CN109927940A - 太阳帆板驱动机构热防护装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种航空航天技术领域的太阳帆板驱动机构热防护装置，包括太阳帆板三角架、挡光板和接插件支架，所述挡光板固定在太阳帆板三角架上用以遮挡太阳光，所述接插件支架的一端固定在挡光板的背阳面上，另一端用于固定接插件。本发明装置利用驱动机构驱动太阳帆板在轨工作特点，对与SADA温度紧密相关的电缆束走向进行约束和固定，并采取挡光装置对其进行遮挡，避免电缆束直接受照，并为电缆束散热提供稳定且良好的散热通道，减少了星外电缆束温度水平，从而降低了驱动机构外露端周向和轴系轴向的热变形，避免了驱动机构由于轴系热变形过大产生的卡死故障，具有可靠性高、适应性强、温度波动小、工艺简便、资源开销少的优点。

Description

太阳帆板驱动机构热防护装置

技术领域

本发明涉及航空航天技术领域，具体地，涉及一种太阳帆板驱动机构热防护装置。

背景技术

所有在轨卫星的太阳帆板驱动机构(SADA)或称为轴承与功率输送装置(BAPTA)的目的是使太阳电池面能始终朝向太阳，从而提高太阳电池的效率。太阳帆板驱动机构一方面驱动太阳翼绕着航天器本体作相对转动，另一方面把太阳翼产生的电能输送到航天器本体中。它主要包括电机、齿轮传动装置及其轴承，以及传递电功率的电刷滑环装置。

随着卫星平台技术的发展，大型卫星的功耗需求越来越大，对于采用太阳帆板获取能源的卫星，其驱动机构的功耗也随之越来越大，因此带来了散热问题。同时，驱动机构作为太阳帆板的关键运动部件，其工作环境等可靠性问题需受到足够的重视。为了保证驱动机构稳定可靠的运行，要求其工作温度维持在较低的水平，因此需要寻求良好的散热途径，应用各种热控措施减小各环节的热阻，将其热量排散。

国际上航天器SADA在轨故障屡次发生。有文献对1980-2005年期间卫星故障统计研究得出，从部组件来看，卫星发生故障率最高的是太阳电池阵，占20％左右，故障原因包括帆板打开失败、帆板驱动机构短路、电池片破坏等。其中，驱动机构短路和卡死的故障，原因主要归结为：磨削及多余物导致短路或卡死、轴系周向及轴向温度分布不均导致卡死、润滑失效导致驱动机构卡死等。

太阳帆板驱动机构轴系外露一端，由于构型及在轨外热流形式，从而存在较大温度梯度。另外，此端为电缆束引出端会因电缆有热耗且受太阳照射而温度过高，也会引起轴系两端温度梯度过大。这两种热变形均可能导致驱动机构卡死而丧失其功能。但是由于驱动机构内部有滑环组件、电刷等各种复杂结构，不适合在其内部增加额外的热控手段降低其温度，因为这样会增加内部的复杂程度，带来更大的安全隐患。所以传统的热设计思路是，在舱外部分喷涂白漆减少外热流对其温度梯度过大的影响、舱内部分喷涂黑漆实现壳体均温化、通过将SADA壳体与散热面直接或间接热耦合进行散热。但是传统的热设计过程中并没有考虑到电缆束对SADA以及与其热耦合部件的温度水平的影响。实际上，电缆束温度过高会引起轴系外露端温度过高，热变形表现为膨胀，但轴套与轴承间导热一般都较差，这样会减少轴承的运动间隙，从而增大卡死风险。另一方面，轴系两端温差过大，会导致两端变形不一致，导致轴系运转不稳定也会增大卡死风险。如果采用包覆多层虽然可以隔绝太阳光影响，但是同样也会导致其热量无法排散引起巨大温升，最终可致电缆受损，同样驱动机构也会处于高温环境引发故障。

经对现有技术的检索，申请号为201310345351.1的中国发明专利公开了一种卫星用大功耗太阳帆板驱动机构的机热一体化装置，包括一体化设计的安装法兰、热控涂层、扩热板、导热填料、预埋热管、外贴热管、LHP和散热板；安装法兰直接将驱动机构的热量导出；驱动机构舱内表面和外表面涂覆热控涂层；扩热板安装在驱动机构与安装板之间；导热填料填充在驱动机构与扩热板，扩热板与安装板、外贴热管与安装面之间；预埋热管预埋在安装板内部的扩热板区域；外贴热管一端安装在驱动机构上，另一端安装在扩热板上；LHP蒸发器安装在扩热板上的预埋热管位置，LHP辐射器安装在散热板内表面；散热板外部粘贴OSR二次表面镜热控涂层，将驱动机构热量排散至冷空间。但是这种方式对于电缆束温度过高会引起轴系外露端温度过高，出现卡死风险的现象无法有效解决。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种太阳帆板驱动机构热防护装置，本发明的太阳帆板驱动机构热防护装置,降低SADA轴系热变形，实现驱动机构轴系在轨的温度水平和温度梯度的控制，从而避免产生卡死故障。

本发明涉及一种太阳帆板驱动机构热防护装置,包括太阳帆板三角架、挡光板和接插件支架，所述挡光板固定在太阳帆板三角架上用以遮挡太阳光，所述接插件支架的一端固定在挡光板的背阳面上，另一端用于固定接插件。

优选地，所述挡光板及太阳帆板三角架上布置有电缆卡箍用于固定电缆，优选地，所述电缆采用捆扎带将其约束在电缆卡箍上，用以引导和固定电缆走向，同时电缆可以通过挡光板进行热排散。

优选地，所述挡光板的向阳面上喷涂有热控涂层，用于降低挡光板的温度水平。

优选地，所述热控涂层为低太阳吸发比涂层，选取为ACR-1防静电白漆。

优选地，所述接插件支架的横截面为“L”型构型，其中水平段固定于挡光板的背阳面上，竖直段用于固定接插件并可以通过热传导方式降低接插件温度。

优选地，所述挡光板的尺寸必须能实现在轨运行全周期内对太阳光线的遮挡。挡光板安装位置及过程要避免对太阳帆板展开及驱动机构转动产生影响。

优选地，所述挡光板的背阳面上，根据外热流和电缆束的热耗大小，通过分析计算，可以选择喷涂具有不同半球发射率的热控涂层，以满足温度水平要求。

优选地，所述挡光板、所述接插件支架均选用高导热、高强度的金属材料制成。其中，接插件支架优选高导热、强度高的金属材料，可以强化接插件与支架之间的传热，从而使辐射面积增大，更有利于接插件热量的排散，同时，增加了机械强度，保证经历发射的力学条件后不发生损坏。

优选地，所述挡光板周向采用螺钉紧固在太阳帆板三角架上。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明的太阳帆板驱动机构热防护装置，利用驱动机构驱动太阳帆板在轨工作特点，在对SADA直接采取热控措施的传统方式基础上，对与SADA温度紧密相关的电缆束走向进行约束和固定，并采取挡光装置对其进行遮挡，避免电缆束直接受照，并为电缆束散热提供稳定且良好的散热通道，减少了星外电缆束温度水平，降低了驱动机构外露端周向和轴系轴向的热变形，避免了驱动机构由于轴系热变形过大产生的卡死故障；

2、本发明的太阳帆板驱动机构热防护装置，是一种间接热防护方法，从根本上杜绝了与转动机构的干涉，避免了新的方法和措施给驱动机构带来的卡死风险；

3、本发明的太阳帆板驱动机构热防护装置，热设计方法合理可行，不消耗星上电力资源，节省成本，工艺实现简单，可靠性好、适应性强。

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为本发明的太阳帆板驱动机构热防护装置示意图；

图2为本发明一个实施例的在轨高温工况温度数据图。

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。

实施例

本实施例中，本发明的太阳帆板驱动机构热防护装置介绍如下：包括太阳帆板三角架、挡光板和接插件支架，所述挡光板固定在太阳帆板三角架上用以遮挡太阳光，所述接插件支架的一端固定在挡光板的背阳面上，另一端用于固定接插件。

接下来对本发明进行详细的描述。

本发明的目的是提供一种太阳帆板驱动机构热防护装置，本发明的太阳帆板驱动机构热防护装置,降低SADA轴系热变形，实现驱动机构轴系在轨的温度水平和温度梯度的控制，从而避免产生卡死故障。

在一个实施例中，根据航天器运行的GEO轨道空间环境条件，挡光板向阳面的热控涂层选取为ACR-1防静电白漆，喷涂依照ACR-1防静电白漆的规范实施。

采用以上热控设计方法和装置，对某GEO卫星的太阳帆板驱动机构开展具体实施，目前此卫星在轨运行稳定，能源输送稳定，在轨高温工况的温度数据见图2，在地面也进行太阳模拟器真空光照对比试验，证明此种方法和装置有效降低电缆束温度约40℃。

如图1所示，本发明公开了一种太阳帆板驱动机构间接热防护装置，包括太阳帆板三角架5、挡光板1和接插件支架2，挡光板1周向采用螺钉紧固在太阳帆板三角架5上，用以遮挡太阳光，接插件支架2的一端固定在挡光板1的背阳面上，另一端用于固定接插件6，挡光板1及太阳帆板三角架5上布置有电缆卡箍3用于固定电缆4。其中，挡光板的尺寸必须能实现在轨运行全周期内对太阳光线的遮挡。挡光板安装位置及过程要避免对太阳帆板展开及驱动机构的转动产生影响。挡光板优选高导热、高强度的金属材料，背阳面光学属性根据散热需要进行计算选择。这样的结构具有很好的力学性能，电缆束及接插件与其直接和间接接触时能有效的将热量传到挡光板上并辐射到冷空间。挡光板的背阳面上，根据外热流和电缆束的热耗大小，通过分析计算，可以选择喷涂具有不同半球发射率的热控涂层，以满足温度水平要求。

接插件支架2的横截面为“L”型构型，其中水平段固定于挡光板的背阳面上，竖直段用于固定接插件并可以通过热传导方式降低接插件温度。接插件支架优选高导热、强度高的金属材料，可以强化接插件与支架之间的传热，从而使辐射面积增大，更有利于接插件热量的排散，同时，增加了机械强度，保证经历发射的力学条件后不发生损坏。

电缆4采用捆扎带将其约束在电缆卡箍上，用以引导和固定电缆走向，同时电缆可以通过挡光板进行热排散。电缆卡箍材料选择方面与接插件支架相同，皆需考虑其传热和力学适应性。电缆4从太阳帆板驱动机构7的电缆引出端引出后延伸至接插件支架2，然后通过电缆卡箍和捆扎带引导和固定在挡光板1和太阳帆板三角架5上。

挡光板1的向阳面上整体喷涂有低吸发比热控涂层，用于降低挡光板的温度水平。热控涂层种类可根据航天器的运行轨道(低轨道、中轨道、高轨道等)的空间环境选取，喷涂详细过程和条件依据空间热控涂层的相关规范实施。根据航天器的运行的GEO轨道空间环境条件，热控涂层选ACR-1防静电白漆，喷涂依照ACR-1防静电白漆的规范实施。

本发明所述的热防护装置采用电缆卡箍及接插件支架，引导和固定电缆的走向，并采用向阳面喷涂低太阳吸发比热控涂层，背阳面光学属性根据散热需要进行选择的挡光板对太阳光进行遮挡给电缆束提供一个始终向冷空间辐射的热通道，而且电缆束和接插件由于跟挡光板都有直接和间接接触，因此除去辐射散热外还可以通过热传导进一步降低电缆束的温度，解决了星外电缆束受太阳照射引起温度过高的难题。通过此发明的装置，降低了驱动机构电缆引出端轴系的温度水平，减少了轴系轴向的温度梯度，避免了驱动机构轴系热变形过大而导致的卡死故障，实现了驱动机构在轨的温度稳定度和温度水平的控制，具有可靠性高、适应性强、温度波动小、工艺简便、资源开销少的优点。

综上所述，本发明装置利用驱动机构驱动太阳帆板在轨工作特点，在对SADA直接采取热控措施的传统方式基础上，对与SADA温度紧密相关的电缆束走向进行约束和固定，并采取挡光装置对其进行遮挡，避免电缆束直接受照，并为电缆束散热提供稳定且良好的散热通道，减少了星外电缆束温度水平，从而降低了驱动机构外露端周向和轴系轴向的热变形，避免了驱动机构由于轴系热变形过大产生的卡死故障；本发明中的装置是一种间接热防护方法，从根本上杜绝了与转动机构的干涉，避免了新的方法和措施给驱动机构带来的卡死风险。本发明装置热设计方法合理可行，不消耗星上电力资源，节省成本，工艺实现简单，可靠性好、适应性强。

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化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种太阳帆板驱动机构热防护装置，其特征在于，包括太阳帆板三角架、挡光板和接插件支架，所述挡光板固定在太阳帆板三角架上用以遮挡太阳光，所述接插件支架的一端固定在挡光板的背阳面上，另一端用于固定接插件。

2.如权利要求1所述的太阳帆板驱动机构热防护装置，其特征是，所述挡光板及太阳帆板三角架上布置有电缆卡箍用于固定电缆。

3.如权利要求2所述的太阳帆板驱动机构热防护装置，其特征是，所述电缆采用捆扎带将其约束在电缆卡箍上，用以引导和固定电缆走向。

4.如权利要求1所述的太阳帆板驱动机构热防护装置，其特征是，所述挡光板的向阳面上喷涂有热控涂层，用于降低挡光板的温度水平。

5.如权利要求4所述的太阳帆板驱动机构热防护装置，其特征是，所述热控涂层为低太阳吸发比涂层，选取为ACR-1防静电白漆。

6.如权利要求1所述的太阳帆板驱动机构热防护装置，其特征是，所述接插件支架的横截面为“L”型构型，其中水平段固定于挡光板的背阳面上，竖直段用于固定接插件。

7.如权利要求1所述的太阳帆板驱动机构热防护装置，其特征是，所述挡光板的尺寸必须能实现在轨运行全周期内对太阳光线的遮挡。

8.如权利要求1所述的太阳帆板驱动机构热防护装置，其特征是，所述挡光板的背阳面上，根据外热流和电缆的热耗大小，喷涂具有不同半球发射率的热控涂层。

9.如权利要求1所述的太阳帆板驱动机构热防护装置，其特征是，所述挡光板和所述接插件支架均选用高导热、高强度的金属材料制成。

10.如权利要求1所述的太阳帆板驱动机构热防护装置，其特征是，所述挡光板周向采用螺钉紧固在太阳帆板三角架上。