变截面螺旋缠绕式充气抓捕手.pdf

一种变截面螺旋缠绕式充气抓捕手，属于航天技术领域，解决了现有的空间目标抓捕机构存在的问题，它包含一根螺旋形的充气管，充气管的螺旋半径由后端至前端递减，充气管的横截面半径由后端至前端递减；充气管的管壁由内到外依次为气密层、承力层、加热层和防滑层；在充气管的外侧面设置有卷簧，卷簧的自由卷曲方向与充气管的螺旋方向相反，本发明用于抓捕空间大尺寸非合作目标。

权利要求书
1.  一种变截面螺旋缠绕式充气抓捕手，其特征在于它包含一根螺旋形的充气管(1)，充气管(1)的螺旋半径由后端至前端递减，充气管(1)的横截面半径由后端至前端递减；充气管(1)的管壁由内到外依次为气密层(1-1)、承力层(1-2)、加热层(1-3)和防滑层(1-4)；在充气管(1)的外侧面设置有卷簧(2)，卷簧(2)的自由卷曲方向与充气管(1)的螺旋方向相反。

2.  如权利要求1所述一种变截面螺旋缠绕式充气抓捕手，其特征在于气密层(1-1)材料为丁基橡胶薄膜材料；承力层(1-2)材料为芳纶纤维复合材料；加热层(1-3)为电热丝；防滑层(1-4)采用防滑橡胶材料，仅在充气管(1)的内侧面设置防滑层(1-4)。

3.  如权利要求1所述一种变截面螺旋缠绕式充气抓捕手，其特征在于充气管(1)的前端直接压扁粘接封闭，呈扁端头结构。

4.  如权利要求1所述一种变截面螺旋缠绕式充气抓捕手，其特征在于在充气管(1)的后端设置有气嘴。

说明书变截面螺旋缠绕式充气抓捕手
技术领域
本发明属于航天技术领域，具体涉及一种变截面螺旋缠绕式充气抓捕手。
背景技术
对空间目标(包括合作目标和非合作目标)进行在轨操作和服务需要有抓捕机构完成目标的在轨抓捕、释放及相对固定等操作；现有的空间目标抓捕机构主要采用机械式手爪机构，可用于实现空间合作目标的抓捕。但利用机械式手爪抓捕机构进行非合作目标的抓捕，包括未安装合作抓持机构的己方飞行器、己方装置合作部件发生故障或失效卫星、对方航天器、空间大尺寸碎片等，则将大量增加抓捕机构的尺寸和关节数量，增大了抓捕机构及其控制系统的复杂程度、整体质量和操作难度，降低了系统的可靠性，增加了制造和发射成本，而且容易对目标造成损伤。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的空间目标抓捕机构存在的上述问题，提供了一种变截面螺旋缠绕式充气抓捕手，其技术方案如下：
一种变截面螺旋缠绕式充气抓捕手，它包含一根螺旋形的充气管，充气管的螺旋半径由后端至前端递减，充气管的横截面半径由后端至前端递减；充气管的管壁由内到外依次为气密层、承力层、加热层和防滑层，气密层材料为丁基橡胶薄膜材料，保证抓捕手内充气压力的稳定性；承力层材料为芳纶纤维复合材料，是承担抓捕手充气压力的主要结构；加热层为电热丝，保证抓捕手在空间低温条件下结构内部气压的稳定性及材料性能；防滑层采用防滑橡胶材料，直接与目标接触的材料层，用来增大目标体与抓捕手间接触面的摩擦力，可防止目标滑脱，可以仅在充气管的内侧面设置防滑层，减小整体质量；在充气管的外侧面设置有卷簧，卷簧的自由卷曲方向与充气管的螺旋方向相反。
本发明的有益效果为：可对较大尺寸的非合作目标进行抓捕；不需配合安装在目标体上的抓持机构；抓捕形式灵活；可从多个部位上进行目标的抓捕，抓捕过程可靠；对于目标的形状及尺寸有极大的适应能力；抓捕目标后抓捕手在充气压力作用下具有足够刚度，且抓捕手采用变截面结构，进一步增大抓捕手刚度，从而使得抓捕手与被抓目标间形成硬连接，便于对目标进行移动、固定等操作；通过充气和放气控制抓捕过程，控制方式简单可靠；发射体积小、重量轻；充气抓捕手可自动卷曲折叠，可实现目标的释放和多次抓捕；抓捕手采用柔性复合材料,不会对目标造成损伤。
附图说明：
图1是本发明的结构示意图；
图2是充气管的横截面示意图；
图3是抓捕过程示意图。
具体实施方式：
参照图1、图2和图3，一种变截面螺旋缠绕式充气抓捕手，它包含一根螺旋形的充气管1，充气管1的螺旋半径由后端至前端递减，充气管1的横截面半径由后端至前端递减；充气管1的管壁由内到外依次为气密层1-1、承力层1-2、加热层1-3和防滑层1-4，气密层1-1材料为丁基橡胶薄膜材料，保证抓捕手内充气压力的稳定性；承力层1-2材料为芳纶纤维复合材料，是承担抓捕手充气压力的主要结构；加热层1-3为电热丝，保证抓捕手在空间低温条件下结构内部气压的稳定性及材料性能；防滑层1-4采用防滑橡胶材料，直接与目标接触的材料层，用来增大目标体与抓捕手间接触面的摩擦力，可防止目标滑脱，可以仅在充气管1的内侧面设置防滑层1-4，减小整体质量；在充气管1的外侧面设置有卷簧2，卷簧2的自由卷曲方向与充气管1的螺旋方向相反。
充气管1的前端直接压扁粘接封闭，呈扁端头结构，使充气管1泄气后更容易在卷簧2的驱动下卷曲。
在充气管1的后端设置有气嘴。
使用方法及原理：将充气管1后端与飞行器的机械伸缩臂连接，气嘴与充放气设备连接，加热层1-3与加热控制电路连接，充气管1采用柔性复合材料制造，在无充气压力状态下，卷簧2驱动充气管1卷曲折叠；对目标进行抓捕时，利用充放气设备对充气管1进行充气，充气压力驱动充气管1逐渐螺旋式展开对目标进行缠绕抓捕，由于充气管1的螺旋半径由后端至前端递减，所以抓捕目标的外形尺寸在充气管1的前端螺旋半径和后端螺旋半径之间的范围内均可以被牢固缠绕；需要释放目标时，对充气抓捕手进行放气，在卷簧2的作用下，带动充气管1卷曲回缩，将目标释放。