CN105151326A - 一种四连杆展开构型的柔性太阳翼 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种四连杆展开构型的柔性太阳翼,在太阳翼展开状态下将连杆作为二力杆使用，作为上下箱板的刚度支撑部件，具有重量轻、且对关节处间隙不敏感的优点；利用四连杆机构，实现了收拢状态下，箱板与主展开机构平行布置，达到了降低收拢包络的目的；通过在连杆机构中使用带簧机构代替传统的轴销式铰链，具有重量轻的优点；在上连杆机构中，使用了快速锁定机构，实现了上箱板解锁后可自成为一个三角形稳定系统；本发明未使用电机驱动铰链，而是采用了“弹簧驱动+粘滞型阻尼器降速”的方案，具有简单、可靠、重量轻的优点；本发明的锁定机构设计有容差自适应设计，可以弥补由于加工误差、受载变形引起的尺寸偏差，而不影响正常功能的实现。

Description

一种四连杆展开构型的柔性太阳翼

技术领域

本发明涉及航天技术领域，尤其涉及一种四连杆展开构型的柔性太阳翼，适用于对收拢包络、重量要求均较高的航天器。

背景技术

随着我国航天技术发展，航天器对功率需求日益剧增。柔性太阳翼一般用于展开面积较大的场合，其宽度、重量一般都比较大，对其展开刚度要求较高，而且希望收拢包络尽可能小。传统的构型采用一种串联构型：箱板用大刚度铰链连接到主展开桁架上，箱板采用大尺寸截面的梁、板构型。存在重量重、收拢包络大等缺点。

为了同时实现大功率、小收拢包络、轻重量的需求，传统的刚性、半刚性太阳翼难以满足需求，需要使用新型的柔性太阳翼。不同于刚性、半刚性太阳翼的多块板串联的简单构型，柔性太阳翼的构型、展开方式上种类比较繁多，可设计性也较强。柔性太阳翼的构型设计是系统层级的工作重点，其构型方案的优劣基本决定了整翼的先进性指标。如何在保证展开面积的同时实现收拢包络的小型化、重量小型化，其构型方案十分重要。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种四连杆展开构型的柔性太阳翼，在满足展开尺寸的前提下，大幅降低了收拢包络，而且在满足所需刚度强度的同时大幅降低了重量，而且降低了对零部件加工误差的敏感度。

一种四连杆展开构型的柔性太阳翼，包括带有升降功能的展开机构以及分别设置在所述展开机构左右两侧的两套太阳翼组合机构；其中，每套太阳翼组合机构均包括箱板组合体、下连杆a、下连杆b、上连杆a、上连杆b、动力装置、上连杆锁定部件a、上连杆锁定部件b、上箱板锁定部件a以及上箱板锁定部件b；

所述箱板组合体包括下箱板、上箱板以及夹持在两者之间的太阳毯，所述太阳毯由多片柔性太阳板串联组成；

所述上连杆a与上连杆b形成转动副，作为上箱板的支撑立杆；所述上连杆b的自由端与展开机构的顶端连接，并与其形成转动副；所述上连杆a与上箱板的上端面连接，并与其形成转动副；

所述下连杆a与下连杆b形成转动副，作为下箱板的支撑连杆；下连杆a的自由端与下箱板的下端面连接，并与其形成转动副；下连杆b(8)的自由端与展开机构的下端相连，并与其形成转动副；

所述下箱板上端与所述展开机构的下端连接，并与其形成转动副，该转动副上设置有驱动箱板组合体转动的动力装置；

所述上箱板锁定部件a固定连接在所述展开机构的上端，所述上箱板锁定部件b固定连接在所述上箱板的上端面上；当所述箱板组合体从与展开机构平行的状态展开至与其垂直的状态时，上箱板锁定部件a与上箱板锁定部件b互相配合并锁紧，形成上箱板锁定装置；

所述上连杆锁定部件a固定连接在所述展开机构的上端，所述上连杆锁定部件b固定连接在所述上连杆a上；当所述箱板组合体从与展开机构平行的状态展开至与其垂直的状态时，上连杆锁定部件a与上连杆锁定部件b互相配合并锁紧，形成上连杆锁定装置。

