CN112706946A - 一种多层伞式可展开薄膜遮阳屏 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多层伞式可展开薄膜遮阳屏，包括中部固定圆筒、形状记忆伸展杆、端部接头、形状记忆卷曲杆、形状记忆弹簧、薄膜多层、边索和脊索，薄膜多层为形状记忆复合材料，形状记忆伸展杆受到阳光照射达到激发温度后，形状记忆伸展杆开始伸展；遮阳屏展开状态时，薄膜第一层、第二层和第三层倾角逐层增大；此时形状记忆复合材料均已刚化，整个遮阳屏形成一个不低于0.5HZ的高刚度结构；形状记忆伸展杆、端部接头、形状记忆卷曲杆构成了遮阳屏的可展开式骨架。本发明的薄膜张拉力通过弹簧施加，可以有效补偿在轨温度环境变化带来的展开机构尺寸与薄膜尺寸变化。
Description
技术领域
本发明涉及一种多层伞式可展开薄膜遮阳屏，适用于空间大型光学卫星。
背景技术
随着空间探索活动的不断深入开展，未来空间任务对超大超轻空间结构(Gossamer Space Structures)的需求日益增加。因此，在现有发射技术条件下， 传统的刚性遮阳结构已经无法满足要求，而可展开薄膜遮阳屏由于具有大型化、 轻量化、大收纳比等优点而受到极大推广。
ESA设计了全球性天文干涉仪(Global Astronomic Interferometer forAstrophysics，GAIA)遮阳罩，该结构已于2013年12月在轨展开应用。它由 12个H形的碳纤维-铝排架组成，每个排架的底部设计2个简直座，有电机提供 连续机械扭矩，使排架平稳同步地由垂直展至水平，形成直径为10.3m的圆 平面。但这种遮阳结构为单层薄膜结构。
詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)就采用了薄膜遮阳屏。JWST遮阳屏长 达22米，共5层，采用了高分子聚合物薄膜材料。其展开设计原理为两个组合 托架定轴转动展开，并结合两个变直径的套筒杆定向运动，逐步展开遮阳薄膜 多层。但其展开方式为树叶形折叠，展开机构为传统刚性结构，重量较大。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种轻质、大收纳 比大、展开刚度高的多层伞状薄膜遮阳屏，以克服现有薄膜遮阳屏展开机构重 量大、展开后刚度低、折叠收拢体积大的不足。
本发明解决技术的方案是：
一种多层伞式可展开薄膜遮阳屏，包括中部固定圆筒、形状记忆伸展杆、 端部接头、形状记忆卷曲杆、形状记忆弹簧、薄膜多层、边索和脊索，
薄膜多层为形状记忆复合材料，形状记忆伸展杆受到阳光照射达到激发温 度后，形状记忆伸展杆开始伸展；
遮阳屏展开状态时，薄膜第一层、第二层和第三层倾角逐层增大；此时形 状记忆复合材料均已刚化，整个遮阳屏形成一个不低于0.5HZ的高刚度结构；
形状记忆伸展杆、端部接头、形状记忆卷曲杆构成了遮阳屏的可展开式骨 架；
中部固定圆筒与形状记忆伸展杆通过中部固定圆筒的金属接头进行螺栓连 接；
形状记忆伸展杆和端部接头进行胶接；
端部接头和形状记忆卷曲杆进行胶接；
形状记忆卷曲杆和薄膜多层通过形状记忆弹簧进行连接；
边索分布于薄膜多层圆弧边内；
脊索分布于薄膜多层六个棱边内；
