一种空间可展开的二维跟踪转台系统

1.本发明涉及一种空间光学载荷应用的二维跟踪转台，具体涉及一种空间可展开的二维跟踪转台系统。


背景技术：

2.进入航天时代以来，信息化全面发展，卫星在导航侦查、资源探测、气象预报和通信等诸多方面得到了广泛应用，对国家国防、经济以及其他各领域的发展起到了积极的作用。空间二维跟踪转台是卫星进行目标捕获和跟踪的执行单元，也是二维跟踪指向机构常用的实现形式。
3.作为卫星的有效载荷，空间二维跟踪转台从发射到在轨工作，需要经历振动、冲击、空间微重力等力学环境，这些力学环境对空间转台的刚度提出了很高要求。同时，考虑到火箭的运载能力，需要卫星及有效载荷的体积尽量减小。但现有的二维跟踪转台多以工作状态锁紧发射，体积和重量较大，且对发射主动段恶劣力学环境的适应性较差，容易产生谐振等现象。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种空间可展开二维跟踪转台系统，用于解决现有的二维跟踪转台体积和重量较大，以及对发射主动段恶劣力学环境的适应性较差等技术问题。
5.为了实现上述目的，本发明的技术解决方案如下：
6.一种空间可展开二维跟踪转台系统，其特殊之处在于：
7.包括平台舱、负载及转台单元；
8.所述平台舱上设有第一锁紧支架，所述负载上对应位置处设有第二锁紧支架，第一锁紧支架和第二锁紧支架通过锁紧件连接；所述锁紧件上设有点火器，点火器与控制转台系统的主控系统连接，用于接收爆炸解锁信号；
9.所述转台单元包括底座和支撑组件，其中，底座固定于平台舱的外表面；所述支撑组件包括支撑座、支撑臂、限位单元、方位轴系和俯仰轴系；
10.所述方位轴系设置在底座上，所述支撑座位于底座上方且与所述方位轴系的输出端连接，所述支撑臂的一端设置有所述俯仰轴系，俯仰轴系的输出端与负载连接，支撑臂的另一端与支撑座的端部通过转轴连接；所述限位单元设于支撑座与支撑臂连接端的外侧，用于限定支撑臂的展开角度；
11.所述支撑臂与转轴之间设有卷簧，卷簧的一端固定在支撑臂上，另一端固定在转轴上，当锁紧件打开时，卷簧可带动支撑臂沿支撑座的端部旋转展开。
12.进一步地，所述支撑座上端靠近支撑臂一侧开设有至少一个锁紧销滑槽，锁紧销滑槽内设有锁紧弹簧和锁紧销，锁紧弹簧一端与锁紧销滑槽远离支撑臂一侧的支撑座连接，另一端与锁紧销的尾部连接；
13.所述支撑臂上设有与锁紧销滑槽对应的锁紧槽，用于在支撑臂沿支撑座的端部展
开时，锁紧销沿锁紧销滑槽滑动，其头部进入锁紧槽内，将支撑座和支撑臂锁紧。
14.进一步地，所述锁紧销为楔形块，其尾部为长方体结构，头部为四棱台状楔形头，所述锁紧槽为与楔形头匹配的四棱台状楔形锁紧槽。
15.进一步地，所述锁紧销为楔形块，其尾部为长方体结构，头部为四棱台状楔形头，所述锁紧槽的内端为与楔形头匹配的四棱台状，外端为与所述长方体结构断面相匹配的长方体状。
16.进一步地，所述锁紧销滑槽的两个侧壁上设有定位滑道，所述锁紧销上设有与定位滑道对应的定位滑块，用于限定锁紧销在锁紧销滑槽内的滑动轨迹；所述锁紧弹簧有两个且平行设置，其一端分别与锁紧销滑槽远离支撑臂一侧的支撑座连接，另一端分别与锁紧销上的定位滑块连接。
17.进一步地，所述限位单元内设有微动开关，微动开关与控制转台系统的主控系统连接，用于将支撑座和支撑臂锁紧的信号发出。
18.进一步地，所述锁紧件为火工螺栓。
19.进一步地，所述方位轴系通过两个背靠背或面对面安装的角接触球轴承与底座连接。
20.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
21.1、本发明的空间可展开二维跟踪转台系统，包括平台舱、负载及转台单元，其中转台单元包括底座和支撑组件，支撑组件包括支撑座、支撑臂、限位单元、方位轴系和俯仰轴系，支撑臂与支撑座的端部通过转轴连接，形成l型支撑架体；支撑臂与转轴之间设有卷簧，在卫星发射阶段，l型支撑架体处于折叠状态，卫星入轨后，锁紧件打开，卷簧带动支撑臂沿支撑座的端部旋转展开，使得l型支撑架体处于展开状态，以此降低了转台单元的体积及重心高度，并提高了空间二维跟踪转台对发射主动段的力学环境适应性。
22.2、本发明的空间可展开二维跟踪转台系统中，采用卷簧作为驱动装置，因卷簧属于无源驱动，相比于电机驱动，卷簧质量轻，可靠性高，结构简单、价格低廉，且无需设计控制系统，无需耗费卫星电能，进而降低了设计成本。
23.3、本发明的空间可展开二维跟踪转台系统中，在支撑座上还设有锁紧销滑槽，锁紧销滑槽内设有锁紧弹簧和锁紧销，支撑臂上设有与锁紧销滑槽对应的锁紧槽，当卫星入轨后，l型支撑架体展开到位，锁紧销的头部滑入锁紧槽内，进而完成支撑座和支撑臂的快速锁紧，实现无动力锁紧，更加环保。
附图说明
24.图1为本发明一种空间可展开二维跟踪转台系统实施例的折叠状态示意图。
25.图2为本发明一种空间可展开二维跟踪转台系统实施例的展开状态示意图。
26.图3为本发明一种空间可展开二维跟踪转台系统实施例中锁紧销未锁定状态示意图。
27.图4为本发明一种空间可展开二维跟踪转台系统实施例中锁紧销锁定状态示意图。
28.图5为本发明一种空间可展开二维跟踪转台系统实施例中锁紧销的结构示意图。
29.图6为本发明一种空间可展开二维跟踪转台系统实施例中卷簧的安装结构示意
图。
30.图7为本发明一种空间可展开二维跟踪转台系统实施例中支撑臂的结构示意图。
31.附图标记如下：
32.1-平台舱，11-第一锁紧支架，12-锁紧件，2-负载，21-第二锁紧支架，3-底座，4-支撑座，41-锁紧销滑槽，42-锁紧销，5-支撑臂，51-锁紧槽，6-限位单元，7-卷簧，8-方位轴系，9-俯仰轴系。
具体实施方式
33.本发明的设计原理为：为提高空间二维跟踪转台的力学环境适应能力，同时减小发射时卫星的整体体积和重量，实现轻量化设计，本发明设计了一种空间可展开二维跟踪转台，该转台基本构型为l型，相比于传统的u型转台可减轻重量。转台在发射阶段处于折叠锁紧状态，减小转台体积的同时降低转台的重心高度，提高了空间二维跟踪转台的力学环境适应性。当卫星到达预定轨道后，锁紧机构解锁，转台展开到工作状态并再次锁紧。
34.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。
35.结合图1和图2所示，本发明提供了一种空间可展开的二维跟踪转台系统，该转台系统搭载于卫星上，包括平台舱1、负载2及转台单元。平台舱1上设有第一锁紧支架11，负载2上对应位置处设有第二锁紧支架21，卫星在发射前，第一锁紧支架11和第二锁紧支架21通过锁紧件12固定连接，锁紧件一般为火工螺栓，火工螺栓上设有点火器，点火器与控制转台系统的主控系统通过信号连接，用于接收爆炸解锁信号。卫星入轨后，火攻螺栓爆炸，平台舱1和负载2分离，以此实现空间二维可展开转台发射阶段的锁紧与入轨后的解锁。
36.转台单元包括底座3和支撑组件，其中，底座3固定于平台舱1的外表面。
37.支撑组件包括支撑座4、支撑臂5、限位单元6、方位轴系8及俯仰轴系9。支撑座4位于底座3上方，其中，方位轴系8设置在底座3上，方位轴系8的输出端与支撑座4连接，方位轴系8通过两个背靠背或面对面安装的角接触球轴承与底座3连接，支撑座4可绕底座3的中心轴旋转，根据需求进行角度的切换，实现转台方位运动。
38.支撑臂5的一端与负载2通过俯仰轴系9连接，使得负载2可绕俯仰轴系9做俯仰运动，其中，俯仰轴系9的输出端与负载2连接。支撑臂5的另一端与支撑座4的端部通过转轴连接，形成l型支撑架体。