所述展开机构不限于采用盘压杆、铰接杆以及套筒。

进一步的，还包括用于控制箱板组合体与展开机构的下端连接或脱开的连接分离装置。

进一步的，还包括控制上箱板与下箱板连接或分离的板间连接分离装置。

较佳的，所述上连杆a与上连杆b之间、下连杆a与下连杆b之间、上连杆b的自由端与展开机构之间、上连杆a的自由端与上箱板之间、下连杆a的自由端下箱板之间、下连杆b的自由端与展开机构之间均采用铰链连接。

较佳的，所述上连杆锁定部件a和上箱板锁定部件a均采用锁舌式结构；所述上连杆锁定部件b和上箱板锁定部件b均采用锁定销；所述锁定销插入锁舌式结构中，形成锁定装置。

较佳的，所述动力装置为电机和减速器的组合或者弹簧和阻尼器的组合。

本发明具有如下有益效果：

(1)本发明利用四连杆机构，实现了收拢状态下，箱板与主展开机构平行布置，达到了降低收拢包络的目的。

(2)本发明在太阳翼展开状态下将连杆作为二力杆使用，作为上下箱板的刚度支撑部件，比其他方案(如在箱板根部安装大刚度铰链)相比，具有重量轻、且对关节处间隙不敏感的优点。

(3)本发明通过在连杆机构中使用带簧机构代替传统的轴销式铰链，具有重量轻的优点。

(4)本发明在上连杆机构中，使用了快速锁定机构，实现了上箱板解锁后可自成为一个三角形稳定系统。

(5)本发明既可以使用电机驱动铰链，也可以采用“弹簧驱动+粘滞型阻尼器降速”的方案，但后者更优，具有简单、可靠、重量轻的优点。

附图说明

图1(a)为本发明的柔性太阳翼的箱板展开前状态的原理图。

图1(b)为本发明的柔性太阳翼的箱板展开完成状态的原理图。

图2为本发明的柔性太阳翼的箱板展开前状态的结构示意图。

图3为本发明的柔性太阳翼的箱板展开中状态的结构示意图。

图4为本发明的柔性太阳翼的箱板展开完成状态的结构示意图。

图5为本发明的柔性太阳翼的上、下箱板分离状态的结构示意图。

其中，1-展开机构、2-下箱板、3-上箱板、4-太阳毯、5-连接分离装置、6-板间连接分离装置、7-下连杆a、8-下连杆b、9-带簧铰链、10-上连杆a、11-上连杆锁定部件a、12-上连杆锁定部件b、13-上连杆b、14-动力装置、15-上箱板锁定部件a、16-套筒顶部铰链、17-下箱板展开铰链、18-下箱板连杆铰链、19-上箱板连杆铰、20-太阳板、21-上箱板锁定部件b。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明的一种四连杆展开构型的柔性太阳翼，如图1(a)和(b)所示，包括带有升降功能的展开机构1以及分别设置在所述展开机构1左右两侧的两套太阳翼组合机构；其中，每套太阳翼组合机构均包括箱板组合体、下连杆a、下连杆b8、上连杆a10、上连杆b13、动力装置14、上连杆锁定部件a11、上连杆锁定部件b12、上箱板锁定部件a15以及上箱板锁定部件b21。

箱板组合体包括上箱板3、下箱板2以及柔性太阳毯4，柔性太阳毯4收拢折叠后被上箱板3和下箱板2夹持，太阳毯4由多片柔性太阳板20串联组成。上箱板3和下箱板2之间通过板间连接分离装置相连接，使得在运动过程中，箱板组合体成为一个整体。

上连杆a10与上连杆b13形成转动副，作为上箱板3的支撑立杆；上连杆b13的自由端与直线展开机构1的顶端连接，并与其形成转动副；上连杆a10与上箱板3的上端面连接，并与其形成转动副；上连杆a10、上连杆b13、箱板组合体以及直线展开机构1的本体形成四连杆机构。

