CN112520072A - 卫星帆板展开装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种卫星帆板展开装置，包括：第一连接件，被配置为与第一展开对象固定连接；第二连接件，被配置为与第二展开对象固定连接；第三连接件，被配置为与第三展开对象固定连接；所述第一连接件与所述第二连接件通过转轴连接，所述第一连接件与所述第二连接件能够以第一方向为轴在阈值角度之间相对转动；所述第三连接件与所述第二连接件固定连接，直至所述第一连接件与所述第二连接件之间的相对角度为阈值角度，所述第三连接件与第二连接件脱离；第四连接件，被配置为连接第二展开对象与第三展开对象，并使第二展开对象与第三展开对象以第二方向为轴转动。

Description

卫星帆板展开装置
技术领域
本发明涉及卫星帆板展开技术领域，特别涉及一种卫星帆板展开装置。
背景技术
太阳能电池帆板是将太阳的光能转换成电能的装置。几乎所有的航天器都以太阳能为主要的能量来源，为了使航天器长时间工作，就必须展开太阳能电池帆板，因此太阳能帆板展开机构在航天领域中非常重要。
现有的太阳能电池帆板展开机构结构复杂，帆板的展开与锁定部分体积大，质量高、结构复杂，增加了系统重量和使用空间需求，浪费资源及空间。并且装配时展开部分与锁定部分装配难度较大，工作时受环境影响容易产生更大的变形，降低了产品的可靠性。
另外，为了尽可能多的获取能量，太阳能帆板的展开面积应尽量大，但是展开面积受到了卫星运载的限制。对于多块帆板展开的情况，为了避免帆板之间碰撞，如何利用结构简单的展开铰链机构使得帆板按次序完成展开，提高安全可靠性，是本领域的技术难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种卫星帆板展开装置，以解决如何实现卫星帆板的多次展开的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种卫星帆板展开装置，包括：
第一连接件，被配置为与第一展开对象固定连接；
第二连接件，被配置为与第二展开对象固定连接；
第三连接件，被配置为与第三展开对象固定连接；
所述第一连接件与所述第二连接件通过转轴连接，所述第一连接件与所述第二连接件能够以第一方向为轴在阈值角度之间相对转动；
所述第三连接件与所述第二连接件固定连接，直至所述第一连接件与所述第二连接件之间的相对角度为阈值角度，所述第三连接件与第二连接件脱离；
第四连接件，被配置为连接第二展开对象与第三展开对象，并使第二展开对象与第三展开对象以第二方向为轴转动。
可选的，在所述的卫星帆板展开装置中，所述第一连接件为母铰，所述第二连接件为公铰，所述第一展开对象为卫星本体，所述第二展开对象为外板；
展开扭簧套设在转轴外表面，展开扭簧提供公铰与母铰相对旋转的驱动扭矩；
公铰与母铰相对旋转时，外板远离卫星本体。
可选的，在所述的卫星帆板展开装置中，两个公铰侧板上分别具有一个位置相对的安装孔；
所述卫星帆板展开装置还包括通过插入两个安装孔贯穿公铰的锁销，锁销外套有压簧，压簧向锁销提供轴向的压紧力，以使锁销沿轴向向第一端部窜动；
调节螺母调节压簧向锁销提供的压紧力。
可选的，在所述的卫星帆板展开装置中，所述第三连接件为锁钩，所述第三展开对象为内板；
所述锁钩包括固定杆和位于固定杆顶端的钩状结构，固定杆通过螺栓与内板固定连接；
所述锁销的第一端部为锥形，第二端部为柱段，柱段插入钩状结构中，以使所述第二端部限制锁钩的沿径向移动的自由度；
第一母铰侧板的内壁上具有不穿透第一母铰侧板的槽道，所述第一端部在槽道内滑动；
