本發(fā)明屬于空間飛行器領(lǐng)域，具體涉及一種基于蝗蟲翅翼的仿生變剛度折疊展開結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

1、在空間探測(cè)工程的持續(xù)推進(jìn)過程中，航天器發(fā)揮著舉足輕重的作用，航天器的結(jié)構(gòu)和功能也日趨完善。能夠小體積折疊運(yùn)輸、大面積展開工作是航天器設(shè)計(jì)及其性能提升的首要前提。因此，空間折疊展開機(jī)構(gòu)在航天器的設(shè)計(jì)過程中扮演著無(wú)可替代的關(guān)鍵作用。設(shè)計(jì)一種具有超大展收比、操作簡(jiǎn)單、性能可靠的折疊展開機(jī)構(gòu)新構(gòu)型，是實(shí)現(xiàn)航天器性能提升的前提。

2、現(xiàn)有的空間展開機(jī)構(gòu)中，有可折疊鉸接式展開或索桿鉸接式展開，這種主要適用于桁架結(jié)構(gòu)，對(duì)于大幅陣面的空間天線無(wú)法直接適用。大幅陣面展開結(jié)構(gòu)通常采用伸縮臂與連桿機(jī)構(gòu)組合的形式實(shí)現(xiàn)，但這種方式展收比小，展收效果過度依賴于伸縮臂的加工性能，并且在空間極端環(huán)境中抗干擾能力差。

3、可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的空間展開機(jī)構(gòu)普遍存在以下問題：展收比小，無(wú)法適應(yīng)未來(lái)航天器性能提升的需要；展收方式復(fù)雜，極大降低了空間探測(cè)的可靠性和生存能力；純剛性結(jié)構(gòu)抵抗干擾能力差，在面對(duì)復(fù)雜、突發(fā)載荷時(shí)，會(huì)影響航天器的使用壽命及性能。

4、另一方面，自然界存在著值得人類學(xué)習(xí)的卓越工程師。小小的蝗蟲能夠進(jìn)行洲際飛行，翅翼重量為其自身總重量的1-2％，但在飛行中卻表現(xiàn)出超強(qiáng)的穩(wěn)定性和極好的承載能力，是一種性能優(yōu)良的結(jié)構(gòu)。此外，蝗蟲翅翼具有極大展收比，在飛行時(shí)，可迅速進(jìn)行展翅動(dòng)作，將隱藏在身體內(nèi)部的翅翼結(jié)構(gòu)迅速展開形成大面積的翅膀結(jié)構(gòu)。研究者在對(duì)蝗蟲翅翼進(jìn)行深入研究后發(fā)現(xiàn)，蝗蟲翅翼之所以具有高穩(wěn)定性和高承載性，是因?yàn)槠涑嵋斫Y(jié)構(gòu)由縱橫交錯(cuò)的翅脈和翅膜組成。剛性翅脈和柔性翅膜的組合形式構(gòu)成一種剛?cè)狁詈象w，在力學(xué)性能提升中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)上述問題，本發(fā)明根據(jù)蝗蟲翅翼的特點(diǎn)，提出一種基于蝗蟲翅翼的仿生變剛度折疊展開結(jié)構(gòu)，解決現(xiàn)有空間展開機(jī)構(gòu)普遍存在的問題。

2、本發(fā)明基于蝗蟲翅翼的仿生變剛度折疊展開結(jié)構(gòu)，由基體與折展陣面構(gòu)成；

3、所述折展陣面位于基體兩側(cè)，左右對(duì)稱固定于基體上。折展陣面包括仿生翅翼骨架陣列、柔性薄膜陣面、剪叉聯(lián)動(dòng)展開裝置與引導(dǎo)軌道。

