CN109131945B - 一种可多次折叠的立方星可展开电池阵及其展开方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可多次折叠的立方星可展开电池阵及其展开方法，包括卫星框体，卫星框体的两侧分别通过连接装置连接展开阵，展开阵包括内侧展开阵、中间展开阵和外侧展开阵，内侧展开阵的一侧通过连接装置与卫星框体连接，另一侧通过第一合页连接装置与中间展开阵的一侧连接，中间展开阵的另一侧通过第二合页连接装置与外侧展开阵连接，各侧展开阵能够实现展开和折叠并且在处于折叠状态时能够通过锁定和解锁机构实现折叠状态的锁定和解锁，本发明折叠和锁定机构结构简单、展开方式简单高效且可靠性较高，展开之后可以提供比普通单片展开立方星电池阵多两到三倍的受照面积，可以为立方星上搭载的大功率载荷提供充足的电能。
Description
技术领域
本发明属于卫星技术领域，具体涉及一种可多次折叠的立方星可展开电池阵及其展开方法。
背景技术
近年来，由于立方星技术的日新月异，立方星产业逐渐成为世界航天活动高速发展的主要驱动力和重要发展领域，正孕育着未来航天发展的重大变革。随着微电子、传感器、纳米等技术的发展和卫星设计思想的创新，立方星已从创新概念、系统设计、技术实现、飞行实验发展到具体空间应用，发射数量也快速攀升。
电源是立方星非常重要的分系统，包括蓄电池组和太阳能电池阵。它们为立方星提供所需的工作能源，蓄电池组能够维持阴影期间立方星的工作，而太阳能电池阵是立方星唯一的能量直接来源，通过光电效应，将太阳能转换为电能从而为星上负载供电，同时也能够为蓄电池组充电。因此，太阳能电池阵对于立方星的正常工作具有至关重要的作用。
但由于立方星体积小，体表面积小，体装太阳能电池阵面积有限，导致立方星产生电量不足的严重缺陷，这就限制了立方星可带负载的能力，对于很多太空实验就只能望洋兴叹。
现有的立方体卫星上的太阳能电池阵布置大都为体装电池阵或者体装与单片可展开电池阵结合的设计，而随着微小卫星技术的快速发展，微小卫星上搭载的载荷功率也越来越大，小面积的太阳能电池阵已经难以满足能源要求。为了解决立方星能源不足的问题，最有效的方法就是为立方星设计可折叠的可展开电池阵。另外，目前的立方星大小已经实现了标准化，但对应的展开太阳能电池阵却难以实现通用化。而且目前国内尚无应用于立方体卫星上的可多次折叠，可展开的立方星可展开电池阵的相关专利。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种可多次折叠的立方星可展开电池阵及其展开方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种可多次折叠的立方星可展开电池阵，包括卫星框体，所述卫星框体的两侧分别通过连接装置连接展开阵，所述展开阵包括内侧展开阵、中间展开阵和外侧展开阵，所述内侧展开阵的一侧通过所述连接装置与卫星框体连接，所述内侧展开阵的另一侧通过第一合页连接装置与中间展开阵的一侧连接，中间展开阵的另一侧通过第二合页连接装置与外侧展开阵连接，所述内侧展开阵、中间展开阵和外侧展开阵能够实现展开和折叠并且在处于折叠状态时能够通过锁定和解锁机构实现折叠状态的锁定和解锁。
进一步地，所述连接装置包括前连接装置和后连接装置，所述前连接装置包括与卫星框体一侧前部固定连接的前框体连接块以及与内侧展开阵一侧前部固定连接的前大合页，所述前框体连接块和前大合页通过转轴螺钉转动连接，所述后连接装置包括与卫星框体一侧后部固定连接的后框体连接块以及与内侧展开阵一侧后部固定连接的后大合页，所述后框体连接块和后大合页通过转轴螺钉转动连接。