所述槽道的端部具有销孔，当所述第一连接件与所述第二连接件之间的相对角度为阈值角度时，第一端部滑动至槽道的端部，并在压簧提供的压紧力下插入销孔。
可选的，在所述的卫星帆板展开装置中，所述卫星帆板展开装置还包括衬套，其中：
所述衬套为圆环柱体，套设在转轴与展开扭簧之间，所述衬套的端部具有环形凸台结构，环形凸台结构限制展开扭簧的轴向移动。
可选的，在所述的卫星帆板展开装置中，所述卫星帆板展开装置还包括挡块和微动开关，其中：
所述挡块位于第一公铰侧板上；
微动开关设置在第二母铰侧板的外壁上，包括触头和一弹簧片；
当所述第一连接件与所述第二连接件之间的相对角度为阈值角度时，所述挡块向弹簧片施加压力，使弹簧片接触触头，使弹簧片与触头之间有电流流通，形成位置到达信号。
可选的，在所述的卫星帆板展开装置中，所述第四连接件为板间铰链，所述板间铰链包括公铰、母铰和展开扭簧，
所述公铰或母铰中的一个与外板固定连接，另一个与内板固定连接，所述外板和内板由板间铰链驱动相对旋转。
可选的，在所述的卫星帆板展开装置中，所述阈值角度为180°。
在本发明提供的卫星帆板展开装置中，第一连接件与第二连接件通过转轴连接能够以第一方向为轴在阈值角度之间相对转动，直至第一连接件与第二连接件之间的相对角度为阈值角度，第三连接件与第二连接件脱离；第四连接件连接第二展开对象与第三展开对象，并使第二展开对象与第三展开对象以第二方向为轴转动，实现了多个展开对象的依次展开，可以使展开面积不受到卫星运载的限制，对于多块帆板展开的情况避免了帆板之间碰撞，结构简单、安全可靠。
附图说明
图1是本发明一实施例卫星帆板展开装置安装未展开示意图；
图2是本发明一实施例卫星帆板展开装置部件三维示意图；
图3是本发明一实施例卫星帆板展开装置部件正视示意图；
图4是本发明一实施例卫星帆板展开装置锁销示意图；
图5是本发明一实施例卫星帆板展开装置第一次展开示意图；
图6是本发明一实施例卫星帆板展开装置第三连接件脱离示意图；
图7是本发明一实施例卫星帆板展开装置第二次展开示意图；
图8是本发明一实施例卫星帆板展开装置微动开关示意图；
图中所示：1-第一连接件/母铰；2-第二连接件/公铰；3-第三连接件/锁钩；4-第四连接件/板间铰链；5-第一展开对象/卫星本体；6-第二展开对象/外板；7-第三展开对象/内板；8-转轴；9-展开扭簧；10-安装孔；11-锁销；12-压簧；13-调节螺母；15-卡接接口；16-第一母铰侧板；17-槽道；18-销孔；19-第二母铰侧板；20-挡块；21-微动开关；22-衬套；23-第一公铰侧板；24-弹簧片；25-双螺母。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的卫星帆板展开装置作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
另外，除非另行说明，本发明的不同实施例中的特征可以相互组合。例如，可以用第二实施例中的某特征替换第一实施例中相对应或功能相同或相似的特征，所得到的实施例同样落入本申请的公开范围或记载范围。
本发明的核心思想在于提供一种卫星帆板展开装置，以解决如何实现卫星帆板的多次展开的问题。
为实现上述思想，本发明提供了一种卫星帆板展开装置，包括：第一连接件，被配置为与第一展开对象固定连接；第二连接件，被配置为与第二展开对象固定连接；第三连接件，被配置为与第三展开对象固定连接；所述第一连接件与所述第二连接件通过转轴连接，所述第一连接件与所述第二连接件能够以第一方向为轴在阈值角度之间相对转动；所述第三连接件与所述第二连接件固定连接，直至所述第一连接件与所述第二连接件之间的相对角度为阈值角度，所述第三连接件与第二连接件脱离；第四连接件，被配置为连接第二展开对象与第三展开对象，并使第二展开对象与第三展开对象以第二方向为轴转动。
