CN106809407B - 一种航天器用的在轨柔性太阳电池阵展开装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种航天器用的在轨柔性太阳电池阵展开装置；涉及航天电源技术领域，其特征在于：至少包括：结构舱；所述结构舱包括与航天器固定连接的安装底板、八块矩形结构的结构板、以及上盖板；气路系统；所述气路系统包括气体发生器、缓冲气罐、气路管、以及遥控点火器；支撑结构；所述支撑结构包括四根支撑杆；侧板展开机构；所述侧板展开机构包括与安装底板铰接的侧板、压紧解锁机构；压紧解锁机构由凯夫拉绳、螺杆、螺母、及涨断器构成；柔性太阳电池阵，在卫星发射前，所述柔性太阳电池阵折叠于结构舱内，在卫星入轨后，所述柔性太阳电池阵在四根支撑杆的驱动下展开；在所述空腔的侧板开设有支撑杆通过的通孔。
Description
技术领域
本发明涉及航天电源技术领域，特别是涉及一种航天器用的在轨柔性太阳电池阵展开装置。
背景技术
太阳电池阵作为卫星电源的主要来源，在轨将太阳光转换为电能，为星上设备供电。除部分微小卫星采用体装式太阳电池阵外，大部分卫星均采用展开式太阳电池阵。卫星需要的能源越多，就需要越大面积的太阳电池阵。
传统卫星太阳电池阵结构重量大，成本高，微小卫星由于体积重量的限制，不能携带大面积的传统的刚性太阳电池阵。通过将柔性太阳电池与充气展开的太阳帆结合，形成在地面发射前收拢体积小重量轻，发射在轨后通过充气展开的大面积太阳电池阵。
折叠展开的柔性太阳电池阵按照帆面的展开方式主要分为2大类:
1)由支撑结构牵引帆面展开；
在电机、弹性展开结构或气体的作用力下，驱动支撑结构展开，带动翼面展开成形。
2)利用离心力旋转展开帆面。
自旋展开技术的原理是由自旋所产生的离心力甩开折叠的薄膜，并保持展开后的位形。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种航天器用的在轨柔性太阳电池阵展开装置，该航天器用的在轨柔性太阳电池阵展开装置通过气体发生器点火，产生气体，推动支撑机构伸展、固定，带动太阳电池阵面由折叠状态展成平面状态，接收太阳光入射，为卫星提供电能。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：
一种航天器用的在轨柔性太阳电池阵展开装置，至少包括：
结构舱；所述结构舱包括与航天器固定连接的安装底板、八块矩形结构的结构板、以及上盖板；八块结构板的侧边依次连接围成一个两端开口的空心桶；所述空心桶的一端与安装底板固定连接，所述空心桶的另一端与上盖板固定连接；所述安装底板、八块结构板、上盖板围成一个空腔；
气路系统；所述气路系统包括气体发生器、缓冲气罐、气路管、以及遥控点火器；所述气体发生器的出气端口通过气路管与缓冲气罐的进气端口连接；在所述气体发生器内填充有火药；所述气路系统位于所述空腔内；
支撑结构；所述支撑结构包括四根支撑杆；每根支撑杆的一端穿过空心桶的侧壁与缓冲气罐的出气口连接；每根支撑杆的另一端与柔性太阳电池阵的外沿固定连接；所述支撑杆由不透气的柔性材料制成；所述支撑杆在充气的情况下为杆状结构，所述支撑杆在未充气的情况下收缩于空腔内；
侧板展开机构；所述侧板展开机构包括与安装底板铰接的侧板、压紧解锁机构；其中，所述压紧解锁机构由凯夫拉绳、螺杆、螺母、及涨断器构成。所述侧板展开机构的四块侧板将太阳电池阵及支撑杆压紧于结构舱外侧。所述压紧解锁机构的凯夫拉绳在侧板外围绕一圈，凯夫拉绳两端与所述压紧解锁机构的螺杆两端连接。螺杆穿过涨断器，由螺母紧固于涨断器内。涨断器由记忆合金制成，在电流加热下，发生形变膨胀，使螺杆断裂，侧板解锁展开。
柔性太阳电池阵，在卫星发射前，所述柔性太阳电池阵折叠于结构舱内，在卫星入轨后，所述柔性太阳电池阵在四根支撑杆的驱动下展开；
在所述空腔的侧板开设有支撑杆通过的通孔。
进一步：所述支撑杆由芳纶材料卷绕、粘接制成。
更进一步：所述支撑杆的内部粘贴有金属加强筋。