进一步地，所述前连接装置的转轴螺钉穿过所述前框体连接块的通孔且螺帽的直径大于所述前框体连接块的通孔的直径从而螺帽卡在所述前框体连接块的通孔的外部，转轴螺钉的头部具有一螺纹段，所述螺纹段与前大合页的螺纹孔配合固定连接，所述转轴螺钉在前框体连接块和前大合页之间的部分外部套设有第一扭簧，所述后连接装置的转轴螺钉穿过所述后框体连接块的通孔且螺帽的直径大于所述后框体连接块的通孔的直径从而螺帽卡在所述后框体连接块的通孔的外部，转轴螺钉的头部具有一螺纹段，所述螺纹段与后大合页的螺纹孔配合固定连接，所述转轴螺钉在后框体连接块和后大合页之间的部分外部套设有第一扭簧。
进一步地，所述第一合页连接装置包括实现内侧展开阵和中间展开阵的上部连接的第一合页连接机构和实现内侧展开阵和中间展开阵的下部连接的第二合页连接机构，所述第一合页连接机构包括两个第一合页，两个第一合页之间通过转轴转动连接，两个第一合页分别通过与各自固定的压板固定在展开阵上，两个第一合页之间的转轴外部套设有第二扭簧，所述第二合页连接机构包括两个第二合页，两个第二合页之间通过转轴转动连接，两个第二合页分别通过与各自固定的压板固定在展开阵上，两个第二合页之间的转轴外部套设有第二扭簧，其中第一合页和第二合页的结构对称设置；所述第二合页连接装置包括实现中间展开阵和外侧展开阵的上部连接的所述第二合页连接机构和实现中间展开阵和外侧展开阵的下部连接的所述第一合页连接机构。
进一步地，所述电池阵还包括设置在所述卫星框体的顶面上的第一体装阵和设置在所述卫星框体两个侧面上的两个第二体装阵。
进一步地，所述锁定和解锁机构包括设置在第二体装阵上的压线帽、烧线电阻、分离开关、与外侧展开阵固定连接的设置在外侧展开阵与第二体装阵之间的压线块、线绳和拉簧，在锁定状态时，所述线绳的一端与拉簧的一端连接另一端穿过压线帽底部的孔洞以及压线块与外侧展开阵之间的缝隙后从外侧展开阵的一个孔洞穿出从而实现拉紧，所述拉簧的另一端与内侧展开阵固定，所述线绳被拉紧后与烧线电阻的上表面相接触，所述分离开关的顶部被中间展开阵压紧。
进一步地，所述线绳为尼龙线。
进一步地，所述压线帽数量为2个，所述烧线电阻数量为2个。
进一步地，所述分离开关为行程开关。
一种根据上述所述的可多次折叠的立方星可展开电池阵的展开方法，包括以下步骤：
步骤一：实现所述电池阵的折叠和锁定：将所述卫星框体的两侧的展开阵分别进行折叠，使得第二体装阵的外部依次折叠有内侧展开阵、中间展开阵和外侧展开阵，将线绳的一端栓在拉簧的一端，线绳的另一端穿过压线帽底部的孔洞后从外侧展开阵的一个孔洞穿出，将压线块压在外侧展开阵表面并压住线绳，此时拉紧线绳并使得所述拉簧获得一拉伸的预紧力后将压线块与外侧展开阵之间通过螺钉固定连接并实现线绳的拉紧定位，所述线绳被拉紧后与烧线电阻的上表面相接触，在折叠状态下所述分离开关的顶部被中间展开阵压紧从而分离开关给出电信号表示此时处于折叠状态；
步骤二：将折叠好的立方星进行发射，当电池阵需要展开工作时，对烧线电阻进行通电加热，烧线电阻产生高温将线绳烧断，此时锁定和解锁机构实现解锁，在第一扭簧和第二扭簧的作用下，内侧展开阵、中间展开阵和外侧展开阵实现展开，在展开状态下所述分离开关的顶部脱离中间展开阵从而分离开关无法给出电信号表示此时处于展开状态。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：
本发明的可多次折叠的立方星电池阵，三片电池阵通过合页连接在一起再连接到卫星星体上，并可以通过折叠来大大减少收纳体积。本发明折叠和锁定机构结构简单、展开方式简单高效且可靠性较高，展开之后可以提供比普通单片展开立方星电池阵多两到三倍的受照面积，可以为立方星上搭载的大功率载荷提供充足的电能。通用性高，可以灵活的装配到各种立方星上，不与立方星星体内的结构发生干涉。
附图说明
图1是本发明立方星可展开电池阵展开状态的整体结构图。
图2是本发明立方星可展开电池阵展开状态下连接装置的结构图。
图3是本发明立方星可展开电池阵展开状态下第一合页连接机构的结构图。
图4是本发明立方星可展开电池阵展开状态下第二合页连接机构的结构图。
图5是本发明立方星可展开电池阵折叠状态下锁定和解锁机构结构图。
图6是本发明立方星可展开电池阵折叠状态的整体结构图。