本实施例提供一种卫星帆板展开装置，如图1～7所示，包括：第一连接件1，被配置为与第一展开对象5固定连接；第二连接件2，被配置为与第二展开对象6固定连接；第三连接件3，被配置为与第三展开对象7固定连接；所述第一连接件1与所述第二连接件2通过转轴8连接，所述第一连接件1与所述第二连接件2能够以第一方向为轴在阈值角度之间相对转动；所述第三连接件3与所述第二连接件2固定连接，直至所述第一连接件1与所述第二连接件2之间的相对角度为阈值角度，所述第三连接件3与第二连接件2脱离；第四连接件4，被配置为连接第二展开对象6与第三展开对象7，并使第二展开对象6与第三展开对象7以第二方向为轴转动。
在本发明的一个实施例中，在所述的卫星帆板展开装置中，所述第一连接件1为母铰1，所述第二连接件2为公铰2，所述第一展开对象5为卫星本体5，所述第二展开对象6为外板6；展开扭簧9套设在转轴8外表面，展开扭簧9提供公铰2与母铰1相对旋转的驱动扭矩；公铰2与母铰1相对旋转时，外板6远离卫星本体5。
在本发明的一个实施例中，在所述的卫星帆板展开装置中，两个公铰2侧板上分别具有一个位置相对的安装孔10；所述卫星帆板展开装置还包括通过插入两个安装孔10贯穿公铰2的锁销11，锁销11外套有压簧12，压簧12向锁销11提供轴向的压紧力，以使锁销11沿轴向向第一端部窜动；调节螺母13调节压簧12向锁销11提供的压紧力。在所述的卫星帆板展开装置中，所述第三连接件3为锁钩3，所述第三展开对象7为内板7；所述锁钩3包括固定杆和位于固定杆顶端的钩状结构，固定杆通过螺栓与内板7固定连接；如图4所示，所述锁销11的第一端部111为锥形，第二端部112为柱段，柱段插入钩状结构中，以使所述第二端部112限制锁钩的沿径向移动的自由度；第一母铰侧板16的内壁上具有不穿透第一母铰侧板的槽道17，所述第一端部111在槽道17内滑动；如图6所示，所述槽道17的端部具有销孔18，当所述第一连接件1与所述第二连接件2之间的相对角度为阈值角度时，第一端部111滑动至槽道17的端部，并在压簧12提供的压紧力下插入销孔18。
在本发明的一个实施例中，在所述的卫星帆板展开装置中，所述卫星帆板展开装置还包括衬套22，其中：所述衬套22为圆环柱体，套设在转轴8与展开扭簧9之间，所述衬套22的端部具有环形凸台结构，环形凸台结构限制展开扭簧9的轴向移动。
在本发明的一个实施例中，在所述的卫星帆板展开装置中，所述卫星帆板展开装置还包括挡块20和微动开关21，其中：所述挡块20位于第一公铰侧板23上；如图8所示，微动开关21设置在第二母铰侧板19的外壁上，包括触头和一弹簧片24；当所述第一连接件1与所述第二连接件2之间的相对角度为阈值角度时，所述挡块20向弹簧片24施加压力，使弹簧片24接触触头，使弹簧片24和触头之间有电流流通，形成位置到达信号。
在本发明的一个实施例中，在所述的卫星帆板展开装置中，所述第四连接件4为板间铰链4，所述板间铰链4包括公铰、母铰和展开扭簧，所述公铰或母铰中的一个与外板6固定连接，另一个与内板7固定连接，所述外板6和内板7由板间铰链4驱动相对旋转。
在本发明的一个实施例中，在所述的卫星帆板展开装置中，所述阈值角度为180°。
在本发明提供的卫星帆板展开装置中，第一连接件1与第二连接件2通过转轴8连接能够以第一方向为轴在阈值角度之间相对转动，直至第一连接件1与第二连接件2之间的相对角度为阈值角度，第三连接件3与第二连接件2脱离；第四连接件4连接第二展开对象6与第三展开对象7，并使第二展开对象6与第三展开对象7以第二方向为轴转动，实现了多个展开对象的依次展开，可以使展开面积不受到卫星运载的限制，对于多块帆板展开的情况避免了帆板之间碰撞，结构简单、安全可靠。
