：本发明属于大尺寸薄膜加工工装，具体涉及一种大尺寸平面薄膜折叠辅助工装设计方法，可用于大尺寸高聚物材料薄膜结构的辅助折叠。
背景技术
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背景技术：
1、高聚物材料薄膜结构具有轻质、高强、低成本的优点，广泛应用于航空航天大尺寸空间可展结构中，为了便于大尺寸平面薄膜结构展开与运输，大尺寸薄膜结构一般需要通过卷绕或者折叠的方式减小体积。
2、通过对空间大尺寸平面薄膜结构折叠方式的合理设计，可以实现大尺寸薄膜结构的柔顺、无撕裂展开，保证薄膜的结构与功能完整。常用空间大尺寸薄膜结构包络圆直径在1m以上，收纳比在5以上，需要复杂的折痕设计与分布。受薄膜结构强度与平面度要求，空间大尺寸高聚物薄膜结构表面无法通过切割或弯折加工构造折痕。
3、现有空间大尺寸平面薄膜结构的折痕构造通常采用膜面刻痕或者粘贴背板的形式，通过在薄膜厚度方向上制造差异，实现对薄膜折痕的构造。膜面刻痕的方式会影响薄膜结构的强度，在需要大张紧力或对膜面厚度要求高的场景下并不适用。粘贴背板的方式会影响薄膜结构的重量和刚度特性，这对大尺寸薄膜带来的负面影响更为明显。大尺寸薄膜几何尺寸更大、折痕设计更多，因此需要有更多的背板用于构造折痕，不利于提高结构可靠性，降低发射质量与装配工艺复杂性。
技术实现思路
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技术实现要素：
1、本文提供一种面向大尺寸平面薄膜结构有序折叠收纳工装的设计方法。对于高收纳比的大尺寸薄膜结构而言，有序折叠收纳是实现薄膜柔顺展开，避免展开过程中薄膜撕裂的重要手段。
2、面向大尺寸平面薄膜结构有序折叠收纳工装，包括：工装结构支撑框架，薄膜支撑板组，包括薄膜下支撑板和薄膜上支撑板；薄膜位于薄膜支撑板组的薄膜下支撑板和薄膜上支撑板之间，薄膜的内端固定在薄膜支撑板组的内端；薄膜下支撑板和薄膜上支撑板上开有按照薄膜折痕设计的折痕孔；薄膜外侧辅助支撑杆，用于固定薄膜的外端；导向装置，与所述薄膜外侧辅助支撑杆连接，使所述薄膜外侧辅助支撑杆延折叠方向移动；牵拉装置，与所述导向装置连接，用于对待折叠的薄膜施加展平的拉力；折痕构造板，用于在薄膜折叠式插入薄膜下支撑板和薄膜上支撑板上设置的折痕孔内使薄膜发生折叠。
3、所述导向装置包括滑块以及滑轨，所述滑块设置在所述滑轨上；所述滑轨固定在所述工装结构支撑框架上；所述薄膜外侧辅助支撑杆设置在所述滑块上。
4、在所述滑块上设置有一支撑杆连接板；所述薄膜外侧辅助支撑杆固定在所述支撑杆连接板上。
5、所述牵拉装置包括定滑轮、牵引绳以及重物块；牵引绳一端连接所述滑块，牵引绳另一端连接所述重物块。
6、薄膜下支撑板和薄膜上支撑板内的折痕孔按照环形薄膜沿径向向内折叠50%时的折痕位置进行开孔，薄膜上支撑板参照峰折痕开孔，薄膜下支撑板参照谷折痕开孔；其中，miura折痕孔开孔形状为“v”形，开孔角度与开孔长度参考最内圈miura折痕峰折痕，z字折痕孔开孔形状为“一”形，开孔长度按照50%折叠状态下每圈折痕对应位置峰折痕与谷折痕的长度进行设计。
7、工装结构支撑框架用于提供大尺寸平面薄膜折叠辅助工装的结构支撑，薄膜下支撑板、薄膜上支撑板、滑轨和定滑轮安装在工装结构支撑框架上。工装结构支撑框架使用4040铝合金型材安装组成。工装结构支撑框架总高度约为1.4m，确保薄膜下支撑板距地面高度大于1.2m，薄膜上支撑板以吊挂的方式安装在工装结构支撑框架上，用于避免工装对薄膜折叠过程的影响。工装结构支撑框架上方预留向薄膜上支撑板安装折痕构造板的手部操作空间。
8、薄膜通过固定在薄膜下支撑板内边缘和薄膜外侧辅助支撑杆，薄膜外侧辅助支撑杆连接支撑杆连接板和滑块，支撑杆连接板通过尼龙绳绕过定滑轮连接重物块，实现薄膜外侧辅助支撑杆在重物块重力作用下沿滑轨的运动，为薄膜提供向外的展平力。
9、薄膜下支撑板和薄膜上支撑板上开有按照薄膜折痕设计的折痕孔，通过在折痕孔中顺序插入折痕构造板，可以实现大尺寸平面薄膜结构折痕的有序构造。薄膜下支撑板和薄膜上支撑板使用高聚物材料制造，表面开减重孔，折痕孔两侧设置与折痕构造板可拆卸磁性块配做的安装孔并安装磁性材料。
10、折痕构造板使用高聚物材料制造，折痕构造板一侧设有把手，便于折痕构造板的安装与拆卸，折痕构造板的把手侧两端设计有可拆卸磁性块，通过与薄膜下支撑板和薄膜上支撑板折痕孔内的磁性材料间的磁力完成折痕构造板的安装。
11、薄膜外侧辅助支撑杆外形与薄膜外边缘形状相同，由6根z折痕区域杆和24根miura折痕区域杆组成，杆件间通过螺栓与轴承组成的铰链进行连接。6根z折痕区域杆长度700mm，为薄膜折痕设计约束尺寸。24根miura折痕区域杆每4根为1组安装在薄膜外圈六边形的每条边上，长度为薄膜外圈六边形边长的4等分。薄膜外侧辅助支撑杆薄膜折痕构造过程中薄膜外侧辅助支撑杆在重物块的牵引下沿滑轨向外拉平薄膜，而当薄膜构造板插入薄膜下支撑板和薄膜上支撑板时，薄膜因为折痕的生成带动薄膜外侧辅助支撑杆向内运动，通过人工按照薄膜折痕设计沿薄膜径向向内折叠薄膜外侧辅助支撑杆，完成薄膜外侧辅助支撑杆沿滑轨与薄膜外边缘形状进行运动与折叠。
12、由于薄膜折痕为miura折痕与z字折痕沿周向交替连接，则薄膜折痕构造过程中，6根z折痕区域杆带动各自位置的薄膜沿着径向z字折叠，薄膜外圈六边形每条边上的4根miura折痕区域杆按“w”形进行折叠，在配合miura折痕折叠后中央脊线沿径向向外突出的同时收纳外侧薄膜。
13、薄膜外侧辅助支撑杆、支撑杆连接板与滑块间通过螺栓连接，用于实现薄膜外侧辅助支撑杆对薄膜外边缘的保形与展平能力。
14、重物块质量参考薄膜展开过程展平力仿真与试验结果，建议取值0.1kg~0.5kg。
15、大尺寸平面薄膜折叠辅助工装应用于一种大尺寸平面薄膜结构的折痕构造过程，该类薄膜具有如下特征，使用一种六边形的环形薄膜结构，环形薄膜结构内圈的六边形相较于外圈的六边形顺时针转动30°，环形薄膜内的折痕由miura折痕和z字折痕沿周向交替连接构成。薄膜下支撑板和薄膜上支撑板内与折痕构造板配做的折痕孔按照环形薄膜沿径向向内折叠50%时的折痕位置进行开孔，薄膜上支撑板参照峰折痕开孔，薄膜下支撑板参照谷折痕开孔。其中，miura折痕孔开孔形状为“v”形，开孔角度与开孔长度参考最内圈miura折痕峰折痕，z字折痕孔开孔形状为“一”形，开孔长度按照50%折叠状态下每圈折痕对应位置峰折痕与谷折痕的长度进行设计。
16、折痕构造板需要与薄膜上支撑板和薄膜下支撑板的折痕孔进行配做。其中，miura折痕构造板的形状与长度均为统一的，z字折痕构造板的长度需要配合安装位置逐个设计。
17、大尺寸平面薄膜结构折叠的流程：首先将大尺寸平面薄膜结构内圈边缘粘接固定在薄膜下支撑板内边缘，将大尺寸平面薄膜结构外圈边缘粘接固定在辅助支撑杆表面。在重物块的重力牵引下，辅助支撑杆沿着滑轨向环形薄膜外侧运动，将薄膜结构展平。然后，开始进行薄膜折叠时，在薄膜下支撑板下方向上插入环形最内侧峰折痕的z字折痕构造板和miura折痕构造板，再依次从环形薄膜结构内侧向外侧逐圈在薄膜上支撑板上方和薄膜下支撑板下方插入对应位置的z字折痕构造板和miura折痕构造板，每插入一圈折痕构造板，需要对薄膜结构进行整理，直至完成所有折痕构造工作。
18、完成大尺寸平面薄膜结构折痕构造后，需要依次从环形薄膜结构外侧向内侧逐圈拆除安装在薄膜上支撑板与薄膜下支撑板的z字折痕构造板和miura折痕构造板，每拆除一圈折痕构造板，需要对本圈折痕进行整理并将薄膜外侧辅助支撑杆向内收拢、压紧预折叠的薄膜结构。在完成全部折痕的压紧后，通过拆除薄膜上支撑板，即可完成大尺寸平面薄膜结构折叠。
19、折痕构造板需要与薄膜上支撑板和薄膜下支撑板的折痕孔进行配做。miura折痕孔开孔形状为“v”形，开孔角度与开孔长度参考最内圈miura折痕峰折痕，因此，miura折痕构造板的形状与长度均为统一的。z字折痕孔开孔形状为“一”形，开孔长度按照50%折叠状态下每圈折痕对应位置峰折痕与谷折痕的长度进行设计，所以，z字折痕构造板的长度需要配合安装位置逐个设计。
20、与现有技术相比，本发明的有益效果是：
21、通过使用大尺寸平面折叠辅助工装，可以顺序开展薄膜结构张紧工作，薄膜结构折痕构造工作，薄膜结构折叠压紧工作，大幅降低大尺寸薄膜结构折痕构造难度与成本，提高折痕构造位置的准确性，提高大尺寸平面薄膜结构折痕构造效率。
1.面向大尺寸平面薄膜结构有序折叠收纳工装，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的面向大尺寸平面薄膜结构有序折叠收纳工装，其特征在于，所述导向装置包括滑块以及滑轨，所述滑块设置在所述滑轨上；所述滑轨固定在所述工装结构支撑框架上；所述薄膜外侧辅助支撑杆设置在所述滑块上。
3.根据权利要求2所述的面向大尺寸平面薄膜结构有序折叠收纳工装，其特征在于，在所述滑块上设置有一支撑杆连接板；所述薄膜外侧辅助支撑杆固定在所述支撑杆连接板上。
4.根据权利要求1所述的面向大尺寸平面薄膜结构有序折叠收纳工装，其特征在于，所述牵拉装置包括定滑轮、牵引绳以及重物块；牵引绳一端连接所述滑块，牵引绳另一端连接所述重物块。
5.根据权利要求1所述的面向大尺寸平面薄膜结构有序折叠收纳工装，其特征在于，折痕孔两侧设置与折痕构造板可拆卸磁性块配做的安装孔并安装磁性材料。
6.根据权利要求1所述的面向大尺寸平面薄膜结构有序折叠收纳工装，其特征在于，薄膜外侧辅助支撑杆外形与薄膜外边缘形状相同。
7.根据权利要求6所述的薄膜外侧辅助支撑杆，其特征在于，薄膜外侧辅助支撑杆由6根z折痕区域杆和24根miura折痕区域杆组成，杆件间通过螺栓与轴承组成的铰链进行连接；24根miura折痕区域杆每4根为1组安装在薄膜外圈六边形的每条边上，长度为薄膜外圈六边形边长的4等分；在每个滑块上设置一根所述z折痕区域杆，1组miura折痕区域杆铰接在相邻两z折痕区域杆之间；薄膜折痕构造过程中薄膜外侧辅助支撑杆在重物块的牵引下沿滑轨向外拉平薄膜，而当薄膜构造板插入薄膜下支撑板和薄膜上支撑板时，薄膜因为折痕的生成带动薄膜外侧辅助支撑杆向内运动，通过人工按照薄膜折痕设计沿薄膜径向向内折叠薄膜外侧辅助支撑杆，完成薄膜外侧辅助支撑杆沿滑轨与薄膜外边缘形状进行运动与折叠。
8.根据权利要求1所述的面向大尺寸平面薄膜结构有序折叠收纳工装，其特征在于，薄膜下支撑板和薄膜上支撑板内的折痕孔按照环形薄膜沿径向向内折叠50%时的折痕位置进行开孔，薄膜上支撑板参照峰折痕开孔，薄膜下支撑板参照谷折痕开孔；其中，miura折痕孔开孔形状为“v”形，开孔角度与开孔长度与最内圈miura折痕峰折痕的角度与长度相同，z字折痕孔开孔形状为“一”形，开孔长度按照50%折叠状态下每圈折痕对应位置峰折痕与谷折痕的长度进行设计。
9.基于权利要求1-8任一所述的面向大尺寸平面薄膜结构有序折叠收纳工装的薄膜折叠方法，其特征在于，将待折叠薄膜固定在薄膜支撑板组和薄膜外侧辅助支撑杆之间；通过牵拉装置将固定的待折叠薄膜展平；在薄膜下支撑板下方向上插入所有位于环形最内侧的miura折痕与z字折痕的峰折痕构造板，再依次逐圈在薄膜上支撑板上方和薄膜下支撑板下方插入对应位置的miura折痕与z字折痕的折痕构造板，直至完成所有折痕构造工作。
10.根据权利要求9所述的薄膜折叠方法，其特征在于：完成大尺寸平面薄膜结构折痕构造后，从环形外圈向内圈逐圈依次拆除安装在薄膜上支撑板与薄膜下支撑板的折痕构造板，每拆除一圈折痕构造板，对本圈折痕进行整理并通过薄膜外侧辅助支撑杆向内收拢、压紧预折叠的薄膜结构；在完成全部折痕的压紧后，通过拆除薄膜上支撑板，即可完成大尺寸平面薄膜结构折叠。