图7是本发明立方星可展开电池阵展开方式的示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图，对本发明作进一步的说明。
结合图1，一种可多次折叠的立方星可展开电池阵,包括卫星框体1，所述卫星框体1的两侧分别通过连接装置连接展开阵，所述展开阵包括内侧展开阵6、中间展开阵8和外侧展开阵10，所述内侧展开阵6的一侧通过所述连接装置与卫星框体1连接，所述内侧展开阵6的另一侧通过第一合页连接装置与中间展开阵8的一侧连接，中间展开阵8的另一侧通过第二合页连接装置与外侧展开阵10连接，所述内侧展开阵6、中间展开阵8和外侧展开阵10能够实现展开和折叠并且在处于折叠状态时能够通过锁定和解锁机构实现折叠状态的锁定和解锁。
进一步地，结合图2，所述连接装置包括前连接装置和后连接装置，所述前连接装置包括与卫星框体1一侧前部固定连接的前框体连接块3以及与内侧展开阵6一侧前部固定连接的前大合页5，所述前框体连接块3和前大合页5通过转轴螺钉4转动连接，所述后连接装置包括与卫星框体1一侧后部固定连接的后框体连接块11以及与内侧展开阵6一侧后部固定连接的后大合页12，所述后框体连接块11和后大合页12通过转轴螺钉4转动连接。
进一步地，所述前连接装置的转轴螺钉4穿过所述前框体连接块3的通孔且螺帽的直径大于所述前框体连接块3的通孔的直径从而螺帽卡在所述前框体连接块3的通孔的外部，转轴螺钉4的头部具有一螺纹段，所述螺纹段与前大合页5的螺纹孔配合固定连接，所述转轴螺钉4在前框体连接块3和前大合页5之间的部分外部套设有第一扭簧15-1，所述后连接装置的转轴螺钉4穿过所述后框体连接块11的通孔且螺帽的直径大于所述后框体连接块11的通孔的直径从而螺帽卡在所述后框体连接块11的通孔的外部，转轴螺钉4的头部具有一螺纹段，所述螺纹段与后大合页12的螺纹孔配合固定连接，所述转轴螺钉4在后框体连接块11和后大合页12之间的部分外部套设有第一扭簧15-1，可以提供展开阵展开时所需要的扭力，后大合页12可与框体连接块二11在转过90度后接触(如图2所示)，实现内侧展开阵6转过90度后定位，内侧展开阵6的上侧与下侧再分别与前大合页5与后大合页12固连，这样就实现了内侧展开阵与卫星星体的连接并可以绕转轴螺钉4固定轴线转动。
进一步地，结合图1所述第一合页连接装置包括实现内侧展开阵6和中间展开阵8的上部连接的第一合页连接机构和实现内侧展开阵6和中间展开阵8的下部连接的第二合页连接机构，结合图3，所述第一合页连接机构包括两个第一合页7，两个第一合页7之间通过转轴16转动连接，两个第一合页7分别通过与各自固定的压板14固定在展开阵上，两个第一合页7之间的转轴16外部套设有第二扭簧15-2，结合图4，所述第二合页连接机构包括两个第二合页9，两个第二合页9之间通过转轴16转动连接，两个第二合页9分别通过与各自固定的压板14固定在展开阵上，两个第二合页9之间的转轴16外部套设有第二扭簧15-2，其中第一合页7和第二合页9的结构对称设置，如图3、4所示；所述第二合页连接装置包括实现中间展开阵8和外侧展开阵10的上部连接的所述第二合页连接机构和实现中间展开阵8和外侧展开阵10的下部连接的所述第一合页连接机构，也即第二合页连接装置的上下合页连接方式和第一合页连接装置是相反的，这样可以提供展开阵展开时所需要的扭力，装配好之后两对合页之间对接的部分可以保证两展开阵之间展开后保持在180度的状态，另外，图1中中间展开阵8与外侧开阵10之间两对合页中间的两个合页是与中间展开阵8固连的，外侧的两个合页是与外侧展开阵10固连的，这样便可以使外侧的两个合页夹住内侧的两个合页，防止他们在轴向窜动。
进一步地，所述电池阵还包括设置在所述卫星框体1的顶面上的第一体装阵2和设置在所述卫星框体1两个侧面上的两个第二体装阵13。
进一步地，结合图5-6，所述锁定和解锁机构包括设置在第二体装阵13上的压线帽19、烧线电阻20、分离开关17、与外侧展开阵10固定连接的设置在外侧展开阵10与第二体装阵13之间的压线块18、线绳22和拉簧21，在锁定状态时，所述线绳22的一端与拉簧21的一端连接另一端穿过压线帽19底部的孔洞以及压线块18与外侧展开阵10之间的缝隙后从外侧展开阵10的一个孔洞穿出从而实现拉紧，所述拉簧21的另一端与内侧展开阵6固定，所述线绳22被拉紧后与烧线电阻20的上表面相接触，所述分离开关17的顶部被中间展开阵8压紧。
进一步地，所述线绳22为尼龙线。
进一步地，所述压线帽19数量为2个，所述烧线电阻20数量为2个。
进一步地，所述分离开关17为行程开关。
本发明的可多次折叠的立方星可展开电池阵的展开方法包括以下步骤：
步骤一：实现所述电池阵的折叠和锁定：将所述卫星框体1的两侧的展开阵分别进行折叠，使得第二体装阵13的外部依次折叠有内侧展开阵6、中间展开阵8和外侧展开阵10，将线绳22的一端栓在拉簧21的一端，线绳22的另一端穿过压线帽19底部的孔洞后从外侧展开阵10的一个孔洞穿出，将压线块18压在外侧展开阵10表面并压住线绳22，此时拉紧线绳22并使得所述拉簧21获得一拉伸的预紧力后将压线块18与外侧展开阵10之间通过螺钉固定连接并实现线绳22的拉紧定位，所述线绳22被拉紧后与烧线电阻20的上表面相接触(以便在释放的时候将线烧断)，在折叠状态下所述分离开关17的顶部被中间展开阵8压紧从而分离开关17给出电信号表示此时处于折叠状态；
步骤二：将折叠好的立方星进行发射，当电池阵需要展开工作时，对烧线电阻20进行通电加热，烧线电阻20产生高温将线绳22烧断，此时锁定和解锁机构实现解锁，在第一扭簧15-1和第二扭簧15-2的作用下，内侧展开阵6、中间展开阵8和外侧展开阵10实现展开，在展开状态下所述分离开关17的顶部脱离中间展开阵8从而分离开关17无法给出电信号表示此时处于展开状态，展开过程状态如图7所示。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (8)
1.一种可多次折叠的立方星可展开电池阵，其特征在于包括卫星框体(1)，所述卫星框体(1)的两侧分别通过连接装置连接展开阵，所述展开阵包括内侧展开阵(6)、中间展开阵(8)和外侧展开阵(10)，所述内侧展开阵(6)的一侧通过所述连接装置与卫星框体(1)连接，所述内侧展开阵(6)的另一侧通过第一合页连接装置与中间展开阵(8)的一侧连接，中间展开阵(8)的另一侧通过第二合页连接装置与外侧展开阵(10)连接，所述内侧展开阵(6)、中间展开阵(8)和外侧展开阵(10)能够实现展开和折叠并且在处于折叠状态时能够通过锁定和解锁机构实现折叠状态的锁定和解锁；
所述连接装置包括前连接装置和后连接装置，所述前连接装置包括与卫星框体(1)一侧前部固定连接的前框体连接块(3)以及与内侧展开阵(6)一侧前部固定连接的前大合页(5)，所述前框体连接块(3)和前大合页(5)通过转轴螺钉(4)转动连接，所述后连接装置包括与卫星框体(1)一侧后部固定连接的后框体连接块(11)以及与内侧展开阵(6)一侧后部固定连接的后大合页(12)，所述后框体连接块(11)和后大合页(12)通过转轴螺钉(4)转动连接；
所述前连接装置的转轴螺钉(4)穿过所述前框体连接块(3)的通孔且螺帽的直径大于所述前框体连接块(3)的通孔的直径从而螺帽卡在所述前框体连接块(3)的通孔的外部，转轴螺钉(4)的头部具有一螺纹段，所述螺纹段与前大合页(5)的螺纹孔配合固定连接，所述转轴螺钉(4)在前框体连接块(3)和前大合页(5)之间的部分外部套设有第一扭簧(15-1)，所述后连接装置的转轴螺钉(4)穿过所述后框体连接块(11)的通孔且螺帽的直径大于所述后框体连接块(11)的通孔的直径从而螺帽卡在所述后框体连接块(11)的通孔的外部，转轴螺钉(4)的头部具有一螺纹段，所述螺纹段与后大合页(12)的螺纹孔配合固定连接，所述转轴螺钉(4)在后框体连接块(11)和后大合页(12)之间的部分外部套设有第一扭簧(15-1)。
