摩涂層。

進(jìn)一步，所述與軸向充氣管內(nèi)壁接觸的表面為大弧度面或圓角結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步，所述軸向充氣管的頂部設(shè)有搭扣環(huán)，為環(huán)狀彈性結(jié)構(gòu)，每個(gè)搭扣環(huán)粘接在第二級(jí)凸臺(tái)與減摩涂層下方，搭扣環(huán)外環(huán)直徑等于軸向充氣管直徑，內(nèi)環(huán)直徑小于收攏筒第二級(jí)凸臺(tái)的直徑。

進(jìn)一步，所述調(diào)整索-桿包括若干組環(huán)向調(diào)整桿、n根連接在軸向充氣管上的展開調(diào)整索和設(shè)在遮光罩底座上與其對(duì)應(yīng)的n個(gè)索控制模塊；若干組環(huán)向調(diào)整桿環(huán)向分布在軸向充氣管之間。

進(jìn)一步，每根展開調(diào)整索一端與索控制模塊相連，另一端與軸向充氣管上部相連，并按照對(duì)角位置分成n/2組，相鄰每組展開調(diào)整索固接在軸向充氣管上的高度不同。

進(jìn)一步，n個(gè)索控制模塊按照正n邊形頂點(diǎn)位置沿徑向排列在充氣罐外側(cè)，調(diào)節(jié)與之相連的展開調(diào)整索。

進(jìn)一步，所述索網(wǎng)加強(qiáng)的遮光薄膜由矩形的膜材首尾相連接構(gòu)成筒狀結(jié)構(gòu)，位于充氣管骨架構(gòu)成的正n棱柱內(nèi)部，通過與軸向充氣管粘接的方式實(shí)現(xiàn)位置的固定。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

1.與傳統(tǒng)遮光罩相比，本發(fā)明采用充氣遮光薄膜結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、體積小、儲(chǔ)存空間要求低和制造成本低等優(yōu)點(diǎn)，符合航天器的輕量化要求。

2.本發(fā)明通過底座的收攏筒和搭扣環(huán)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)充氣薄膜遮光罩結(jié)構(gòu)在收拾狀態(tài)的鎖定和充氣時(shí)的順序展開，不需要設(shè)計(jì)額外的控制裝置，使得整個(gè)結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單穩(wěn)定。

3.本發(fā)明展開過程僅利用調(diào)整索的索長(zhǎng)/索力進(jìn)行反饋控制，無需其他驅(qū)動(dòng)和傳感裝置，降低系統(tǒng)復(fù)雜程度。

附圖說明

圖1(a)是充氣薄膜遮光罩充氣骨架展開結(jié)構(gòu)圖；

圖1(b)充氣薄膜遮光罩主視圖；

圖1(c)充氣薄膜遮光罩俯視圖；

圖2是充氣薄膜遮光罩收攏結(jié)構(gòu)圖；

圖3是充氣薄膜遮光罩底座結(jié)構(gòu)圖；

圖4是收攏筒結(jié)構(gòu)圖；

圖5是充氣骨架收攏結(jié)構(gòu)圖。

圖中：1.遮光罩底座，2.充氣罐，3.收攏筒，3a.第一級(jí)凸臺(tái)，3b.第二級(jí)凸臺(tái)，3c.減摩涂層，4.導(dǎo)氣管，5.搭扣環(huán)，6.軸向充氣管，7.環(huán)向充氣管，8.環(huán)向調(diào)整桿，9.展開調(diào)整索，10.索控制模塊，11.遮光薄膜，12.索網(wǎng)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但并不作為對(duì)發(fā)明做任何限制的依據(jù)。

如圖1(a)、圖1(b)、圖1(c)和圖2所示，一種空間可展開大型充氣薄膜遮光罩結(jié)構(gòu)，包括固接在空間相機(jī)底座的遮光罩底座1，和沿遮光罩底座1周向分布的收攏筒3，在收攏筒3上套有與遮光罩底座1固接、用于遮光罩展開和支撐的充氣管骨架，還包括張拉在充氣管骨架表面用于充氣管骨架展開控制的調(diào)整索-桿，以及粘接在充氣管骨架外側(cè)構(gòu)成遮光罩的索網(wǎng)12加強(qiáng)的遮光薄膜11；在遮光罩底座1上設(shè)有與充氣管骨架對(duì)應(yīng)并連通的充氣罐2。其中，遮光罩底座1上的充氣罐2和收攏筒3按照正n邊形頂點(diǎn)位置的沿徑向方向依次向內(nèi)排列的方式與遮光罩底座1固定連接；充氣管骨架和調(diào)整索-桿收攏時(shí)，沿收攏筒3平行折疊收攏，并通過遮光罩底座1與空間相機(jī)底座固連、鎖緊；充氣管骨架和調(diào)整索-桿展開時(shí)，充氣罐2向充氣管骨架充氣，充氣管按順序膨脹并驅(qū)動(dòng)遮光薄膜11展開。

