CN111907733A - 一种柔性的太阳翼铰链结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种柔性的太阳翼铰链结构，包括两个琴铰、芯轴和盖帽；所述的琴铰由平面段和啮合口交错排布的铰链孔组成，两个琴铰的啮合口存在错位，通过芯轴穿过铰链孔连接成铰链结构；芯轴两端通过盖帽进行限位；所述琴铰为截面对称结构，平面段的中间层为加强层，采用纤维增强环氧树脂基体的复合材料，加强层的两侧上下两层为胶黏剂层，胶黏剂层的外侧为聚酰亚胺薄膜层，胶黏剂层将增强层和聚酰亚胺薄膜层粘贴成整体；芯轴孔部分包括与所述平面段一体的聚酰亚胺薄膜层；聚酰亚胺薄膜层两侧分别设置原子氧防护层。
Description
技术领域
本发明涉及一种柔性的太阳电池翼铰链结构，可用于柔性太阳翼太阳电池阵中柔性基板之间的连接，保证太阳电池阵展开后的连接强度和阵面构型。
背景技术
目前，国内航天器太阳翼一般采用刚性太阳翼和半刚性太阳翼，对应的基板(电池电路安装平台和支撑载体)为刚性基板和半刚性基板，由于刚性基板或半刚性基板重量较重(面密度一般为1.0kg/m2～2.5kg/m2)、尺寸较大(一般单块板的厚度为23mm)，均采用金属材料的刚性铰链进行连接。
随着航天技术的发展，大型航天器的功率需求越来越大，需要太阳电池翼的面积越来越大，从而发展了大面积柔性太阳电池翼技术，对应的采用了轻质超薄的柔性基板作为电池电路的安装平台和载体，传统的刚性铰链已不能满足柔性基板的连接需求，因此急需开发柔性、轻薄的柔性铰链技术。
发明内容
本发明解决的技术问题是：一种适用于柔性太阳电池翼柔性基板之间连接用的柔性铰链，解决了柔性基板之间连接的问题。
本发明解决技术的方案是：一种柔性的太阳翼铰链结构，包括两个琴铰、芯轴和盖帽；所述的琴铰由平面段和啮合口交错排布的铰链孔组成，两个琴铰的啮合口存在错位，通过芯轴穿过铰链孔连接成铰链结构；芯轴两端通过盖帽进行限位；所述琴铰为截面对称结构，平面段的中间层为加强层，采用纤维增强环氧树脂基体的复合材料，加强层的两侧上下两层为胶黏剂层，胶黏剂层的外侧为聚酰亚胺薄膜层，胶黏剂层将增强层和聚酰亚胺薄膜层粘贴成整体；芯轴孔部分包括与所述平面段一体的聚酰亚胺薄膜层；聚酰亚胺薄膜层两侧分别设置原子氧防护层。
优选的，纤维增强环氧树脂基体的复合材料中增强材料采用玻璃纤维布或碳纤维布，树脂为SP120N环氧树脂。
优选的，所述胶黏剂采用牌号为JN02的聚酰亚胺改性环氧树脂类胶黏剂。
优选的，所述的芯轴采用钢丝圆棒材料，盖帽为一端封闭的圆柱体结构，材料为铝合金。
优选的，所述的芯轴与盖帽采用胶接或者机械连接方式进行连接。
优选的，所述的加强层先半固化后，再与所述聚酰亚胺薄膜通过胶黏剂层粘接固化成整体。
优选的，所述的原子氧防护层采用粘贴铝箔，或在聚酰亚胺薄膜表面刷涂防原子氧有机硅胶，或在聚酰亚胺薄膜表面采用物理或化学的方法生长一层原子氧防护层，或采用体材改性的具有原子氧防护能力的聚酰亚胺薄膜。
优选的，太阳翼铰链结构与被连接件之间采用胶接连接或缝纫等机械连接的方式进行连接固定。
优选的，所述的被连接件为太阳电池翼柔性基板。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
本发明所涉及的柔性铰链即可用于大面积柔性太阳翼柔性基板的连接，其具有较好的柔韧性、厚度薄、重量轻的特点，提供了一种柔性太阳电池阵基板之间连接的解决方案，该发明在国内属于首创，填补了相关技术领域的空白。
柔性铰链安装方便，非常好的解决了柔性基板之间的连接问题，同时尺寸可根据需求进行设计和生产制造。
附图说明
图1为柔性铰链示意图；
图2为琴铰与柔性基板连接后示意图；
图3为柔性铰链实物示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步阐述。
结合参考图1，本发明提供的柔性铰链，包括：
其采用合页构型，包括琴铰1、琴铰2、芯轴3、盖帽4。其中琴铰1和琴铰2结构形式一致，截面为多层结构形式，包括增强层5(亦称加强层)、胶黏剂层6、聚酰亚胺薄膜层7，以及如应用于低轨环境，为了防护原子氧，内外表面均布置原子氧防护层8。
