一种地外天体采样返回舱的自动开关舱门的制作方法

[0001]本发明涉及航天器技术领域，具体涉及一种地外天体采样返回舱的自动开关舱门。背景技术：[0002]深空探测航天器在实施行星样本采样后，需要将采集的样本转移送入返回舱内，返回舱带着样品返回地球。因此，返回舱需要设置开关舱门，在样本转移进返回舱之前打开舱门并在样本进入返回舱之后关闭舱门，保护采集的样本，保证返回舱气动外形的完整和连续。[0003]多种采样返回航天器的舱门机构采用翻转式的开启关闭方式，虽然开启角度大，但运动包络空间也较大，只适用于航天器外部无遮挡的情况，无法在航天器机构运动空间有限的环境下使用。技术实现要素：[0004]有鉴于此，本发明提供了一种地外天体采样返回舱的自动开关舱门，该自动开关舱门具有运动包络空间小、受环境因素影响小的优点。[0005]一种地外天体采样返回舱的自动开关舱门，包括金属舱门、舱门防热结构、压紧释放装置、锁定装置、传动装置、驱动装置以及分离螺母；[0006]所述舱门防热结构固定安装于金属舱门的外侧；[0007]所述锁定装置和所述分离螺母均固定安装于所述金属舱门的内侧，所述锁定装置用于将处于关闭状态的所述金属舱门锁定于所述门框；[0008]所述驱动装置固定安装于所述返回舱内，用于提供驱动力；[0009]所述传动装置固定安装于所述门框，与所述驱动装置传动连接，并包括与所述金属舱门固定连接的舱门轴，用于将所述驱动装置提供的旋转运动转变为所述金属舱门的直线平移运动和旋转运动，以实现所述金属舱门开关动作；[0010]所述压紧释放装置固定安装于所述返回舱，并与所述分离螺母配合实现对开启状态的所述金属舱门进行压紧固定和解锁释放。[0011]更进一步地，所述压紧释放装置为压紧杆组件，并包括压紧座、压紧弹簧、球形垫、压紧杆和压紧杆套；[0012]所述压紧座可拆卸地安装于所述返回舱，并设置有用于穿设所述压紧杆的通孔；[0013]所述压紧杆套的一端固定安装于所述压紧座，并套设于所述压紧弹簧和所述压紧杆的外周侧，用于对所述压紧弹簧和所述压紧杆进行约束和导向；[0014]所述压紧弹簧套设于所述压紧杆上并位于所述压紧杆和所述压紧座之间；[0015]所述压紧杆能够沿轴向滑动地安装于所述压紧杆套内；[0016]所述球形垫安装于所述压紧杆与所述压紧座之间；[0017]当所述金属舱门处于开启状态时，所述压紧座与所述分离螺母相对设置，所述压紧杆的一端穿过所述压紧座的通孔能够与所述分离螺母固定连接。[0018]更进一步地，所述分离螺母为火工装置。[0019]更进一步地，所述锁定装置包括锁体、锁舌、舱门锁压缩弹簧以及端盖；[0020]所述锁体为套筒型结构，并固定安装于所述金属舱门；[0021]所述端盖固定安装于所述锁体的一端；[0022]所述锁舌能够沿所述锁体的轴向滑动地安装于所述锁体背离所述端盖的一端，并在所述锁舌和所述端盖之间抵接有舱门锁压缩弹簧；[0023]所述锁舌背离所述端盖的一端凸出于所述锁体，并朝向所述金属舱门的外周侧，上表面为斜面，下表面为圆弧面；[0024]当所述金属舱门处于关闭状态时，所述锁舌卡接于所述门框的锁定槽内。[0025]更进一步地，在所述金属舱门远离所述舱门轴的一端对称安装有两个所述锁定装置；[0026]在所述门框上安装有与所述锁定装置一一对应的到位开关组件；[0027]所述到位开关组件的触发开关安装于所述锁定槽内；[0028]当所述锁舌卡接于所述锁定槽内时，所述锁舌挤压所述触发开关，所述到位开关组件产生关门电信号。