进一步：所述柔性太阳电池阵的基底为聚酰亚胺薄膜；电路部分采用柔性太阳电池，电路部分粘贴于柔性太阳电池阵基底上。
进一步：四根支撑杆充气后位于一个平面，且相邻两根支撑杆之间相互垂直。
进一步：所述气体发生器为三套，三套气体发生器通过缓冲气罐与四根支撑杆连通。
更进一步：所述结构舱由铝合金制成。
本发明具有的优点和积极效果是：
通过采用上述技术方案，与传统技术相比较：
1)卫星发射前，柔性太阳电池阵折叠收拢在结构舱侧壁，太阳电池阵基底和电池均为薄膜材料，减小了太阳电池阵的体积和重量，使微小卫星可以携带大面积的太阳电池阵，提供更多的能量；
2)卫星入轨后，太阳能电池阵打开，采用充气展开的方法，使用火药作为气体来源。去除了复杂的机械展开结构和活动部件，结构简单可靠。
附图说明
图1是本发明优选实施例的局部结构图，主要用于显示结构舱的外部结构；
图2是本发明优选实施例的局部结构图，主要用于显示结构舱的内部结构；
图3是本发明优选实施例的局部结构图，主要用于显示气路系统的结构；
图4是本发明优选实施例的局部结构图，主要用于显示支撑结构与结构舱连接关系；
图5是本发明优选实施例的局部结构图，主要用于显示压紧解锁机构状态图；
图6是本发明优选实施例的局部结构图，主要用于显示涨断器状态图；
图7是本发明优选实施例的局部结构图，主要用于显示侧板的收缩状态图；
图8是本发明优选实施例的局部结构图，主要用于显示侧板的展开状态图；
图9是本发明优选实施例的整体结构图；
其中：1、上盖板；2、结构板；2-1、通孔；3、安装底板；4、支撑杆；5、缓冲气罐；6、卫星；7、侧板；8、铰链；9、凯夫拉绳；10、螺杆；11、涨断器；12、螺母；13、加热电缆。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
请参阅图1，一种航天器用的在轨柔性太阳电池阵展开装置，包括：
结构舱；所述结构舱包括与航天器固定连接的安装底板、八块矩形结构的结构板、以及上盖板；八块结构板的侧边依次连接围成一个两端开口的空心桶；所述空心桶的一端与安装底板固定连接，所述空心桶的另一端与上盖板固定连接；所述安装底板、八块结构板、上盖板围成一个空腔；
气路系统；所述气路系统包括气体发生器、缓冲气罐5、气路管、以及遥控点火器；所述气体发生器的出气端口通过气路管与缓冲气罐的进气端口连接；在所述气体发生器内填充有火药；所述气路系统位于所述空腔内；
支撑结构；所述支撑结构包括四根支撑杆4；每根支撑杆的一端穿过空心桶的侧壁与缓冲气罐的出气口连接；每根支撑杆的另一端与柔性太阳电池阵的外沿固定连接；所述支撑杆由不透气的柔性材料制成；所述支撑杆在充气的情况下为杆状结构，所述支撑杆在未充气的情况下收缩于空腔内；
侧板展开机构；所述侧板展开机构包括与安装底板铰接的侧板7、压紧解锁机构；其中，所述压紧解锁机构由凯夫拉绳9、螺杆10、螺母12、及涨断器10构成。所述侧板展开机构的四块侧板将太阳电池阵及支撑杆压紧于结构舱外侧；所述压紧解锁机构的凯夫拉绳在侧板外围绕一圈，凯夫拉绳两端与所述压紧解锁机构的螺杆两端连接；螺杆穿过涨断器，由螺母紧固于涨断器内；涨断器由记忆合金制成，在加热电缆13的作用下，进行电流加热，发生形变膨胀，使螺杆断裂，侧板解锁展开；
柔性太阳电池阵，在卫星6发射前，所述柔性太阳电池阵折叠于结构舱内，在卫星入轨后，所述柔性太阳电池阵在四根支撑杆的驱动下展开；
在所述空腔的侧板开设有支撑杆通过的通孔。
在本优选实施例中：所述支撑杆由芳纶材料卷绕、粘接制成。
四根支撑杆充气后位于一个平面，且相邻两根支撑杆之间相互垂直。
所述气体发生器为三套，三套气体发生器通过缓冲气罐与四根支撑杆连通。
上述技术方案主要包括：结构舱、气路系统、侧板展开机构、支撑机构、柔性太阳电池阵；其中：
结构舱：结构舱主体结构包括安装底板3、八块结构板2、上盖板1；安装底板3与卫星连接，结构板2封闭气路、支撑充气筒，上盖板1封装结构；八块结构板2围成一个空腔，空腔的侧板开设有支撑杆通过的通孔2-1；具体如附图1所示。