4、其中，仿生翅翼骨架陣列為由多根仿生翅翼骨架構(gòu)成，多根仿生翅翼骨架前端滑動(dòng)套接于基體前端左右兩側(cè)設(shè)計(jì)的弧形引導(dǎo)軌道上。多根仿生翅翼骨架仿生翅翼骨架陣列表面鋪設(shè)有柔性薄膜陣面；相鄰仿生翅翼骨架相對(duì)側(cè)面間安裝有剪叉聯(lián)動(dòng)展開裝置。剪叉聯(lián)動(dòng)展開裝置包括由四根連桿相互鉸接構(gòu)成的剪叉單元以及相對(duì)鉸接軸間安裝的預(yù)緊彈簧構(gòu)成；剪叉單元另兩個(gè)相對(duì)的鉸接軸連接相鄰兩根仿生翅翼骨架。

5、由此，通過驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)控制，實(shí)現(xiàn)折展陣面中各仿生翅翼骨架同步沿引導(dǎo)軌道展開或收攏。

6、本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

7、1、本發(fā)明基于蝗蟲翅翼的仿生變剛度折疊展開結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)航天器結(jié)構(gòu)超大展收比設(shè)計(jì)，同時(shí)具備簡(jiǎn)單可靠展收形式、強(qiáng)穩(wěn)定的抗干擾性能，確保航天器在軌運(yùn)行的安全可靠。

8、2、本發(fā)明基于蝗蟲翅翼的仿生變剛度折疊展開結(jié)構(gòu)，具有可以提供預(yù)先儲(chǔ)存能量的彈簧機(jī)構(gòu)，可以保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，能適合于純粹的被動(dòng)展開。

9、3、本發(fā)明基于蝗蟲翅翼的仿生變剛度折疊展開結(jié)構(gòu)，可以通過預(yù)先調(diào)節(jié)預(yù)載彈簧的載荷預(yù)加值，使得整體結(jié)構(gòu)在展開到位后，彈簧仍處于工作狀態(tài)，如此則可以保證陣面在工作過程中的穩(wěn)定性，形成一個(gè)剛?cè)狁詈系囊惑w結(jié)構(gòu)，避免了純剛性結(jié)構(gòu)在外部擾動(dòng)下的大響應(yīng)難題。

10、4、本發(fā)明基于蝗蟲翅翼的仿生變剛度折疊展開結(jié)構(gòu)，各剪叉聯(lián)動(dòng)展開裝置結(jié)構(gòu)統(tǒng)一，便于實(shí)現(xiàn)模塊化設(shè)計(jì)。

11、5、本發(fā)明基于蝗蟲翅翼的仿生變剛度折疊展開結(jié)構(gòu)，可以調(diào)節(jié)各仿生翅翼骨架的長(zhǎng)度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)不同陣面形狀，實(shí)現(xiàn)了陣面結(jié)構(gòu)的多樣化設(shè)計(jì)。

12、6、本發(fā)明基于蝗蟲翅翼的仿生變剛度折疊展開結(jié)構(gòu)，使用預(yù)載彈簧可以使得整體結(jié)構(gòu)在展開過程中利用儲(chǔ)存的彈性勢(shì)能迅速展開，展開高效。

技術(shù)特征：

1.基于蝗蟲翅翼的仿生變剛度折疊展開結(jié)構(gòu)，其特征在于：由基體與折展陣面構(gòu)成；

2.如權(quán)利要求1所述基于蝗蟲翅翼的仿生變剛度折疊展開結(jié)構(gòu)，其特征在于：折展陣面完全展開狀態(tài)時(shí)，柔性薄膜陣面完全展開呈平面，達(dá)到最大展開表面積，且最外級(jí)骨架到達(dá)引導(dǎo)軌道的前端位置，預(yù)載彈簧處于拉伸狀態(tài)；折展陣面完全收攏狀態(tài)時(shí)，各仿生翅翼骨架完全收攏后相鄰仿生翅翼骨架相對(duì)側(cè)面間相互貼合。

3.如權(quán)利要求1所述基于蝗蟲翅翼的仿生變剛度折疊展開結(jié)構(gòu)，其特征在于：相鄰剪叉聯(lián)動(dòng)展開裝置位置對(duì)應(yīng)，相對(duì)連桿端部鉸接于兩者間的仿生翅翼骨架上同一根鉸接軸上。