[0029]更进一步地，所述传动装置还包括套筒、丝杠、前导向销、后导向销、丝杠螺母以及滚动轴承；[0030]所述套筒固定安装于所述门框；[0031]所述舱门轴间隙配合于所述套筒内，中部的外周侧固定安装有所述前导向销，并在所述底端内部间隙配合所述丝杠螺母；[0032]所述丝杠螺母与所述丝杠螺纹配合，外周侧对称设置有穿过所述舱门轴的两个所述后导向销；[0033]所述套筒设置有导向槽；[0034]所述舱门轴设置有与后导向销一一对应配合的所述螺旋槽；[0035]所述前导向销滑动配合于所述导向槽内，用于使所述前导向销能够沿所述导向槽运动，并使所述舱门轴实现旋转运动和直线平移运动；[0036]所述后导向销同时滑动配合于所述导向槽和所述螺旋槽；[0037]所述丝杠的另一端通过所述滚动轴承安装于所述套筒，并与所述驱动装置固定连接；[0038]所述滚动轴承通过固定安装于所述丝杠的垫片和螺母进行预紧。[0039]更进一步地，所述导向槽为设置于所述套筒的┐形槽和一形槽，其中一个后导向销与所述┐形槽滑动配合，另一个后导向销与所述一形槽配合；[0040]所述舱门轴与所述套筒的配合段涂覆有真空防冷焊润滑膜。[0041]更进一步地，所述金属舱门与所述门框之间的密闭贴合面采用凹凸型配合面。[0042]更进一步地，所述舱门防热结构的周面为斜面，用于对舱门的关闭进行导向。[0043]一种地外天体采样返回舱，包括门框，还包括上述技术方案提供的任意一种自动开关舱门；[0044]所述自动开关舱门安装于所述门框，并与所述门框配合实现开关。[0045]有益效果：[0046]本发明的自动开关舱门用于地外天体采样返回舱，金属舱门通过传动连接的驱动装置和传动装置进行开启和关闭，传动装置将驱动装置的旋转运动转变为金属舱门的直线平移运动和旋转运动，使得自动开关舱门由现有技术中的翻转开启方式转变为平移加旋转开启方式，减小了自动开关舱门的运动包络空间，使得舱门的启闭受环境因素影响较小。自动开关舱门在地外天体采样返回舱发射入轨过程中处于开启状态，便于返回舱内气体快速释放，以便返回舱内气压与返回舱外界快速平衡，避免了在返回舱上额外开设放气孔的设计，减少了金属舱门在轨开启的动作，提高了任务可靠性。附图说明[0047]图1为本发明的自动开关舱门处于开启状态时的截面示意图；[0048]图2为图1中自动开关舱门的侧视图；[0049]图3为本发明的自动开关舱门处于关闭状态时与门框的配合示意图；[0050]图4为图1中自动开关舱门处于开启状态时压紧释放装置的结构示意图；[0051]图5为图1中自动开关舱门处于关闭状态时锁定装置与门框的配合示意图；[0052]图6为图1中自动开关舱门的传动装置的结构示意图；[0053]图7为图6中传动装置的半剖结构示意图；[0054]图8为图7中a-a截面的结构示意图。[0055]其中，1-金属舱门，2-舱门防热结构，3-压紧释放装置，4-锁定装置，5-传动装置，6-驱动装置，7-分离螺母，8-门框，9-返回舱，10-电缆，31-压紧座，32-压紧弹簧，33-球形垫，34-压紧杆，35-压紧杆套，41-锁体，42-锁舌，43-舱门锁压缩弹簧，44-端盖，51-舱门轴，52-套筒，53-丝杠，54-前导向销，55-后导向销，56-丝杠螺母，57-滚动轴承，58-轴承套，59-垫片，60-螺母，511-螺旋槽，521-┐形槽，81-锁定槽，82-到位开关组件，91-金属舱体，92-舱体防热结构，93-隔热垫具体实施方式[0056]下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。