箱板组合体的下箱板2上部与直线展开机构1的下端连接，形成转动副，该转动副上设置有动力装置14，动力装置14可以是电机和减速器的组合，也可以是弹簧和阻尼器(用于限速)的组合。

下连杆a7和下连杆b8形成下箱板2的支撑连杆，下连杆a7的自由端通过连杆铰链18与下箱板2连接，形成一个转动副，下连杆b8的自由端通过套筒铰链17与下箱板2相连形成一个转动副。下连杆a7、下连杆b8、箱板组合体以及展开机构1本体形成四连杆机构。

上箱板锁定部件a15固定连接在所述上箱板3的上端面上，上箱板锁定部件b21固定连接在所述展开机构1的上端。上连杆锁定部件a11固定连接在所述上连杆a10上，上连杆锁定部件b12固定连接在所述展开机构1的上端。

如图1(a)和(b)所示，在箱板组合体展开前，箱板组合体沿着展开机构1的升降方向平行放置在展开机构1的侧面。动力装置14提供箱板组合体转动的动力，箱板组合体从展开机构1的侧面逐渐展开，上连杆a10与上连杆b13随着箱板组合体向上转动，当箱板组合体从平行的状态展开至垂直的状态时，上箱板锁定部件a15与上箱板锁定部件b21互相配合并锁紧，形成上箱板锁定装置，上连杆锁定部件a11与上连杆锁定部件b12互相配合并锁紧，形成上连杆锁定装置。如此，上连杆a10、上连杆b13与箱板组合体形成一个稳定的三角形结构，对箱板组合体形成稳固的支撑结构。同理，下连杆a与下连杆b8逐渐展开，两者形成二力杆，对箱板组合体起到支撑作用。

由于上连杆b13连接在展开机构1顶端上，下连杆a、下连杆b8以及下箱板2连接在展开机构1的下端，在展开机构1上升过程中，上连杆b13会随其向上运动，而下箱板2不随其向上运动。三角形结构随着展开机构1的展开而向上运动，打开连接分离装置5后，上箱板3向上运动，下箱板2不动，则太阳毯4就会随着上箱板3逐渐展开成平面。

实施例

本实施例中，展开机构1采用套筒形式；采用连接分离装置5控制箱板组合体与展开机构1的下端连接或脱开；采用板间连接分离装置6控制上箱板3与下箱板2连接或分离。上连杆a10与上连杆b13之间通过铰链连接；下连杆a7与下连杆b8之间通过带簧铰链9连接；上连杆b13的自由端与展开机构1之间通过顶部铰链16连接；上连杆a10的自由端与上箱板3之间通过上箱板连杆铰链19连接；下连杆a7的自由端下箱板2之间通过下箱板连杆铰链18连接；下连杆b8的自由端与展开机构1之间采用下箱板展开铰链连接。

上连杆锁定部件a11和上箱板锁定部件a15均采用锁舌式结构；上连杆锁定部件b12和上箱板锁定部件b21均采用锁定销；锁定销插入锁舌式结构中，形成锁定装置。动力装置14采用弹簧和阻尼器的组合。

箱板组合体展开前的状态如图2所示，板间连接分离装置6将下箱板2与上箱板3以及柔性的太阳毯4紧紧压在一起。箱板组合体需要展开时，连接分离装置5解锁，使得箱板组合体(上箱板3、下箱板2以及太阳毯4)在动力装置14采用的弹簧的驱动作用下展开，弹簧上安装了粘滞型阻尼器，可以降低展开速度，避免冲击载荷过大。箱板组合体在展开的同时，上、下箱板的支撑连杆被动跟随展开运动，如图3所示。在展开末了，下连杆a7和下连杆b8之间的带簧铰链9完成锁定，成为一个二力杆，下箱板2、二力杆、套筒筒身形成一个稳定的三角形构型。与此同时，上连杆b13上的锁定销装入锁舌式结构中，从而上连杆a10被完全固定，与套筒顶部相固连；上箱板3上固连的锁舌式结构与套筒顶部的锁定销，也变为锁定关系。如图4所示，上箱板3、上连杆b13、上连杆a10(亦即套筒顶部)形成一个稳定的三角形构型。至此，上、下箱板通过连杆各自形成一套三角形稳定结构，板间连接分离装置6释放，则解除上箱板3、下箱板2之间对太阳毯4的正压力，太阳毯4可以在套筒1的拉力下徐徐展开成一个平面，如图5所示。