4.如權(quán)利要求1所述基于蝗蟲翅翼的仿生變剛度折疊展開結(jié)構(gòu)，其特征在于：預(yù)載彈簧替換為拉伸彈簧，拉伸彈簧的末端與前端分別通過鋼絲繩連接剪叉單元兩個(gè)相對(duì)的鉸接軸。

5.如權(quán)利要求1所述基于蝗蟲翅翼的仿生變剛度折疊展開結(jié)構(gòu)，其特征在于：柔性薄膜陣面周向外緣沿位于最外側(cè)兩個(gè)仿生翅翼骨架長(zhǎng)方向鋪設(shè)并固定，同時(shí)與各個(gè)仿生翅翼骨架末端間連接固定。

6.如權(quán)利要求1所述基于蝗蟲翅翼的仿生變剛度折疊展開結(jié)構(gòu)，其特征在于：驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)安裝于基體頂面，包括滾珠絲杠、驅(qū)動(dòng)連桿與減速電機(jī)；其中，滾珠絲杠的絲杠沿基體前后方向設(shè)置，兩端由軸承座支撐；滾珠絲杠一端與驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出軸同軸連接；驅(qū)動(dòng)連桿末端與滾珠絲杠上套接的絲杠螺母連接形成轉(zhuǎn)動(dòng)副，驅(qū)動(dòng)連桿前端用于與最外側(cè)的仿生翅翼骨架前部連接形成轉(zhuǎn)動(dòng)副。

7.如權(quán)利要求6所述基于蝗蟲翅翼的仿生變剛度折疊展開結(jié)構(gòu)，其特征在于：驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)為一套，具有兩根驅(qū)動(dòng)連桿；兩根驅(qū)動(dòng)連桿末端鉸接于絲杠螺母左右對(duì)應(yīng)位置，前端分別與基體左右最外側(cè)的仿生翅翼骨架前部連接形成轉(zhuǎn)動(dòng)副。

8.如權(quán)利要求6所述基于蝗蟲翅翼的仿生變剛度折疊展開結(jié)構(gòu)，其特征在于：驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)為兩套左右對(duì)稱設(shè)置，兩套驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中各具有一根驅(qū)動(dòng)連桿，驅(qū)動(dòng)連桿前端分別與基體左右最外側(cè)的仿生翅翼骨架前部連接形成轉(zhuǎn)動(dòng)副。

9.如權(quán)利要求1所述基于蝗蟲翅翼的仿生變剛度折疊展開結(jié)構(gòu)，其特征在于：相鄰仿生翅翼骨架之間相對(duì)側(cè)面間通過限位繩進(jìn)行連接；限位繩在折展陣面完全展開處于完全展開狀態(tài)下處于松散狀態(tài)，直至到達(dá)完全展開狀態(tài)時(shí)繃緊。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開一種基于蝗蟲翅翼的仿生變剛度折疊展開結(jié)構(gòu)，屬于空間飛行器領(lǐng)域，由基體與折展陣面組成。其中，基體用于模擬蝗蟲的身體主干部分；兩個(gè)折展陣面用于模擬蝗蟲翅膀，左右對(duì)稱布置安裝于基體左右兩側(cè)。兩個(gè)折展陣面由多根骨架構(gòu)成，多根骨架前端可沿基體兩側(cè)滑軌滑動(dòng)，使多根骨架以扇面展開方式進(jìn)行展收，實(shí)現(xiàn)多根骨架保證骨架間運(yùn)動(dòng)的確定性和有序性。上述相鄰骨架間通過剪叉聯(lián)動(dòng)展開裝置相連，實(shí)現(xiàn)個(gè)骨架間運(yùn)動(dòng)的同步性。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)航天器結(jié)構(gòu)超大展收比設(shè)計(jì)，同時(shí)具備簡(jiǎn)單可靠展收形式、強(qiáng)穩(wěn)定的抗干擾性能，確保航天器在軌運(yùn)行的安全可靠。

技術(shù)研發(fā)人員：劉世偉,呂勝男,丁希侖
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京航空航天大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21