[0057]请参考图1和图2，本发明提供了一种地外天体采样返回舱9的自动开关舱门，包括金属舱门1、舱门防热结构2、压紧释放装置3、锁定装置4、传动装置5、驱动装置6以及分离螺母7；舱门防热结构2固定安装于金属舱门1的外侧；在本发明实施例中，金属舱门1的外侧是指在关闭金属舱门1时金属舱门1朝向返回舱9外部的一侧，金属舱门1的内侧是指在关闭金属舱门1时金属舱门1朝向返回舱9内部的一侧；[0058]锁定装置4和分离螺母7均固定安装于金属舱门1的内侧，锁定装置4用于将处于关闭状态的金属舱门1锁定于门框8；如图2结构所示，在金属舱门1远离舱门轴51的一端对称安装有两个锁定装置4，在金属舱门1处于关闭状态时，金属舱门1通过舱门轴51和两个锁定装置4形成三点固定，使得金属舱门1关闭可靠；锁定装置4的具体结构以及锁定装置4与门框8的锁定配合结构可以参考图5；分离螺母7可以为火工装置，当需要关闭金属舱门1时，可以通过火工起爆使分离螺母7与压紧释放装置3分离，实现金属舱门1的解锁；火工装置需要供电电缆10，供电电缆10可以跟随金属舱门1运动，为了不对金属舱门1运动产生干涉，供电电缆10需要在金属舱门1上合理走线并绑扎固定，然后通过门框8上舱门轴51附近的开孔穿舱进入返回舱9内并固定；[0059]驱动装置6固定安装于返回舱9内，用于提供驱动力；传动装置5固定安装于门框8，与驱动装置6传动连接，并包括与金属舱门1固定连接的舱门轴51，用于将驱动装置6提供的旋转运动转变为金属舱门1的直线平移运动和旋转运动，以实现金属舱门1开关动作；如图1结构所示，驱动装置6和传动装置5均安装于门框8一侧的返回舱9内部，传动装置5位于驱动装置6和金属舱门1之间，用于通过驱动装置6提供的驱动力驱动金属舱门1实现启闭；[0060]压紧释放装置3固定安装于返回舱9，并与分离螺母7配合实现对开启状态的金属舱门1进行压紧固定和解锁释放。金属舱门1处于开启状态时，可以通过压紧释放装置3压紧固定在返回舱9上，地外天体采集样品的封装容器送入返回舱9后，压紧释放装置3解锁，解除对金属舱门1的压紧固定，然后在驱动装置6驱动下通过传动装置5实现金属舱门1的关闭运动。传动装置5通过驱动装置6同时实现旋转和平移平顺衔接运动功能，从而实现金属舱门1的关闭和开启运动。金属舱门1关闭时，金属舱门1先进行旋转运动再进行直线平移运动，金属舱门1与门框8的对正是通过传动装置5上的导向槽来保证的；金属舱门1开启时需要在地面人为手动解锁锁定装置4，然后通过驱动装置6和传动装置5的带动实现开启，开启运动先进行直线平移运动再进行旋转运动。金属舱门1关闭到位时，金属舱门1上的锁定装置4实现舱门关闭后的锁定。[0061]更进一步地，压紧释放装置3为压紧杆34组件，并包括压紧座31、压紧弹簧32、球形垫33、压紧杆34和压紧杆套35；压紧座31可拆卸地安装于返回舱9，并设置有用于穿设压紧杆34的通孔；压紧杆套35的一端固定安装于压紧座31，并套设于压紧弹簧32和压紧杆34的外周侧，用于对压紧弹簧32和压紧杆34进行约束和导向；压紧弹簧32套设于压紧杆34上并位于压紧杆34和压紧座31之间；压紧杆34能够沿轴向滑动地安装于压紧杆套35内；球形垫33安装于压紧杆34与压紧座31之间，以适应压紧杆34的小幅偏斜；当金属舱门1处于开启状态时，压紧座31与分离螺母7相对设置，压紧杆34的一端穿过压紧座31的通孔能够与分离螺母7固定连接。在对金属舱门1进行压紧时，压紧座31固定螺钉先不拧紧，待金属舱门1开启到位与压紧座31上的压紧面接触贴合后，先拧紧压紧杆34然后再将压紧座31固定螺钉拧紧；金属舱门1压紧约束需要解除时，通过火工起爆分离螺母7释放压紧杆34，之后压紧弹簧32将压紧杆34从分离螺母7中拔出，实现舱门的解锁。