气路系统：气路系统包括气体发生器、缓冲气罐、气路管以及管路配件组成。气体发生器内部填充火药，在通过一定的电流后火药点燃产生气体。气体发生器及缓冲气罐安装于结构舱内。如附图2所示。气路系统结构设计方案如附图3所示。
支撑结构：支撑结构由4个支撑杆组成。每根支撑杆的一端与结构舱的结构板连接，一端与柔性太阳电池阵的一角连接，如附图4所示。支撑杆设计为筒形。主体由密闭材料卷绕粘接而成。杆内壁径向粘贴金属加强筋，用于辅助提供支撑杆展开推动力，以及太阳电池阵展开后支撑杆固定保形。
侧板展开机构：侧板的展开释放机构主要由与安装底板铰接的铰接的侧板、压紧解锁机构组成。压紧解锁机构组成由凯夫拉绳、螺杆、螺母、及涨断器构成；压紧解锁机构的凯夫拉绳在侧板外围绕一圈，凯夫拉绳两端与所述压紧解锁机构的螺杆两端连接；螺杆穿过涨断器，由螺母紧固于涨断器内。涨断器由记忆合金制成；如附图5、图6所示。卫星发射阶段，柔性太阳电池阵折叠后收拢于结构舱内，由侧板将太阳电池阵及支撑杆压紧于结构舱内；最外侧由凯夫拉绳、螺杆、螺母、及涨断器将侧板压紧于结构舱外。卫星发射入轨后，在加热电缆13作用下，进行电流加热，涨断器发生形变膨胀，使螺杆断裂，侧板解锁展开
侧板解锁展开如附图7、图8所示，释放支撑杆及太阳电池阵
柔性太阳电池阵：柔性太阳电池阵基底为聚酰亚胺薄膜；电路部分采用柔性太阳电池，粘贴于柔性太阳电池阵基底上；发射前太阳电池阵折叠收拢压紧于结构舱内，发射入轨后展开成平面。
整体结构如附图9所示。
结构舱主体结构由铝合金加工而成。底板、结构板以及上盖板采用螺钉连接成一个整体。
缓冲气罐通过底部安装孔，用螺钉与结构舱内的底板连接。气体发生器安装于缓冲气罐上部。支撑结构穿过结构舱与缓冲气罐连接。
侧板展开机构的四块侧板通过底部铰链8，铰接于底板上。
柔性太阳电池阵的四角与支撑结构的四个端头采用弹簧连接，提供一定的张紧力，使太阳电池阵在展开状态保持平整。柔性太阳电池阵在地面与柔性电池一同折叠后，紧贴在结构舱侧壁上，由侧板展开机构将其压紧。
卫星发射入轨后，通过遥控指令，使电流通过气体发生器，点燃火药产生气体。气体通过缓冲罐降压后，流向支撑机构。支撑机构充气展开，带动柔性太阳电池阵从折叠状态展开为平面状态。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。
Claims (7)
1.一种航天器用的在轨柔性太阳电池阵展开装置，其特征在于：至少包括：
结构舱；所述结构舱包括与航天器固定连接的安装底板、八块矩形结构的结构板以及上盖板；八块结构板的侧边依次连接围成一个两端开口的空心桶；所述空心桶的一端与安装底板固定连接，所述空心桶的另一端与上盖板固定连接；所述安装底板、八块结构板、上盖板围成一个空腔；
气路系统；所述气路系统包括气体发生器、缓冲气罐、气路管以及遥控点火器；所述气体发生器的出气端口通过气路管与缓冲气罐的进气端口连接；在所述气体发生器内填充有火药；所述气路系统位于所述空腔内；
支撑结构；所述支撑结构包括四根支撑杆；每根支撑杆的一端穿过空心桶的侧壁与缓冲气罐的出气口连接；每根支撑杆的另一端与柔性太阳电池阵的外沿固定连接；所述支撑杆由不透气的柔性材料制成；所述支撑杆在充气的情况下为杆状结构，所述支撑杆在未充气的情况下收缩于空腔内；
侧板展开机构；所述侧板展开机构包括与安装底板铰接的侧板、压紧解锁机构；其中，所述压紧解锁机构由凯夫拉绳、螺杆、螺母及涨断器构成；所述侧板展开机构的四块侧板将太阳电池阵及支撑杆压紧于结构舱外侧；所述压紧解锁机构的凯夫拉绳在侧板外围绕一圈，凯夫拉绳两端与所述压紧解锁机构的螺杆两端连接；螺杆穿过涨断器，由螺母紧固于涨断器内；涨断器由记忆合金制成，在电流加热下，发生形变膨胀，使螺杆断裂，侧板解锁展开；
柔性太阳电池阵，在卫星发射前，所述柔性太阳电池阵折叠于结构舱内，在卫星入轨后，所述柔性太阳电池阵在四根支撑杆的驱动下展开；
在所述空腔的侧板开设有支撑杆通过的通孔。