如图1所示。发射状态时，帆板内板7、帆板外板6贴合在卫星本体5的一个侧面。帆板一侧布置1～3个，优选2个二次展开铰链机构(由公铰、母铰、转轴及展开扭簧组成)，二次展开铰链机构同时连接卫星本体5和帆板外板6，驱使两者展开，展开行程90°。另一侧布置1～3个，优选2个板间铰链4，板间铰链4同时连接帆板外板6和帆板内板7，驱使两者展开，展开行程180°。帆板内板7和帆板外板6通过压紧装置压紧在卫星本体5侧面。帆板内板7上安装锁钩3，与二次展开铰链配合完成帆板二次展开。
如图2所示。二次展开铰链机构包括公铰2、母铰1、转轴8、锁钩3、展开扭簧9、压簧12、锁销11、衬套22等零件。公铰2与卫星本体5通过4个螺钉连接，母铰1与帆板外板6通过4个螺钉连接，螺钉规格M2～M4，优选M3。公铰2、母铰1材料设计为铝合金，可选2A12，2A14，Al6061，Al7075等。公铰2、母铰1中间穿过转轴8，实现公铰2、母铰1之间的旋转运动。转轴8材料优选钛合金TC4R，直径
Figure BDA0002821200800000071
尾部M5螺纹。展开扭簧9提供帆板展开驱动扭矩，设计材料304不锈钢，中径
Figure BDA0002821200800000072
线径
Figure BDA0002821200800000073
展开初始动力扭矩设计为0.6N.m，工作终了力矩设计为0.3N.m，并紧不开档。锁销11外套有压簧12，为圆柱形弹簧，中径
Figure BDA0002821200800000074
线径
Figure BDA0002821200800000075
设计初始压力20N，工作终了压力12N。压簧12一头设计调节螺母13，可根据具体实际情况调节压力。母铰1设计一处用于安装微动开关21，用于给出展开到位信号指示。公铰2设计挡块20，在铰链展开到位后，起到保护限位作用，防止铰链转动超过设计位置。
卫星开始帆板展开后，帆板压紧装置解除压紧限制，二次展开铰链开始展开。由于锁钩3钩在锁销11的柱段(卡接接口15，卡接接口15为沟槽结构、平台限制转动结构、通孔限位结构中的一种或几种)，帆板内板7和外板6的展开受到限制，无法相对转动，两者做个整体一起绕二次展开铰链的轴线旋转，避免了帆板内板7与卫星本体5的碰撞。
二次展开铰链带动帆板内板7、帆板外板6一起展开。锁销11头部设计锥段，压簧12对锁销11提供压力，二次展开铰链展开过程中，锁销11在母铰1槽道17内运动。二次展开铰链转动到位后锁销11锥段在压簧12驱使下插入母铰1的销孔18，完成第一次展开，即帆板外板6的锁定，整体形式如图5所示。
图3是二次展开铰链机构转轴8处的剖面示意图。转轴8与母铰1一侧内孔间隙配合，另一侧中间设计T型衬套22。转轴8尾部螺纹通过双螺母25压紧防松。转轴8与公铰2两侧内孔中间设计T型衬套22。扭簧内设计衬套22以限制扭簧，防止偏移。
图4是二次展开铰链机构中锁销11的设计形式。二次展开柱段设计直径
Figure BDA0002821200800000081
优选
Figure BDA0002821200800000082
衬套22、母铰1销孔18、锁销11表面溅射二硫化钼涂层，以减少运动中的摩擦阻力，并防止发生真空冷焊。
图5是二次展开铰链展开到位，帆板完成第一次展开的示意图。此时帆板内板7与帆板外板6之间角度没有变化，二次展开铰链展开了90°。
