CN105480434A - 基于记忆合金丝的在轨构件刚度调节装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于记忆合金丝的在轨构件刚度调节装置及方法，包括记忆合金丝、通电加热模块和测温模块；其中，所述通电加热模块用于对记忆合金丝进行通电加热；所述测温模块用于监测记忆合金丝的温度，所述通电加热模块根据所述温度调整所述记忆合金丝通电的电流；所述记忆合金丝的一端用于连接卫星本体，另一端用于连接所述展开构件。还包括随动弹簧组件；所述随动弹簧组件用于连接所述卫星本体；所述记忆合金丝的一端连接所述随动弹簧组件的弹性输出端，另一端用于连接所述展开构件。本发明通过通电加热模块根据测温模块的反馈，对记忆合金丝加热改变记忆合金丝的状态，从而记忆合金丝能够对展开构件进行一定刚度的约束。

Description

基于记忆合金丝的在轨构件刚度调节装置及方法

技术领域

本发明涉及卫星的机构设计，具体地，涉及一种基于记忆合金丝的在轨构件刚度调节装置及方法。

背景技术

现代卫星及其它空间结构，正在向大型化、低刚度与柔性化方向发展。卫星的在轨展开构件在轨工作过程中，会与活动部件产生耦合和共振现象，从而对整星的姿态产生不好的影响，并可能影响部分关键载荷工作的可靠性和稳定性。

星上常见的动力扰动源主要有反作用飞轮、推力器、液体晃动造成的动力输入、伺服机构、太阳阵驱动机构、陀螺等，而此类动力扰动源常与星上的大型展开式构件，如太阳电池阵、展开式天线阵及其他展开式天线等的振动频率。

针对卫星展开式构件振动频率在轨调节的手段，目前国外常采用柔性执行单元在轨张紧，或通过功能材料自身形状变化，给予在轨展开式构件辅助约束的方式来完成。智能材料和智能结构技术作为结构振动控制的有效手段已经在其他领域进行了广泛的研究和应用。因而有必要借鉴智能材料在结构振动控制中的经验，研究其在卫星频漂补偿方面的应用前景。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于记忆合金丝的在轨构件刚度调节方法。本发明采用形状记忆合金通电加热方法，实现对卫星展开式构件的针对性设计，使得结构自身频率在一定范围内可调，从而实现卫星关键构件与载荷间的错频设计，避免在轨运行时发生耦合现象。

根据本发明的一个方面提供的基于记忆合金丝的在轨构件刚度调节装置，包括记忆合金丝、通电加热模块和测温模块；

其中，所述通电加热模块用于对记忆合金丝进行通电加热；所述测温模块用于监测记忆合金丝的温度，所述通电加热模块根据所述温度调整所述记忆合金丝通电的电流；

所述记忆合金丝的一端用于连接卫星本体，另一端用于连接所述展开构件。

优选地，还包括随动弹簧组件；所述随动弹簧组件用于连接所述卫星本体；所述记忆合金丝的一端连接所述随动弹簧组件的弹性输出端，另一端用于连接所述展开构件。

优选地，还包括位置调节组件；所述位置调节组件用于连接展开构件；所述置调节组件设置有滚轮；所述记忆合金丝的一端连接所述随动弹簧组件的弹性输出端，另一端穿过所述滚轮连接所述随动弹簧组件的固定端。

优选地，所述记忆合金丝采用Ni-Ti合金制成，随着温度变化所述记忆合金丝能够在奥氏体相和马氏体相之间转变。

优选地，还包括星上计算机；所述星上计算机电气连接所述通电加热模块和测温模块，用于获取所述温度并根据所述温度控制所述通电加热模块根据调整所述记忆合金丝通电的电流。

根据本发明的另一个方面提供的基于记忆合金丝的在轨构件刚度调节方法，采用所述的基于记忆合金丝的在轨构件刚度调节装置，包括如下步骤：

步骤1：通电加热模块对记忆合金丝进行通电加热；

步骤2：通过测温模块监测记忆合金丝的温度，调整通电的电流。

优选地，所述记忆合金丝安装的方向应与展开构件的振型方向一致；所述记忆合金丝连接展开构件的稍端。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明通过通电加热模块根据测温模块的反馈，对记忆合金丝加热改变记忆合金丝的状态，从而记忆合金丝能够对展开构件进行一定刚度的约束；