2.根据权利要求1所述航天器用的在轨柔性太阳电池阵展开装置，其特征在于：所述支撑杆由芳纶材料卷绕和粘接制成。
3.根据权利要求2所述航天器用的在轨柔性太阳电池阵展开装置，其特征在于：所述支撑杆的内部粘贴有金属加强筋。
4.根据权利要求1所述航天器用的在轨柔性太阳电池阵展开装置，其特征在于：所述柔性太阳电池阵的基底为聚酰亚胺薄膜；电路部分采用柔性太阳电池，电路部分粘贴于柔性太阳电池阵基底上。
5.根据权利要求1所述航天器用的在轨柔性太阳电池阵展开装置，其特征在于：四根支撑杆充气后位于一个平面，且相邻两根支撑杆之间相互垂直。
6.根据权利要求1-5任一项所述航天器用的在轨柔性太阳电池阵展开装置，其特征在于：所述气体发生器为三套，三套气体发生器通过缓冲气罐与四根支撑杆连通。
7.根据权利要求6所述航天器用的在轨柔性太阳电池阵展开装置，其特征在于：所述结构舱由铝合金制成。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20211118 Address after: 300384 No. 6 Huake No. 7 Road, Binhai New Area, Tianjin Binhai High-tech Industrial Development Zone Patentee after: The 18th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation Patentee after: CETC Energy Co.,Ltd. Address before: 300384 No. 6 Huake No. 7 Road, Binhai New Area, Tianjin Binhai High-tech Industrial Development Zone Patentee before: The 18th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20221012 Address after: 300384 No. 6 Huake No. 7 Road, Binhai New Area, Tianjin Binhai High-tech Industrial Development Zone Patentee after: CETC Energy Co.,Ltd. Address before: 300384 No. 6 Huake No. 7 Road, Binhai New Area, Tianjin Binhai High-tech Industrial Development Zone Patentee before: The 18th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation Patentee before: CETC Energy Co.,Ltd. |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 300384 No. 6 Huake No. 7 Road, Binhai New Area, Tianjin Binhai High-tech Industrial Development Zone Patentee after: CETC Blue Sky Technology Co.,Ltd. Address before: 300384 No. 6 Huake No. 7 Road, Binhai New Area, Tianjin Binhai High-tech Industrial Development Zone Patentee before: CETC Energy Co.,Ltd. |
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |