CN108945521B - 一种无源空间环境航天器自适应变形机构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种无源空间环境航天器自适应变形机构，包括混杂复合材料驱动板、遮光罩和铰链，两个混杂复合材料驱动板与一个遮光板通过铰链连接构成一个自适应变形单元，多个自适应变形单元通过隔热连接件连接构成自适应变形机构。本发明利用太阳光辐射增加混杂复合材料驱动板的温度，并通过遮光板降低混杂复合材料驱动板的温度，进而使得混杂复合材料驱动板随着温度变化发生热变形，并利用混杂复合材料驱动板的热变形驱动机构整体发生自适应变形。本发明利用太阳光作为能源驱动混杂复合材料驱动板，摆脱了自适应变形机构对航天器能源的依赖，实现了无源化设计。
Description
技术领域
本发明涉及一种变形机构，特别是涉及一种空间环境航天器环境无源自适应变形机构。
背景技术
在航天器中，变形机构可以作为有效载荷的安装界面，根据具体任务需求发生变形，以增加有效载荷的工作幅面。空间自适应变形机构可以通过各种传感器实时监测机构的方位、角度等信息，进而根据任务目标发生动态自适应变形，无需人为输入变形指令。目前，自适变形结构通常采用驱动设备以驱动其发生变形，驱动设备包括电机、压电驱动器及形状记忆合金等智能材料。基于驱动设备的自适应结构在变形的过程中将消耗大量能源，而小型及微型航天器中，能源的供给通常极为有限。
发明内容
本发明针对现有空间环境航天器自适应变形机构需消耗能源的不足，本发明提供了一种不消耗航天器能源的空间环境航天器无源自适应变形机构，实现了零消耗的自适应变形，有效地解决了航天器能源供给对空间环境航天器自适应变形结构的限制问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：一种无源空间环境航天器自适应变形机构，包括混杂复合材料驱动板、遮光罩和铰链，两个混杂复合材料驱动板与一个遮光板通过铰链连接构成一个自适应变形单元，多个自适应变形单元通过隔热连接件连接构成自适应变形机构，驱动板隔热连接件将多个自适应变形单元连接成一体，并防止热量在驱动板之间传播。
本发明的自适应变形机构利用混杂复合材料驱动板的热变形驱动整体机构发生自适应变形；总体的变形量可通过增加或减少自适应变形单元进行调整，遮光板通过遮挡阳光控制混杂复合材料驱动板的温度，利用太阳光作为自适应变形的能量来源，无需消耗航天器的能量。
所述混杂复合材料驱动板由碳纤维增强铺层及铝合金铺层构成。
优选地，所述两片混杂复合材料驱动板及一片遮光板组成一个自适应变形单元，遮光板通过铰链安装至两片混杂复合材料驱动板中间；遮光板右侧的混杂复合材料驱动板的铝合金铺层在碳纤维铺层下方；遮光板左侧的混杂复合材料驱动板的铝合金铺层在碳纤维铺层上方。
本发明利用混杂复合材料层合板在空间环境下的热变形，进而实现整体机构的自适应变形，无需复杂的驱动设备及控制设备，提升了自适应变形机构的可靠性，降低了自适应变形机构的重量；本发明无需消耗航天器自身的能源，摆脱了空间环境航天器自适应机构对航天器能源的依赖；本发明将拓展自适应机构在能源有限的小型、微型航天器中的应用，提升我国智能航天器的设计水平。
附图说明
图1为本发明一个具体实施例的结构示意图。
图2为本发明一个实施例的俯视图。
图3为本发明实施例中单个自适应变形单元结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。
如图1至图3所示，本发明实施例提供了一种无源空间环境航天器自适应变形机构，包括自适应变形单元10、自适应变形单元20、自适应变形单元30、自适应变形单元40、自适应变形单元50，自适应变形单元10与自适应变形单元20之间通过驱动板隔热连接件1及驱动板隔热连接件2连接，自适应变形单元20与自适应变形单元30之间通过驱动板隔热连接件3及驱动板隔热连接件4连接，自适应变形单元30与自适应变形单元40之间通过驱动板隔热连接件5及驱动板隔热连接件6连接，自适应变形单元40与自适应变形单元50之间通过驱动板隔热连接件7及驱动板隔热连接件8连接。
所述自适应变形单元10包括混杂复合材料驱动板11、混杂复合材料驱动板12、遮光板13、铰链14、铰链15，混杂复合材料驱动板11与混杂复合材料驱动板12通过铰链14及铰链15连接成一体，遮光板13通过铰链14与铰链15连接在混杂复合材料驱动板11及混杂复合材料驱动板12上。所述混杂复合材料驱动板由碳纤维增强铺层及铝合金铺层构成，遮光板右侧的混杂复合材料驱动板的铝合金铺层在碳纤维铺层下方；遮光板左侧的混杂复合材料驱动板的铝合金铺层在碳纤维铺层上方。
所述自适应变形单元20、自适应变形单元30、自适应变形单元40、自适应变形单元50组成与自适应变形单元10相同。
本发明的工作原理如下：
在空间环境中，当混杂复合材料驱动板受到阳光照射时，在太阳辐射下其温度将上升至较高水平；当混杂复合材料驱动板未受阳光照射时，由于空间环境背景温度接近绝对零度，混杂复合材料驱动板的温度将降低至较低水平。本发明中，当阳光平行于遮光板入射时，遮光板两侧的混杂复合材料驱动板同时受到阳光照射，遮光板两侧的混杂复合材料驱动板将上升至较高水平；当太阳光入射方向与遮光板之间存在一定夹角时，遮光板背面将形成一定的阴影区，在遮光板阴影区的混杂复合材料驱动板的温度将降低至较低水平。在空间环境中，当本发明相对于太阳光的角度发生变化时，由于遮光板的遮挡效应，混杂复合材料驱动板的温度将随着遮光板阴影的大小而发生变化，进而混杂复合材料驱动板将发生热变形，驱动本发明整体发生自适应变形。本发明通过遮光板控制混杂复合材料的温度进而使其发生自适应热变形，不需要额外的能源输入，实现自适应变形机构的无源化。本发明中共有5个自适应变形单元，但本发明中的自适应变形单元的数量不限于5个，可以通过增加或者减少自适应变形单元的数量，以调整本发明中空间环境航天器无源自适应变形机构的整体变形量。
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 (1)
1.一种无源空间环境航天器自适应变形机构，其特征在于，包括混杂复合材料驱动板、遮光板和铰链，两片混杂复合材料驱动板与一片遮光板通过铰链连接构成一个自适应变形单元，多个自适应变形单元通过隔热连接件连接构成自适应变形机构；
混杂复合材料驱动板由碳纤维增强铺层及铝合金铺层构成；
所述两片混杂复合材料驱动板及一片遮光板组成一个自适应变形单元，遮光板通过铰链安装至两片混杂复合材料驱动板中间；遮光板右侧的混杂复合材料驱动板的铝合金铺层在碳纤维铺层下方；遮光板左侧的混杂复合材料驱动板的铝合金铺层在碳纤维铺层上方。
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