所述琴铰1和琴铰2结构形式一致，分别独立成型。均采用多层材料胶接固化成型，包括增强层5、胶黏剂层6、聚酰亚胺薄膜层7。其中所述增强层为纤维增强环氧树脂基体的复合材料，增强材料可采用玻璃纤维布或碳纤维布或其他力学性能较好的纤维布材料。所述胶黏剂层为聚酰亚胺改性环氧树脂类胶黏剂，具有较好的耐空间环境性能，能够满足长期在轨±100℃温度环境的使用要求。所述增强层先半固化后，再与所述聚酰亚胺薄膜通过胶黏剂层粘接固化成整体。在本实施例中，其截面多层结构的增强层为环氧玻璃布层压板，厚度约0.1mm。
柔性铰链如需应用于低轨环境，为了防护低轨原子氧，其截面多层结构略有不同，在最外侧聚酰亚胺薄膜和琴铰孔内聚酰亚胺薄膜表面还有一层原子氧防护层。原子氧防护层可以采用粘贴铝箔，或在聚酰亚胺薄膜表面刷涂防原子氧有机硅胶，也可在聚酰亚胺薄膜表面采用物理或化学的方法生长一层原子氧防护层，或采用体材改性的具有原子氧防护能力的聚酰亚胺薄膜。
在本实施例中，琴铰孔聚酰亚胺薄膜内侧原子氧防护层为铝箔，铝箔先于聚酰亚胺薄膜通过胶黏剂高温固化成型，然后再弯折后与环氧玻璃布层压板胶接固化成型。在本实施例中，琴铰聚酰亚胺薄膜外表面的原子氧防护层采用刷涂防原子氧有机硅胶。
在本实施例中，以上所述胶黏剂为聚酰亚胺改性环氧树脂类胶黏剂(例如采用牌号为JN02的聚酰亚胺改性环氧树脂类胶黏剂)，具有较好的耐空间环境性能，能够满足长期在轨±100℃温度环境的使用要求。所述聚酰亚胺薄膜厚度为75微米。所述琴铰成型好后总厚度约为0.4mm。
以上所述琴铰成型好后，再与柔性基板通过胶黏剂胶接固化成整体，形成一个组件，示意图见图2所示。芯轴采用钢丝圆棒材料，盖帽采用铝合金材料，为一端封闭的圆柱体结构。其与芯轴采用胶接或机械连接方式进行连接。
本发明柔性铰链其长度可根据需求进行设计和生产，其与被连接件如基板之间采用胶接连接或缝纫等机械连接的方式进行连接固定。所述琴铰1和琴铰2分别与柔性基板连接固定好后，采用芯轴穿过琴铰1和琴铰2的铰链孔，然后再将盖帽胶接在芯轴的两端，从而完成连接可以使用，柔性铰链实物在具体产品上的应用实物图见图3所示。
本实施例中所涉及的柔性铰链成功应用到空间站柔性太阳翼产品中，参考本发明设计的柔性铰链也可以应用于如扇形翼等柔性的太阳翼产品中。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (9)
1.一种柔性的太阳翼铰链结构，其特征在于：包括两个琴铰、芯轴和盖帽；所述的琴铰由平面段和啮合口交错排布的铰链孔组成，两个琴铰的啮合口存在错位，通过芯轴穿过铰链孔连接成铰链结构；芯轴两端通过盖帽进行限位；所述琴铰为截面对称结构，平面段的中间层为加强层，采用纤维增强环氧树脂基体的复合材料，加强层的两侧上下两层为胶黏剂层，胶黏剂层的外侧为聚酰亚胺薄膜层，胶黏剂层将增强层和聚酰亚胺薄膜层粘贴成整体；芯轴孔部分包括与所述平面段一体的聚酰亚胺薄膜层；聚酰亚胺薄膜层两侧分别设置原子氧防护层。
2.根据权利要求1所述的太阳翼铰链结构，其特征在于：纤维增强环氧树脂基体的复合材料中增强材料采用玻璃纤维布或碳纤维布，树脂为SP120N环氧树脂。
3.根据权利要求1所述的太阳翼铰链结构，其特征在于：所述胶黏剂采用牌号为JN02的聚酰亚胺改性环氧树脂类胶黏剂。
4.根据权利要求1所述的太阳翼铰链结构，其特征在于：所述的芯轴采用钢丝圆棒材料，盖帽为一端封闭的圆柱体结构，材料为铝合金。
5.根据权利要求1所述的太阳翼铰链结构，其特征在于：所述的芯轴与盖帽采用胶接或者机械连接方式进行连接。
6.根据权利要求1所述的太阳翼铰链结构，其特征在于：所述的加强层先半固化后，再与所述聚酰亚胺薄膜通过胶黏剂层粘接固化成整体。
7.根据权利要求1所述的太阳翼铰链结构，其特征在于：所述的原子氧防护层采用粘贴铝箔，或在聚酰亚胺薄膜表面刷涂防原子氧有机硅胶，或在聚酰亚胺薄膜表面采用物理或化学的方法生长一层原子氧防护层，或采用体材改性的具有原子氧防护能力的聚酰亚胺薄膜。
8.根据权利要求1-7之一所述的太阳翼铰链结构，其特征在于：太阳翼铰链结构与被连接件之间采用胶接连接或缝纫等机械连接的方式进行连接固定。
9.根据权利要求8之一所述的太阳翼铰链结构，其特征在于：所述的被连接件为太阳电池翼柔性基板。
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