[0062]上述自动开关舱门的传动装置5将驱动装置6的旋转运动转变为金属舱门1的直线平移运动和旋转运动，使得自动开关舱门由现有技术中的翻转开启方式转变为平移加旋转开启方式，减小了自动开关舱门的运动包络空间，使得舱门的启闭受环境因素影响较小。自动开关舱门在航天器发射时处于开启状态，有利于返回舱9内气体在发射过程中快速释放，减少了金属舱门1在轨开启的动作，提高了任务可靠性；金属舱门1在开启压紧状态下，将质量和体积较大的分离螺母7布置在金属舱门1上，减少了返回舱9外残留凸出物的体积，更好的保证了返回舱9再入气动特性；传动装置5具有将单一驱动装置6的旋转运动转化为先后顺序的轴向平移和周向旋转运动，从而实现金属舱门1开启和关闭动作，传动装置5的丝杠53传动和舱门轴51中心重合，集成在同一轴线上，使得自动开关舱门的结构设计紧凑，节省空间。[0063]一种具体的实施方式中，如图5结构所示，锁定装置4包括锁体41、锁舌42、舱门锁压缩弹簧43以及端盖44；锁体41为套筒52型结构，并固定安装于金属舱门1；端盖44固定安装于锁体41的一端；锁舌42能够沿锁体41的轴向滑动地安装于锁体41背离端盖44的一端，并在锁舌42和端盖44之间抵接有舱门锁压缩弹簧43；锁舌42背离端盖44的一端凸出于锁体41，并朝向金属舱门1的外周侧，上表面可以为小角度的斜面，下表面为圆弧面；当金属舱门1处于关闭状态时，锁舌42卡接于门框8的锁定槽81内。如图2和图5结构所示，在金属舱门1远离舱门轴51的一端对称安装有两个锁定装置4；在门框8上安装有与锁定装置4一一对应的到位开关组件82；到位开关组件82的触发开关安装于锁定槽81内；当锁舌42卡接于锁定槽81内时，锁舌42挤压触发开关，到位开关组件82产生关门电信号。[0064]具体地，如图6、图7和图8结构所示，传动装置5还包括套筒52、丝杠53、前导向销54、后导向销55、丝杠螺母56以及滚动轴承57；套筒52固定安装于门框8；舱门轴51间隙配合于套筒52内，中部的外周侧固定安装有前导向销54，并在底端内部间隙配合丝杠螺母56；前导向销54可以通过顶丝(图中未示出)安装在舱门轴51上；丝杠螺母56与丝杠53螺纹配合，丝杠螺母56与丝杠53构成螺旋传动副；丝杠螺母56的外周侧对称设置有穿过舱门轴51的两个后导向销55；两个后导向销55可以通过顶丝(图中未示出)固定安装在丝杠螺母56上；套筒52设置有导向槽，导向槽可以为设置于套筒52上的┐形槽521和一形槽(图中未示出)，一形槽沿舱门轴51的轴向方向延伸；舱门轴51上设置有与后导向销55一一对应配合的两个螺旋槽511；前导向销54滑动配合于导向槽内，前导向销54滑动于┐形槽521内，用于使前导向销54能够沿┐形槽521运动，并使舱门轴51实现旋转运动和直线平移运动；后导向销55同时滑动配合于导向槽和螺旋槽511内，两个后导向销55对称设置于丝杠螺母56的两侧，其中一个后导向销55穿过螺旋槽511后与┐形槽521滑动配合，另一个后导向销55穿过螺旋槽511后与一形槽滑动配合，用于使后导向销55在丝杠螺母56的带动下沿直线平移运动，通过螺旋槽511还能使舱门轴51实现旋转运动；丝杠53的另一端通过滚动轴承57安装于套筒52，并与驱动装置6固定连接；滚动轴承57可以为角接触球轴承，并且如图7结构所示，在丝杠53的另一端安装有两个背对背的角接触球轴承；滚动轴承57通过固定安装于丝杠53的垫片59和螺母60进行预紧，消除间隙，提高滚动轴承57的传动精度和使用寿命；垫片59可以包括中间垫片59、调整垫片59以及预紧垫片59；舱门轴51的前端可与各种形状的金属舱门1连接，其下半段圆柱面上有两条对称的螺旋槽511；丝杠53安装有滚动轴承57的一端为动力输入端，与驱动装置6相连接。