薄膜多层边缘固定有刚性圆柱，刚性圆柱卡在中部固定圆筒上，从而实现 了薄膜多层和中部固定圆筒之间的连接。
进一步的，形状记忆伸展杆为4-8根。
进一步的，薄膜多层为3-5层的形状记忆复合材料。
进一步的，薄膜多层为带热控涂层的聚酰亚胺膜。
进一步的，薄膜第一层、第二层和第三层倾角逐层加大，倾角逐层加大 5-30°。
进一步的，薄膜第一层、第二层和第三层倾角依次为5°、10°、15°。
进一步的，遮阳屏收拢状态时，形状记忆卷曲杆卷曲收纳于端部接头上， 薄膜多层和形状记忆伸展杆缠绕于中部固定圆筒上。
进一步的，当受到阳光照射达到激发温度后，遮阳屏可展开，形状记忆伸 展杆达到温度触发点，会伸展变直。
进一步的，形状记忆伸展杆开始伸展，带动薄膜多层展开，直到形状记忆 伸展杆恢复平直状态。
进一步的，形状记忆卷曲杆展开，带动第一层和第三层薄膜展开到位；形 状记忆弹簧加热收缩，将张拉力施加到边索、脊索上，从而将薄膜多层张拉为 伞状。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)本发明通过构型设计实现了3层的薄膜遮阳屏张拉结构，薄膜多层 上分布有边索和脊索，满足了大型遮阳屏结构遮光和隔热的需求；
(2)本发明可展开骨架采用了形状记忆伸展杆，展开机构更轻质，展开后 可以实现更高的展开刚度，满足了大型遮阳屏的轻质、高刚度结构需求；
(3)本发明的薄膜张拉力通过弹簧施加，可以有效补偿在轨温度环境变化 带来的展开机构尺寸与薄膜尺寸变化；
(4)本发明遮阳屏折叠收拢时缠绕于中心圆筒上，随着展开尺寸的增大收 纳比可达到了几十甚至上百，解决了大型遮阳屏结构收纳体积满足运载需求的 难题。
附图说明
图1为本发明遮阳屏结构一侧示意图；
图2为本发明遮阳屏结构另一侧示意图；
图3为本发明端部接头处的细部连接示意图；
图4为本发明遮阳屏收拢状态示意图；
图5为本发明遮阳屏展开状态示意图；
图6为本发明薄膜与中部固定圆筒的细部连接示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步阐述。
一种多层伞式可展开薄膜遮阳屏，包括中部固定圆筒1、形状记忆伸展杆2、 端部接头3、形状记忆卷曲杆4、形状记忆弹簧5、薄膜多层6、边索7和脊索 8，
形状记忆伸展杆2，形状记忆伸展杆2为4-8根，优选6根，受到阳光照 射达到激发温度后，形状记忆伸展杆2开始伸展。
薄膜多层6，为3-5层的形状记忆复合材料，为带热控涂层的聚酰亚胺膜，， 遮阳屏展开状态时，薄膜第一层、第二层和第三层倾角逐层加大，从底层到上 部倾角逐层加大5-30°，优选5°-10°-15°；此时形状记忆复合材料均已刚 化，整个遮阳屏形成一个不低于0.5HZ的高刚度结构；
六根形状记忆伸展杆2、端部接头3、形状记忆卷曲杆4构成了遮阳屏的 可展开式骨架；
中部固定圆筒1与形状记忆伸展杆2通过中部固定圆筒的金属接头进行螺 栓连接；
形状记忆伸展杆2和端部接头3进行胶接；
端部接头3和形状记忆卷曲杆4进行胶接；
形状记忆卷曲杆4和薄膜多层6通过形状记忆弹簧5进行连接；
边索7分布于薄膜多层6圆弧边内；
脊索8分布于薄膜多层六个棱边内；
薄膜多层6边缘固定有刚性圆柱9，刚性圆柱9卡在中部固定圆筒1上， 从而实现了薄膜多层6和中部固定圆筒1之间的连接；