2、本发明对解决部分航天器上挠性部件基频过低或者频率与星上扰动源耦合需要进行频率调节的问题有着重要的参考价值，并具有较高的可靠性；

3、本发明充分考虑卫星及展开构件的安装和使用环境要求，具有重量较轻，刚度调节范围大，占用卫星资源较少的特点。

4、本发明具有安全度高、可靠性高的特点，可以有效保护卫星及其展开构件的安全工作。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明提供的基于记忆合金丝的在轨构件刚度调节方法的流程图；

图2为本发明提供的基于记忆合金丝的在轨构件刚度调节方装置的结构示意图；

图3为本发明中随动弹簧组件的结构示意图；

图4为本发明中位置调节组件的结构示意图。

图中：

1为展开构件；

2为卫星本体；

3为记忆合金丝；

4为随动弹簧组件；

5为通电加热模块；

6为测温模块；

7为位置调节组件。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

在本实施例中，本发明提供的基于记忆合金丝的在轨构件刚度调节装置，包括记忆合金丝、通电加热模块和测温模块；其中，所述通电加热模块用于对记忆合金丝进行通电加热；所述测温模块用于监测记忆合金丝的温度，所述通电加热模块根据所述温度调整所述记忆合金丝通电的电流；所述记忆合金丝的一端用于连接卫星本体，另一端用于连接所述展开构件。

本发明提供的基于记忆合金丝的在轨构件刚度调节装置还包括随动弹簧组件；所述随动弹簧组件用于连接所述卫星本体；所述记忆合金丝的一端连接所述随动弹簧组件的弹性输出端，另一端用于连接所述展开构件。本发明提供的基于记忆合金丝的在轨构件刚度调节装置，还包括位置调节组件；所述位置调节组件用于连接展开构件；所述置调节组件设置有滚轮；所述记忆合金丝的一端连接所述随动弹簧组件的弹性输出端，另一端穿过所述滚轮连接所述随动弹簧组件的固定端。即记忆合金丝使用一根但合成双股使用，在可展开构件的端部用位置调节组件保证记忆合金丝上拉力的均匀性，随动弹簧组件设置在记忆合金丝和卫星本体之间，防止记忆合金丝由于变形过大对展开构件产生损坏。通过记忆合金的状态改变，最终对展开构件提供位置约束，提升展开构件的刚度。

所述记忆合金丝采用Ni-Ti合金制成，随着温度变化所述记忆合金丝能够在奥氏体相(A)和马氏体相(M)之间转变。本发明提供的基于记忆合金丝的在轨构件刚度调节装置，还包括星上计算机；所述星上计算机电气连接所述通电加热模块和测温模块，用于获取所述温度并根据所述温度控制所述通电加热模块根据调整所述记忆合金丝通电的电流。

本发明提供的基于记忆合金丝的在轨构件刚度调节方法，采用所述的基于记忆合金丝的在轨构件刚度调节装置，包括如下步骤：

步骤1：通电加热模块对记忆合金丝进行通电加热；

步骤2：通过测温模块监测记忆合金丝的温度，调整通电的电流。

所述记忆合金丝安装的方向应与展开构件的振型方向一致；所述记忆合金丝连接展开构件的稍端。

本发明提供的基于记忆合金丝的在轨构件刚度调节装置，具体实施方法如下：

步骤1：对展开构件的频率调节需求进行分析。对展开构件的频率调节需求进行分析，确定展开构件刚度调节的范围，并根据卫星和展开构件的构型特点，确定记忆合金丝在展开构件和星体上的位置，由于刚度调节的效果与记忆合金丝在展开构件的位置及和和展开构件形成的角度有密切的关系，忆合金安装的位置在允许的情况下尽量靠近展开构件悬臂末端的位置，保证记忆合金丝刚度调节的效果，同时记忆合金安装的方向应与展开构件的振型方向一致或者夹角尽量小。

步骤2：对记忆合金丝进行选型。记忆合金的材料主体为Ni-Ti合金，该合金存在两种不同的晶体结构状态：高温时为奥氏体相(A)，低温时为马氏体相(M)。随着温度变化的两种晶体结构会相互转变。根据布局在星体和展开构件上的位置选择记忆合金丝的长度，根据需要的刚度调节范围选择合适丝径的合金丝，同时根据卫星在轨的温度环境确定记忆合金丝的两种形变温度，保证在轨使用的可靠性。

步骤3：对通电加热模块和测温模块进行设计。根据选择记忆合金丝的直径和长度确定通电加热模块的供电电压和电流，为了保证供电的安全，建议供电电流在0至1.2A的范围内，并综合在轨的温度环境制定供电时长等控制策略。为了保证测温的准确性，测温模块的热敏电阻布置在记忆合金丝星体侧的末端，并将信息反馈到通电加热模块。

步骤4：对随动弹簧组件进行设计。根据展开构件的刚度需求及形状记忆合金的变形范围确定随动弹簧组件中弹簧的刚度及运动范围。随动弹簧组件串联于记忆合金丝和星体之间，如图3所示。

步骤5：对位置调节组件进行设计。由于记忆合金丝是双股安装的，位置调节组件提供两个滚动的滚轮对弯成双股的记忆合金丝进行位置调节，保证两股记忆合金丝的力的均匀和一致性，如图4所示。

步骤6：对记忆合金丝的绝缘安装进行实施设计。记忆合金丝除了与通电加热模块导通外，在其他位置均与结构绝缘安装，保证记忆合金通电的安全性。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (7)

1.一种基于记忆合金丝的在轨构件刚度调节装置，其特征在于，包括记忆合金丝、通电加热模块和测温模块；

其中，所述通电加热模块用于对记忆合金丝进行通电加热；所述测温模块用于监测记忆合金丝的温度，所述通电加热模块根据所述温度调整所述记忆合金丝通电的电流；

所述记忆合金丝的一端用于连接卫星本体，另一端用于连接所述展开构件。

2.根据权利要求1所述的基于记忆合金丝的在轨构件刚度调节装置，其特征在于，还包括随动弹簧组件；所述随动弹簧组件用于连接所述卫星本体；所述记忆合金丝的一端连接所述随动弹簧组件的弹性输出端，另一端用于连接所述展开构件。

3.根据权利要求2所述的基于记忆合金丝的在轨构件刚度调节装置，其特征在于，还包括位置调节组件；所述位置调节组件用于连接展开构件；所述置调节组件设置有滚轮；所述记忆合金丝的一端连接所述随动弹簧组件的弹性输出端，另一端穿过所述滚轮连接所述随动弹簧组件的固定端。

4.根据权利要求1所述的基于记忆合金丝的在轨构件刚度调节装置，其特征在于，所述记忆合金丝采用Ni-Ti合金制成，随着温度变化所述记忆合金丝能够在奥氏体相和马氏体相之间转变。

5.根据权利要求1所述的基于记忆合金丝的在轨构件刚度调节装置，其特征在于，还包括星上计算机；所述星上计算机电气连接所述通电加热模块和测温模块，用于获取所述温度并根据所述温度控制所述通电加热模块根据调整所述记忆合金丝通电的电流。

6.一种基于记忆合金丝的在轨构件刚度调节方法，其特征在于，采用权利要求1至5任一项所述的基于记忆合金丝的在轨构件刚度调节装置，包括如下步骤：

步骤1：通电加热模块对记忆合金丝进行通电加热；

步骤2：通过测温模块监测记忆合金丝的温度，调整通电的电流。

7.根据权利要求6所述的基于记忆合金丝的在轨构件刚度调节方法，其特征在于，所述记忆合金丝安装的方向应与展开构件的振型方向一致；所述记忆合金丝连接展开构件的稍端。