套筒52的轴向两侧有一个┐形槽521和一条一形槽，前导向销54被约束在┐形槽521内；两个后导向销55中的一个被同时约束在套筒52上的┐形槽521和舱门轴51上的一条螺旋槽511内，另一个被同时约束在套筒52上的一形槽和舱门轴51上的另一条螺旋槽511内。[0065]自动开关舱门由关闭状态开启时，传动装置5的丝杠53在驱动装置6的驱动下转动，驱动丝杠螺母56和安装在其上的两个后导向销55沿着套筒52两侧的┐形槽521首先沿轴向做平移运动；由于两个后导向销55约束在舱门轴51的两条螺旋槽511内，因此间接驱动舱门轴51与安装在其上的前导向销54沿着套筒52上┐形槽521做轴向平移运动至┐形槽521的转弯处，达到轴向最大位移(外部表现为舱门轴51向返回舱外平移伸出)。当舱门轴51与安装在其上的前导向销54沿着套筒52上┐形槽521运动到转弯处后，丝杠螺母56和安装在其上的两个后导向销55在丝杠53的驱动下继续做平移运动，迫使前导向销54在┐形槽521内继续沿着周向部分运动，带动舱门轴51做周向运动至┐形槽521的尽头(外部表现为舱门旋转打开，露出舱内空间)，同时，两个后导向销55沿着舱门轴51上的两条螺旋槽511运动。至此，完成整个打开舱门动作。关闭舱门动作为上述运动的逆过程。[0066]在舱门轴51与套筒52的配合段涂覆有真空防冷焊润滑膜，真空防冷焊润滑膜可以为二硫化钼润滑膜，舱门轴51与套筒52为间隙配合，通过真空防冷焊润滑膜能够减小舱门轴51与套筒52之间的摩擦，并能够防止真空冷焊现象。[0067]同时，在套筒52与前导向销54和后导向销55配合的┐形槽521和一形槽的槽壁、丝杠53以及丝杠螺母56上均涂覆有真空防冷焊润滑膜，用于防止真空冷焊现象。[0068]为了更好的减小机构运动摩擦阻力，前导向销54和后导向销55可以做成滚动导套形式或安装滚动轴承57；根据舱门运动包络约束情况可以将┐形槽521水平段做成具有一定角度的倾斜槽，也可更好的减小运动阻力。[0069]可以通过对传动装置5的套筒52上┐形槽521周向长度和舱门轴51上两条螺旋槽511长度的设计，实现控制舱门旋转打开的角度。通过对套筒52上┐形槽521轴向长度及相关零件轴向长度的设计，实现控制舱门平移伸出的长度。[0070]如图3和图5结构所示，金属舱门1与门框8之间的密闭贴合面采用凹凸型配合面。凹凸型配合面可以为s形面，将金属舱门1与门框8的密闭贴合面设计成凹凸配合的异型截面，能够更好的防止在返回舱9再入地球大气层时外部高温气流的窜入，进一步提高金属舱门1的防窜火效果。[0071]舱门防热结构2的周面为斜面，用于对舱门的关闭进行导向，如图3结构所示，舱门防热结构2的周面与竖直方向之间的夹角α可以为0～10°。[0072]上述自动开关舱门用于地外天体采样返回舱9，地外天体采样返回舱9包括门框8；自动开关舱门安装于门框8，并与门框8配合实现开关。如图3结构所示，返回舱9的舱体也可以包括金属舱体91和固定安装于金属舱体91外侧的舱体防热结构92，为了提高隔热效果，还可以在金属舱体91和门框8之间安装有隔热垫93。在金属舱门1关闭状态下，舱体防热结构92与舱门防热结构2之间预设有一定间隙，保证金属舱门1关闭过程顺畅，以及保证金属舱门1与门框8之间可以可靠贴合。[0073]综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。