2.根据权利要求1所述的可多次折叠的立方星可展开电池阵，其特征在于，所述第一合页连接装置包括实现内侧展开阵(6)和中间展开阵(8)的上部连接的第一合页连接机构和实现内侧展开阵(6)和中间展开阵(8)的下部连接的第二合页连接机构，所述第一合页连接机构包括两个第一合页(7)，两个第一合页(7)之间通过转轴(16)转动连接，两个第一合页(7)分别通过与各自固定的压板(14)固定在展开阵上，两个第一合页(7)之间的转轴(16)外部套设有第二扭簧(15-2)，所述第二合页连接机构包括两个第二合页(9)，两个第二合页(9)之间通过转轴(16)转动连接，两个第二合页(9)分别通过与各自固定的压板(14)固定在展开阵上，两个第二合页(9)之间的转轴(16)外部套设有第二扭簧(15-2)，其中第一合页(7)和第二合页(9)的结构对称设置；所述第二合页连接装置包括实现中间展开阵(8)和外侧展开阵(10)的上部连接的所述第二合页连接机构和实现中间展开阵(8)和外侧展开阵(10)的下部连接的所述第一合页连接机构。
3.根据权利要求2所述的可多次折叠的立方星可展开电池阵，其特征在于，所述电池阵还包括设置在所述卫星框体(1)的顶面上的第一体装阵(2)和设置在所述卫星框体(1)两个侧面上的两个第二体装阵(13)。
4.根据权利要求3所述的可多次折叠的立方星可展开电池阵，其特征在于，所述锁定和解锁机构包括设置在第二体装阵(13)上的压线帽(19)、烧线电阻(20)、分离开关(17)、与外侧展开阵(10)固定连接的设置在外侧展开阵(10)与第二体装阵(13)之间的压线块(18)、线绳(22)和拉簧(21)，在锁定状态时，所述线绳(22)的一端与拉簧(21)的一端连接另一端穿过压线帽(19)底部的孔洞以及压线块(18)与外侧展开阵(10)之间的缝隙后从外侧展开阵(10)的一个孔洞穿出从而实现拉紧，所述拉簧(21)的另一端与内侧展开阵(6)固定，所述线绳(22)被拉紧后与烧线电阻(20)的上表面相接触，所述分离开关(17)的顶部被中间展开阵(8)压紧。
5.根据权利要求4所述的可多次折叠的立方星可展开电池阵，其特征在于，所述线绳(22)为尼龙线。
6.根据权利要求5所述的可多次折叠的立方星可展开电池阵，其特征在于，所述压线帽(19)数量为2个，所述烧线电阻(20)数量为2个。
7.根据权利要求4所述的可多次折叠的立方星可展开电池阵，其特征在于，所述分离开关(17)为行程开关。
8.一种根据权利要求4-7任一项所述的可多次折叠的立方星可展开电池阵的展开方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一：实现所述电池阵的折叠和锁定：将所述卫星框体(1)的两侧的展开阵分别进行折叠，使得第二体装阵(13)的外部依次折叠有内侧展开阵(6)、中间展开阵(8)和外侧展开阵(10)，将线绳(22)的一端栓在拉簧(21)的一端，线绳(22)的另一端穿过压线帽(19)底部的孔洞后从外侧展开阵(10)的一个孔洞穿出，将压线块(18)压在外侧展开阵(10)表面并压住线绳(22)，此时拉紧线绳(22)并使得所述拉簧(21)获得一拉伸的预紧力后将压线块(18)与外侧展开阵(10)之间通过螺钉固定连接并实现线绳(22)的拉紧定位，所述线绳(22)被拉紧后与烧线电阻(20)的上表面相接触，在折叠状态下所述分离开关(17)的顶部被中间展开阵(8)压紧从而分离开关(17)给出电信号表示此时处于折叠状态；
步骤二：将折叠好的立方星进行发射，当电池阵需要展开工作时，对烧线电阻(20)进行通电加热，烧线电阻(20)产生高温将线绳(22)烧断，此时锁定和解锁机构实现解锁，在第一扭簧(15-1)和第二扭簧(15-2)的作用下，内侧展开阵(6)、中间展开阵(8)和外侧展开阵(10)实现展开，在展开状态下所述分离开关(17)的顶部脱离中间展开阵(8)从而分离开关(17)无法给出电信号表示此时处于展开状态。
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