CN103662098A - 空间飞行器的半刚性太阳电池翼 - Google Patents
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Abstract
一种空间飞行器的半刚性太阳电池翼，包括：与所述空间飞行器相连的根部展开锁定机构；板间展开锁定机构；连接所述根部展开锁定机构和板间展开锁定机构的连接架；顺次活动相连的内半刚性电池板、中内半刚性电池板、中外半刚性电池板和外半刚性电池板；所述内半刚性电池板和连接架通过所述板间展开锁定机构连接；设置在所述中内半刚性电池板上的展开同步装置；置于所述外半刚性电池板上的压紧释放机构。本发明的技术方案避免了电路短路的发生，提高了太阳电池翼的发电效率。
Description
技术领域
本发明涉及航天飞行器设备，尤其是一种空间飞行器的半刚性太阳电池翼。
背景技术
目前，我国在空间轨道环境使用的太阳电池翼均为刚性太阳电池翼，由于飞行器飞行的空间环境复杂，传统的刚性太阳电池翼逐渐不适于作为空间飞行器的太阳电池翼。
例如，低轨道环境存在较强的原子氧剥蚀，容易对传统刚性基板安装电池模块的载体Kapton膜表面造成剥蚀效应，导致电路出现短路的失效模式，直接影响飞行任务成败。飞行器在轨工况复杂，需进行多次的变轨、维持、不少于6次的交会对接分离等，刚性太阳电池翼难以满足使用要求。
另外，电池板的发电效率直接与温度环境密切相关，温度高电池模块的光电转换效率低，刚性太阳电池翼的铝蜂窝加碳纤维网格面板的发电效率较低，不适于空间使用。
因此如何避免电路短路的发生，提高太阳电池翼的发电效率成为目前亟待解决的问题之一。
发明内容
本发明的技术方案解决的技术问题是如何避免电路短路的发生，提高太阳电池翼的发电效率。
为解决上述问题，本发明的技术方案提供了一种空间飞行器的半刚性太阳电池翼包括：
与所述空间飞行器相连的根部展开锁定机构；
板间展开锁定机构；
连接所述根部展开锁定机构和板间展开锁定机构的连接架；
顺次活动相连的内半刚性电池板、中内半刚性电池板、中外半刚性电池板和外半刚性电池板；
所述内半刚性电池板和连接架通过所述板间展开锁定机构连接；
设置在所述中内半刚性电池板上的展开同步装置；
置于所述外半刚性电池板上的压紧释放机构。
本发明的技术方案取得了耐原子氧性能好、承载能力高、结构可靠、展开平稳、工作温度低以及发电功率高的有益效果。
附图说明
图1是本发明实施例提供的半刚性太阳电池翼的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的半刚性太阳电池翼的展开过程图；
图3是本发明实施例提供的半刚性基板及典型部位加强构型图；
图4是本发明实施例提供的连接架及典型部位加强构型图；
图5是本发明实施例提供的根部铰链支座的结构示意图；
图6是本发明实施例提供的板间铰链支座的结构示意图；
图7是本发明实施例提供的T型接头的结构示意图；
图8是本发明实施例提供的I型接头的结构示意图。
具体实施方式
目前，我国在空间轨道环境使用的太阳电池翼均为刚性太阳电池翼，由于飞行器飞行的空间环境复杂，传统的刚性太阳电池翼逐渐不适于作为空间飞行器的太阳电池翼。
鉴于上述情况，本发明的技术方案提供一种空间飞行器的半刚性太阳电池翼，如图1所示所述半刚性太阳电池翼包括：
与所述空间飞行器相连的根部展开锁定机构19；
板间展开锁定机构20；
连接所述根部展开锁定机构19和板间展开锁定机构20的连接架30；
顺次活动相连的内半刚性电池板40、中内半刚性电池板50、中外半刚性电池板60和外半刚性电池板70；
所述内半刚性电池板40和连接架30通过所述板间展开锁定机构20连接；
设置在所述中内半刚性电池板50上的展开同步装置80；
置于所述外半刚性电池板70上的压紧释放机构90。
所述内半刚性电池板40、中内半刚性电池板50、中外半刚性电池板60和外半刚性电池板70均采用玻璃纤维网格面板作为电池模块的载荷；所述内半刚性电池板40、中内半刚性电池板50、中外半刚性电池板60、外半刚性电池板70和连接架30上分别设置胶接和接头实心。
所述内半刚性电池板40、中内半刚性电池板50、中外半刚性电池板60和外半刚性电池板70在所述空间飞行器的发射段保持同步收拢、展开或锁定；所述内半刚性电池板40、中内半刚性电池板50、中外半刚性电池板60和外半刚性电池板70在所述空间飞行器的轨展开段保持同步收拢、展开或锁定；所述内半刚性电池板40、中内半刚性电池板50、中外半刚性电池板60和外半刚性电池板70在所述空间飞行器的轨飞行段保持同步收拢、展开或锁定。
半刚性电池板（内半刚性电池板、中内半刚性电池板、中外半刚性电池板和外半刚性电池板的统称）由半刚性基板和电池电路组成，半刚性基板是指由柔性玻璃纤维纱编织而成的渔网状织物-玻璃纤维网覆盖在复合材料框架上的形成的复合体，并与连接架30通过板间展开锁定机构20连接。
在飞行器发射阶段，压紧释放机构90通过6套压紧杆将所述太阳电池翼分别收拢压紧于飞行器侧壁上，保持整翼的收拢状态频率特性。在飞行器入轨后，按预定器载计算机程序指令引爆火工品，压紧释放机构90释放，解除压紧；在板间展开锁定机构20的作用下，太阳电池翼逐步展开到位并锁定。所述半刚性太阳电池翼能够承受发射段（148dB/2min噪声环境、11.2g飞行方向正弦振动载荷）、在轨展开段（撞击力2850N）和在轨飞行段（对接撞击20000N、变轨恒加速度0.25m/s2）等各工况大载荷要求，在轨电池模块工作温度比同类刚性电池板低10°左右。
如图2所示，该图是本发明实施例提供的半刚性太阳电池翼的展开过程图。
压紧释放机构的释放采用切割器切断压紧杆的方式进行，A阶段）展开前通过压紧释放机构的6根压紧杆组件收拢在飞行器舱体100的侧壁上，每个切割器有互为备份的两个起爆器；B阶段）在接受到飞行器展开指令后，火工品切割器起爆并切断压紧杆，此时太阳电池翼200开始展开，整翼展开过程中成“W”型，并加速展开；C阶段）太阳电池翼200展开到位后最终夹角均为180 o整翼成“一”型，在轨展开时间不超过12s。为确保可靠展开，根部展开锁定机构和板间展开锁定机构转动部件或有相对运动的部件需采用MoS2固体润滑。展开到位后太阳电池翼200形成一个阵面，同时保证满足整翼的基频要求，该展开过程有很高的可靠性。
图3是本发明实施例提供的半刚性基板及典型部位加强构型图，其中的标号表如下：
| 1-铰链支座 | 2-压紧套 | 3-I型T接头 | 4-十字接头 |
| 5-II型T接头 | 6-I型撑条接头 | 7-II型撑条接头 | 8-预埋件 |
| 9-边框 | 10撑条 | 11-梁 | 12-玻璃纤维网 |
半刚性基板是指玻璃纤维网覆盖在复合材料框架上的形成的复合体，玻璃纤维网是指由柔性玻璃纤维纱编织而成的渔网状织物。基板为框架式结构，由边框9、梁11、撑条10、玻璃纤维网12、接头（I型T接头3，十字接头4，II型T接头5，I型撑条接头6和II型撑条接头7的统称）、铰链支座1、压紧套压板、压紧套2、预埋件8和捆绑线等组成。
单板（泛指内半刚性电池板、中内半刚性电池板、中外半刚性电池板和外半刚性电池板中的一种）尺寸为3000mm×1670mm×25mm，重量不超过6.45kg；同时具备与电池模块和板间展开锁定机构或根部展开锁定机构连接功能；为满足大载荷要求，将压紧套2接头与梁11的粘接长度增加到35mm，同时与压紧套2接头胶接段梁的外层包裹20mm宽的玻璃纤维布。
图4是本发明实施例提供的连接架典型部位加强构型图。
结合图3和图4，连接架是由复合材料组成的框架，主要由方管13、板间铰链支座14（图6所示）、根部铰链支座15（图5所示）、压紧套支座16、压紧套接头17、套管18及压紧套2等零件组成。单板尺寸为3000mm×777.5mm×28mm，重量不超过5.8kg。为满足大载荷要求，主要加强措施如下：
a. 根部铰链支座15和板间铰链支座14与接头（T接头21或I型接头22）为一体式实心结构；
b. T接头21（图7所示）或I型接头22（图8所示）与方管13的胶接长度增加到60mm。
由于采取以上技术方案，本发明实现了耐原子氧、可承受大载荷、工作温度低的半刚性太阳电池翼，取得了结构可靠、展开平稳、耐原子氧、可承受大载荷、工作温度低以及发电功率高等有益效果。
与传统刚性基板相比，采用半刚性太阳电池翼具备如下优势：
a.低轨道环境存在较强的原子氧剥蚀，容易对传统刚性基板安装电池模块的载体Kapton膜表面造成剥蚀效应，导致电路出现短路的失效模式，直接影响飞行任务成败。半刚性太阳电池翼采用半刚性基板，其电池模块载体为玻璃纤维网格面板，该材料具备良好的绝缘和耐原子氧的效果，因此，采用该技术从根本上避免了刚性基板的潜在应用风险；
b.飞行器在轨工况复杂，需进行多次的变轨、维持、不少于6次的交会对接分离等，为满足使用要求，半刚性太阳电池翼具备相应的强度裕度，可满足使用要求；
c.电池板的发电效率直接与温度环境密切相关，温度高电池模块的光电转换效率低；半刚性太阳电池翼的网格面板为渔网状类型，与刚性基板的铝蜂窝加碳纤维网格面板相比，可有效降低电池模块在轨工作温度约10°左右，有助于提高电池板发电效率。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (3)
1.一种空间飞行器的半刚性太阳电池翼，其特征在于，包括：
与所述空间飞行器相连的根部展开锁定机构；
板间展开锁定机构；
连接所述根部展开锁定机构和板间展开锁定机构的连接架；
顺次活动相连的内半刚性电池板、中内半刚性电池板、中外半刚性电池板和外半刚性电池板；
所述内半刚性电池板和连接架通过所述板间展开锁定机构连接；
设置在所述中内半刚性电池板上的展开同步装置；
置于所述外半刚性电池板上的压紧释放机构。
2.根据权利要求书 1 所述的新型空间飞行器的半刚性太阳电池翼，其特征在于：所述内半刚性电池板、中内半刚性电池板、中外半刚性电池板和外半刚性电池板均采用玻璃纤维网格面板作为电池模块的载荷；所述内半刚性电池板、中内半刚性电池板、中外半刚性电池板、外半刚性电池板和连接架上分别设置胶接和接头实心。
3.根据权利要求书 1 所述的新型空间飞行器的半刚性太阳电池翼，其特征在于：所述内半刚性电池板、中内半刚性电池板、中外半刚性电池板和外半刚性电池板在所述空间飞行器的发射段保持同步收拢、展开或锁定；所述内半刚性电池板、中内半刚性电池板、中外半刚性电池板和外半刚性电池板在所述空间飞行器的轨展开段保持同步收拢、展开或锁定；所述内半刚性电池板、中内半刚性电池板、中外半刚性电池板和外半刚性电池板在所述空间飞行器的轨飞行段保持同步收拢、展开或锁定。
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