如圖3所示，為遮光罩底座示意圖，在遮光罩底座1上分布有n(n＝6～12)個(gè)充氣罐2、n個(gè)收攏筒3和n根連通充氣罐2和收攏筒3的導(dǎo)氣管4。遮光罩底座1為圓環(huán)形結(jié)構(gòu)，與空間相機(jī)底座固定連接，其正面按照正n邊形頂點(diǎn)位置固接n個(gè)收攏筒3。n個(gè)充氣罐2同樣按照正n邊形頂點(diǎn)位置沿徑向排列在收攏筒3外側(cè)，并通過導(dǎo)氣管4與收攏筒3導(dǎo)通，為充氣管骨架的展開提供動(dòng)力。

其中，如圖4所示，收攏筒3為空心的兩級(jí)凸臺(tái)結(jié)構(gòu)，第一級(jí)凸臺(tái)3a直徑小于折疊的軸向充氣管6直徑；第二級(jí)凸臺(tái)3b直徑略大于軸向充氣管6直徑，且在與充氣管內(nèi)壁接觸的表面、第二級(jí)凸臺(tái)3b外周壁上涂有固體減摩材料形成減摩涂層3c。這種設(shè)計(jì)有四種作用：第一，空心的收攏筒結(jié)構(gòu)通過導(dǎo)氣管4與充氣罐2相連接，可作為氣流通道的一部分；第二，第一級(jí)凸臺(tái)3a直徑小于折疊的充氣管，可以將充氣管收攏套在筒外側(cè)；第三，第二級(jí)凸臺(tái)3b直徑略大于充氣管直徑，并在第二級(jí)凸臺(tái)與充氣管內(nèi)壁的接觸面涂有固體減摩材料形成減摩涂層3c，保證折疊的充氣管段部分的氣密性，很好地實(shí)現(xiàn)充氣管骨架的順序展開，同時(shí)，接觸面做成大弧度面或圓角，使充氣管展開更加順利；第四，第二級(jí)凸臺(tái)3b通過與充氣管內(nèi)壁頂部的搭扣環(huán)5配合，使遮光罩結(jié)構(gòu)保持收攏狀態(tài)。

如圖1結(jié)合圖5所示，充氣管骨架包括n根軸向充氣管6、n(n＝6～12)個(gè)連接在收攏筒3上的搭扣環(huán)5和若干組沿軸向充氣管6環(huán)向分布的環(huán)向充氣管7。軸向充氣管6的頂部設(shè)有搭扣環(huán)5，每個(gè)搭扣環(huán)5粘接在軸向充氣管6內(nèi)壁距離頂部一個(gè)收攏筒3第二級(jí)凸臺(tái)3b軸向距離的位置，為環(huán)狀彈性結(jié)構(gòu)，其外環(huán)直徑等于軸向充氣管6直徑，內(nèi)環(huán)直徑小于收攏筒第二級(jí)凸臺(tái)3b的直徑。

每根軸向充氣管6套在收攏筒3上與底座1固定連接，處于收拾狀態(tài)時(shí)，管壁向內(nèi)折疊，壓縮在收攏筒3外側(cè)，并通過搭扣環(huán)5與收攏筒第二級(jí)凸臺(tái)3b的配合，實(shí)現(xiàn)充氣管骨架的收攏固定。充氣時(shí)，軸向充氣管6上部首先膨脹，按照從上到下的順序逐漸展開，展開后利用自身的剛化材料特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的剛化作為遮光罩結(jié)構(gòu)的支撐結(jié)構(gòu)。每組環(huán)向充氣管7連通n根軸向充氣管6，收攏時(shí)隨折疊的軸向充氣管6自然收攏，充氣展開后用于平衡各軸向充氣管6的管內(nèi)氣壓。

如圖1所示，調(diào)整索-桿包括若干組環(huán)向調(diào)整桿8、n(n＝6～12)根連接在充氣管6上的展開調(diào)整索9和設(shè)在遮光罩底座1上與其對(duì)應(yīng)的n個(gè)索控制模塊10。若干組環(huán)向調(diào)整桿8環(huán)向分布在軸向充氣管6之間，可以準(zhǔn)確地將軸向充氣管6支撐到設(shè)計(jì)位置，保證遮光薄膜準(zhǔn)確成形，很好地增強(qiáng)遮光罩結(jié)構(gòu)的剛度，收縮時(shí)隨充氣管的折疊平行收拾，減小收縮空間。每根展開調(diào)整索9一端與索控制模塊10相連，另一端與軸向充氣管6上部相連，并按照對(duì)角位置分成n/2組，相鄰每組展開調(diào)整索9固接在軸向充氣管6上的高度存在一定高度差，通過索控制模塊10對(duì)索長(zhǎng)的調(diào)整，可以抑制充氣管骨架出現(xiàn)大幅度晃動(dòng)和不利振動(dòng)，并有效防止其彎折。n個(gè)索控制模塊10按照正n邊形頂點(diǎn)位置沿徑向排列在充氣罐2外側(cè)，通過調(diào)節(jié)與之相連的展開調(diào)整索9，保持遮光罩結(jié)構(gòu)展開和工作的穩(wěn)定性。