图6显示了帆板完成第一次展开时二次展开铰链的细节。铰链锁钩3已经插入母铰1的销孔18，锁销11与锁钩3不再接触，帆板内板7与帆板内板7之间的转动限制解除。在板间铰链4的扭力驱动下，帆板内板7开始展开。
图7显示了帆板完全展开的情形。帆板完全展开后，帆板外板6与帆板内板7平行，垂直于初始安装面。
综上，上述实施例对卫星帆板展开装置的不同构型进行了详细说明，当然，本发明包括但不局限于上述实施中所列举的构型，任何在上述实施例提供的构型基础上进行变换的内容，均属于本发明所保护的范围。本领域技术人员可以根据上述实施例的内容举一反三。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (8)

1.一种卫星帆板展开装置，其特征在于，包括：
第一连接件，被配置为与第一展开对象固定连接；
第二连接件，被配置为与第二展开对象固定连接；
第三连接件，被配置为与第三展开对象固定连接；
所述第一连接件与所述第二连接件通过转轴连接，所述第一连接件与所述第二连接件能够以第一方向为轴在阈值角度之间相对转动；
所述第三连接件与所述第二连接件固定连接，直至所述第一连接件与所述第二连接件之间的相对角度为阈值角度，所述第三连接件与第二连接件脱离；
第四连接件，被配置为连接第二展开对象与第三展开对象，并使第二展开对象与第三展开对象以第二方向为轴转动。
2.如权利要求1所述的卫星帆板展开装置，其特征在于，所述第一连接件为母铰，所述第二连接件为公铰，所述第一展开对象为卫星本体，所述第二展开对象为外板；
展开扭簧套设在转轴外表面，展开扭簧提供公铰与母铰相对旋转的驱动扭矩；
公铰与母铰相对旋转时，外板远离卫星本体。
3.如权利要求2所述的卫星帆板展开装置，其特征在于，两个公铰侧板上分别具有一个位置相对的安装孔；
所述卫星帆板展开装置还包括通过插入两个安装孔贯穿公铰的锁销，锁销外套有压簧，压簧向锁销提供轴向的压紧力，以使锁销沿轴向向第一端部窜动；
调节螺母调节压簧向锁销提供的压紧力。
4.如权利要求3所述的卫星帆板展开装置，其特征在于，所述第三连接件为锁钩，所述第三展开对象为内板；
所述锁钩包括固定杆和位于固定杆顶端的钩状结构，固定杆通过螺栓与内板固定连接；
所述锁销的第一端部为锥形，第二端部为柱段，柱段插入钩状结构中，以使所述第二端部限制锁钩的沿径向移动的自由度；
第一母铰侧板的内壁上具有不穿透第一母铰侧板的槽道，所述第一端部在槽道内滑动；
所述槽道的端部具有销孔，当所述第一连接件与所述第二连接件之间的相对角度为阈值角度时，第一端部滑动至槽道的端部，并在压簧提供的压紧力下插入销孔。
5.如权利要求2所述的卫星帆板展开装置，其特征在于，所述卫星帆板展开装置还包括衬套，其中：
所述衬套为圆环柱体，套设在转轴与展开扭簧之间，所述衬套的端部具有环形凸台结构，环形凸台结构限制展开扭簧的轴向移动。
6.如权利要求2所述的卫星帆板展开装置，其特征在于，所述卫星帆板展开装置还包括挡块和微动开关，其中：
所述挡块位于第一公铰侧板上；
微动开关设置在第二母铰侧板的外壁上，包括触头和一弹簧片；
当所述第一连接件与所述第二连接件之间的相对角度为阈值角度时，所述挡块向弹簧片施加压力，使弹簧片接触触头，使弹簧片与触头之间有电流流通，形成位置到达信号。
7.如权利要求1所述的卫星帆板展开装置，其特征在于，所述第四连接件为板间铰链，所述板间铰链包括公铰、母铰和展开扭簧，
所述公铰或母铰中的一个与外板固定连接，另一个与内板固定连接，所述外板和内板由板间铰链驱动相对旋转。
8.如权利要求1所述的卫星帆板展开装置，其特征在于，所述阈值角度为180°。
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