39.如图6所示，本实施例中，支撑臂5与转轴之间设有卷簧7，卷簧7的一端固定在支撑臂5上，另一端固定在转轴上，当锁紧件12打开时，卷簧7可带动支撑臂5沿支撑座4的端部旋转展开，为支撑臂5的旋转展开提供动力。
40.限位单元6设于支撑座4与支撑臂5连接端的外侧。当卫星入轨后，第一锁紧支架11和第二锁紧支架21处于未连接状态，支撑臂5可沿支撑座4的端部旋转展开，限位单元6用于限制支撑臂5的展开角度。限位单元6内设有微动开关，微动开关与控制转台系统的主控系统连接，用于将支撑座4和支撑臂5的锁紧信号发出。
41.结合图1至图4及图7所示，为了提高支撑臂5沿支撑座4展开后的稳定性，支撑座4上侧靠近支撑臂5处开设有两个锁紧销滑槽41，锁紧销滑槽41内设有锁紧弹簧和锁紧销42。锁紧销滑槽41的两个侧壁上设有定位滑道，锁紧销42上设有与定位滑道对应的定位滑块，
用于限定锁紧销42在锁紧销滑槽41内的滑动轨迹。锁紧弹簧有两个且平行设置，其一端分别与锁紧销滑槽41远离支撑臂5一侧的支撑座4连接，另一端分别与锁紧销42上的定位滑块连接。
42.支撑臂5上设有与锁紧销滑槽41对应的锁紧槽51，当第一锁紧支架11和第二锁紧支架21处于连接状态时，锁紧销42的头部未进入锁紧槽51内，此时，锁紧弹簧在锁紧销42的压力下处与压缩状态；当第一锁紧支架11和第二锁紧支架21未连接状态时，支撑臂5沿支撑座4的端部旋转展开，在锁紧弹簧的弹簧力的作用下，推动锁紧销42沿锁紧销滑槽41滑动，当支撑臂5与限位单元6接触时，则锁紧销42的头部同步进入锁紧槽51内，进而将支撑座4和支撑臂5快速锁紧。
43.本实施例中，如图5所示，锁紧销42为楔形块，其尾部为长方体结构，头部为四棱台状楔形头，锁紧槽51可为与楔形头匹配的四棱台状楔形锁紧槽，或者，锁紧槽51的内端为与楔形头匹配的四棱台状，外端为与长方体结构断面相匹配的长方体状。
44.结合图1至图7，本发明的工作原理为：
45.卫星发射前：首先按照实施要求将各零部件安装好，将可展开l型支撑架体的支撑臂5旋转到发射状态位置(即平台舱1和负载2连接时的状态)；接着将各锁紧销滑槽41内的锁紧弹簧压缩，使得锁紧销8的头部紧紧压在支撑臂5的内侧，与此同时，需确认卷簧7为收紧状态；最后将卫星平台舱1上的第一锁紧支架11与负载2上的第二锁紧支架21对齐，并用火工螺栓将平台舱1与负载荷2固连在一起，实现发射前的折叠状态(如图1所示)。
46.卫星入轨后：首先由主控系统对卫星发出解锁信号，此时火工螺栓爆炸，负载2与平台舱1分离，卷簧7释放，从而带动可展开支撑臂5绕支撑座4的端部旋转，当支撑臂5碰到限位单元6后，同时触动限位单元6内的微动开关，则代表支撑臂5展开到位。此时支撑臂5内侧的锁紧槽51正好与锁紧销42的楔形头对正，锁紧弹簧释放应力，将锁紧销42推入支撑臂5内侧的锁紧槽51内，实现支撑座4和支撑臂5的再次锁紧(如图2所示)。
47.本发明的转台系统，以折叠锁紧状态发射，降低了转台的重心，避免传统展开状态发射时，因火箭剧烈振动引起负载与平台舱高度差较大，从而将振动放大至负载，导致负载或支撑架的破坏，以此提高了空间二维跟踪转台对发射主动段的力学环境适应性。
48.以上，尽管已经示出和描述了本发明的实施例，但对于本技术领域中的普通技术人员来说，只要在本发明的实质精神范围之内，对以上实施例的变化和变型都应当视为落入本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种空间可展开的二维跟踪转台系统，其特征在于：包括平台舱(1)、负载(2)及转台单元；所述平台舱(1)上设有第一锁紧支架(11)，所述负载(2)上对应位置处设有第二锁紧支架(21)，第一锁紧支架(11)和第二锁紧支架(21)通过锁紧件