如圖1所示，索網(wǎng)12加強(qiáng)的遮光薄膜11是一種索網(wǎng)加勁的索膜結(jié)構(gòu)，由矩形的膜材首尾相連接構(gòu)成筒狀結(jié)構(gòu)，位于充氣管骨架構(gòu)成的正n(n＝6～12)棱柱內(nèi)部，通過與軸向充氣管6粘接的方式實(shí)現(xiàn)位置的固定，作為棱柱結(jié)構(gòu)的“面”。索網(wǎng)12布置在遮光薄膜11表面，作為外部約束限制膜結(jié)構(gòu)的變形，分擔(dān)膜面的應(yīng)力，提高了膜結(jié)構(gòu)抵抗變形和承受外荷載的能力。

如圖2所示，當(dāng)遮光罩處于收拾狀態(tài)時(shí)，遮光薄膜處于松弛狀態(tài)，沒有剛度和固定的形狀，隨著折疊的充氣管骨架采用折痕平行的的折疊方式收攏，防止展開時(shí)相互纏繞。完全展開后，充氣管骨架和索網(wǎng)12對(duì)其施加充氣壓力和預(yù)應(yīng)力，使之具有足夠的剛度并張拉成設(shè)計(jì)的形狀，實(shí)現(xiàn)遮光罩對(duì)位于其內(nèi)部的空間相機(jī)遮光和隔熱的功能。

下面說明空間可展開大型充氣薄膜遮光罩結(jié)構(gòu)是如何進(jìn)行展開的：

空間可展開大型充氣薄膜遮光罩在衛(wèi)星入軌前收攏包裝于相機(jī)與整流罩之間的容腔內(nèi)，收攏方式如圖5所示，充氣管骨架的軸向充氣管6管壁向內(nèi)折疊并沿中心軸線方向套在收攏筒3外側(cè)，并且通過管內(nèi)搭扣環(huán)5與收攏筒的第二級(jí)凸臺(tái)3b的配合實(shí)現(xiàn)收攏狀態(tài)的固定。同時(shí)，遮光薄膜、調(diào)整索-桿和充氣管骨架的環(huán)向充氣管7隨軸向充氣管6的折疊自然平行折疊，見圖2。收攏包裝好的遮光罩結(jié)構(gòu)通過底座1與空間相機(jī)底座固連、鎖緊，當(dāng)衛(wèi)星入軌后，由衛(wèi)星上的控制系統(tǒng)啟動(dòng)展開程序。首先為充氣薄膜遮光罩解除包裝，延時(shí)幾秒后發(fā)出充氣命令，充氣罐2通過導(dǎo)氣管4向充氣管骨架底部進(jìn)行充氣，縱向和橫向的充氣管按順序膨脹并驅(qū)動(dòng)遮光薄膜展開。同時(shí)，調(diào)整索-桿的控制模塊通過展開調(diào)整索的索長(zhǎng)進(jìn)行反饋控制，結(jié)合環(huán)向調(diào)整桿8將遮光罩張拉到設(shè)計(jì)的形狀。展開后充氣管骨架利用自身材料剛化技術(shù)成為充氣薄膜遮光罩的支撐結(jié)構(gòu)，滿足遮光罩高穩(wěn)定性的要求，實(shí)現(xiàn)遮光罩遮光和隔熱的功能。

其中，具體的展開方式為：如圖5所示，開始充氣后，軸向充氣管6內(nèi)壁與收攏筒的第二級(jí)凸臺(tái)3b的過盈配合形成的具有氣密性的空腔氣壓逐漸上升，當(dāng)腔內(nèi)氣壓超過閥值時(shí)，搭扣環(huán)5產(chǎn)生足夠的彈性變形，軸向充氣管6上部膨脹并沿著軸線方向逐漸展開，同時(shí)，在展開過程中因?yàn)闅饷苄允冀K能保持折疊管段的收攏。并且，可以選擇合適的減摩涂層3c，結(jié)合充氣罐充入氣體的流速，使展開過程更加穩(wěn)定可靠。

本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施例，在本發(fā)明公開的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域的技術(shù)人員根據(jù)所公開的技術(shù)內(nèi)容，不需要?jiǎng)?chuàng)造性的勞動(dòng)就可以對(duì)其中的一些技術(shù)特征作出一些替換和變形，這些替換和變形均在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。