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。

Claims (7)

1.一种四连杆展开构型的柔性太阳翼，其特征在于，包括带有升降功能的展开机构(1)以及分别设置在所述展开机构(1)左右两侧的两套太阳翼组合机构；其中，每套太阳翼组合机构均包括箱板组合体、下连杆a(7)、下连杆b(8)、上连杆a(10)、上连杆b(13)、动力装置(14)、上连杆锁定部件a(11)、上连杆锁定部件b(12)、上箱板锁定部件a(15)以及上箱板锁定部件b(21)；

所述箱板组合体包括下箱板(2)、上箱板(3)以及夹持在两者之间的太阳毯(4)，所述太阳毯(4)由多片柔性太阳板(20)串联组成；

所述上连杆a(10)与上连杆b(13)形成转动副，作为上箱板(3)的支撑立杆；所述上连杆b(13)的自由端与展开机构(1)的顶端连接，并与其形成转动副；所述上连杆a(10)与上箱板(3)的上端面连接，并与其形成转动副；

所述下连杆a(7)与下连杆b(8)形成转动副，作为下箱板(2)的支撑连杆；下连杆a(7)的自由端与下箱板(2)的下端面连接，并与其形成转动副；下连杆b(8)的自由端与展开机构(1)的下端相连，并与其形成转动副；

所述下箱板(2)上端与所述展开机构(1)的下端连接，并与其形成转动副，该转动副上设置有驱动箱板组合体转动的动力装置(14)；

所述上箱板锁定部件a(15)固定连接在所述展开机构(1)的上端，所述上箱板锁定部件b(21)固定连接在所述上箱板(3)的上端面上；当所述箱板组合体从与展开机构(1)平行的状态展开至与其垂直的状态时，上箱板锁定部件a(15)与上箱板锁定部件b(21)互相配合并锁紧，形成上箱板锁定装置；

所述上连杆锁定部件a(11)固定连接在所述展开机构(1)的上端，所述上连杆锁定部件b(12)固定连接在所述上连杆a(10)上；当所述箱板组合体从与展开机构(1)平行的状态展开至与其垂直的状态时，上连杆锁定部件a(11)与上连杆锁定部件b(12)互相配合并锁紧，形成上连杆锁定装置。

2.如权利要求1所述的一种四连杆展开构型的柔性太阳翼，其特征在于，所述展开机构(1)不限于采用盘压杆、铰接杆以及套筒。

3.如权利要求1所述的一种四连杆展开构型的柔性太阳翼，其特征在于，还包括用于控制箱板组合体与展开机构(1)的下端连接或脱开的连接分离装置(5)。

4.如权利要求1所述的一种四连杆展开构型的柔性太阳翼，其特征在于，还包括控制上箱板(3)与下箱板(2)连接或分离的板间连接分离装置(6)。

5.如权利要求1所述的一种四连杆展开构型的柔性太阳翼，其特征在于，所述上连杆a(10)与上连杆b(13)之间、下连杆a(7)与下连杆b(8)之间、上连杆b(13)的自由端与展开机构(1)之间、上连杆a(10)的自由端与上箱板(3)之间、下连杆a(7)的自由端下箱板(2)之间、下连杆b(8)的自由端与展开机构(1)之间均采用铰链连接。

6.如权利要求1所述的一种四连杆展开构型的柔性太阳翼，其特征在于，所述上连杆锁定部件a(11)和上箱板锁定部件a(15)均采用锁舌式结构；所述上连杆锁定部件b(12)和上箱板锁定部件b(21)均采用锁定销；所述锁定销插入锁舌式结构中，形成锁定装置。

7.如权利要求1所述的一种四连杆展开构型的柔性太阳翼，其特征在于，所述动力装置(14)为电机和减速器的组合或者弹簧和阻尼器的组合。