(12)连接；所述锁紧件(12)上设有点火器，点火器与控制转台系统的主控系统连接，用于接收爆炸解锁信号；所述转台单元包括底座(3)和支撑组件，其中，底座(3)固定于平台舱(1)的外表面；所述支撑组件包括支撑座(4)、支撑臂(5)、限位单元(6)、方位轴系(8)和俯仰轴系(9)；所述方位轴系(8)设置在底座(3)上，所述支撑座(4)位于底座(3)上方且与所述方位轴系(8)的输出端连接；所述支撑臂(5)的一端设置有所述俯仰轴系(9)，俯仰轴系(9)的输出端与负载(2)连接，支撑臂(5)的另一端与支撑座(4)的端部通过转轴连接；所述限位单元(6)设于支撑座(4)与支撑臂(5)连接端的外侧，用于限定支撑臂(5)的展开角度；所述支撑臂(5)与转轴之间设有卷簧(7)，卷簧(7)的一端固定在支撑臂(5)上，另一端固定在转轴上，当锁紧件(12)打开时，卷簧(7)可带动支撑臂(5)沿支撑座(4)的端部旋转展开。2.根据权利要求1所述的空间可展开的二维跟踪转台系统，其特征在于：所述支撑座(4)上端靠近支撑臂(5)一侧开设有至少一个锁紧销滑槽(41)，锁紧销滑槽(41)内设有锁紧弹簧和锁紧销(42)，锁紧弹簧一端与锁紧销滑槽(41)远离支撑臂(5)一侧的支撑座(4)连接，另一端与锁紧销(42)的尾部连接；所述支撑臂(5)上设有与锁紧销滑槽(41)对应的锁紧槽(51)，用于在支撑臂(5)沿支撑座(4)的端部展开时，锁紧销(42)沿锁紧销滑槽(41)滑动，其头部进入锁紧槽(51)内，将支撑座(4)和支撑臂(5)锁紧。3.根据权利要求2所述的空间可展开的二维跟踪转台系统，其特征在于：所述锁紧销(42)为楔形块，其尾部为长方体结构，头部为四棱台状楔形头，所述锁紧槽(51)为与楔形头匹配的四棱台状楔形锁紧槽。4.根据权利要求2所述的空间可展开的二维跟踪转台系统，其特征在于：所述锁紧销(42)为楔形块，其尾部为长方体结构，头部为四棱台状楔形头，所述锁紧槽(51)的内端为与楔形头匹配的四棱台状，外端为与所述长方体结构断面相匹配的长方体状。5.根据权利要求1-4任一所述的空间可展开的二维跟踪转台系统，其特征在于：所述锁紧销滑槽(41)的两个侧壁上设有定位滑道，所述锁紧销(42)上设有与定位滑道对应的定位滑块，用于限定锁紧销(42)在锁紧销滑槽(41)内的滑动轨迹；所述锁紧弹簧有两个且平行设置，其一端分别与锁紧销滑槽(41)远离支撑臂(5)一侧的支撑座(4)连接，另一端分别与锁紧销(42)上的定位滑块连接。6.根据权利要求5所述的空间可展开的二维跟踪转台系统，其特征在于：所述限位单元(6)内设有微动开关，微动开关与控制转台系统的主控系统连接，用于发出支撑座(4)和支撑臂(5)的锁紧信号。7.根据权利要求6所述的空间可展开的二维跟踪转台系统，其特征在于：所述锁紧件(12)为火工螺栓。8.根据权利要求7所述的空间可展开的二维跟踪转台系统，其特征在于：
所述方位轴系(8)通过两个背靠背或面对面安装的角接触球轴承与底座(3)连接。

技术总结
本发明公开了一种空间可展开二维跟踪转台系统，用于解决现有的二维跟踪转台体重和重量较大，以及对发射主动段恶劣力学环境的适应性较差等技术问题。该转台系统包括平台舱、负载及转台单元，其中转台单元包括底座和支撑组件，支撑组件包括支撑座、支撑臂及限位单元，支撑臂与支撑座的端部活动连接，形成L型支撑架体，在卫星发射阶段，L型支撑架体处于折叠状态，卫星入轨后，L型支撑架体处于展开状态，以此降低了转台单元的体积及重心高度，并提高了空间二维跟踪转台对发射主动段的力学环境适应性。应性。应性。


技术研发人员：王振宇 魏钰轩 李治国 张亚涛
受保护的技术使用者：中国科学院西安光学精密机械研究所
技术研发日：2023.03.27
技术公布日：2023/6/28