遮阳屏收拢状态时，形状记忆卷曲杆4卷曲收纳于端部接头3上，薄膜多 层6和形状记忆伸展杆2缠绕于中部固定圆筒1上；
当受到阳光照射达到激发温度后，遮阳屏可展开，6根形状记忆伸展杆达 到温度触发点，就会伸展变成直的；
形状记忆伸展杆2开始伸展，带动薄膜多层6展开，直到形状记忆伸展杆 2恢复平直状态；形状记忆卷曲杆4展开，带动第一层和第三层薄膜展开到位； 形状记忆弹簧5加热收缩，将张拉力施加到边索7、脊索8上，从而将薄膜多 层6张拉为伞状。
具体的，如图1、图2和图3所示，本发明一种多层伞式可展开薄膜遮阳 屏，由中部固定圆筒1、形状记忆伸展杆2、端部接头3、形状记忆卷曲杆4、 形状记忆弹簧5、薄膜多层6、边索7、脊索8和螺钉等标准件构成；
中部固定圆筒1与形状记忆伸展杆2通过中部固定筒中的金属接头进行螺 栓连接；形状记忆伸展杆2和端部接头3进行胶接；端部接头3和形状记忆卷 曲杆4进行胶接；形状记忆卷曲杆4和薄膜多层6通过形状记忆弹簧5进行连 接；边索7分布于薄膜多层圆弧边内，脊索8分布于薄膜多层六个棱边内。
如图4所示，为本发明遮阳屏收拢状态示意图，形状记忆卷曲杆4卷曲收 纳于端部接头3上，三层遮阳薄膜和形状记忆伸展杆2缠绕于中部固定圆筒1 上。
遮阳屏展开驱动力通过形状记忆伸展杆2实现，形状记忆伸展杆2收拢时 缠绕折叠在中部固定圆筒1上，当受到阳光照射达到激发温度后，形状记忆伸 展杆2开始伸展，带动薄膜多层展开，直到形状记忆伸展杆2恢复平直状态。 接着，收拢时卷曲折叠状的形状记忆卷曲杆展开，带动第一层和第三层薄膜展 开到位。最后，形状记忆弹簧5加热收缩，将张拉力施加到边索7、脊索8上， 从而将薄膜多层6张拉为伞状。
如图5所示，为本发明遮阳屏展开状态示意图，薄膜为三层结构，薄膜第 一层、第二层和第三层倾角逐层加大。此时形状记忆复合材料均已刚化，整个 遮阳屏形成一个高刚度结构。
如图6所示，为本发明薄膜多层6和中部固定圆筒1之间的细部连接示意 图，薄膜多层6边缘固定有刚性圆柱9，刚性圆柱9卡在中部固定圆筒1上， 从而实现了薄膜多层6和中部固定圆筒1之间的连接。
本发明通过不同倾角的多边形构型设计实现了3～5层的薄膜遮阳屏张拉结 构，薄膜多层上分布有边索和脊索，满足了大型遮阳屏结构遮光和隔热的需求；
本发明展开骨架采用了形状记忆伸展杆，展开机构更轻质，展开过程平稳， 展开后可以实现更高的展开刚度，满足了大型遮阳屏的轻质、高刚度结构需求；
本发明的薄膜张拉力通过拉伸弹簧施加，可以有效补偿在轨温度环境变化 带来的展开机构尺寸与薄膜尺寸变化；
薄膜多层的组成可以是超薄镀铝聚酰亚胺膜，也可以是渗碳聚酰亚胺膜或 其他，也可以是多种薄膜组合。
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 (10)
1.一种多层伞式可展开薄膜遮阳屏，其特征在于，包括中部固定圆筒(1)、形状记忆伸展杆(2)、端部接头(3)、形状记忆卷曲杆(4)、形状记忆弹簧(5)、薄膜多层(6)、边索(7)和脊索(8)，
薄膜多层(6)为形状记忆复合材料，形状记忆伸展杆(2)受到阳光照射达到激发温度后，形状记忆伸展杆(2)开始伸展；
遮阳屏展开状态时，薄膜第一层、第二层和第三层倾角逐层增大；此时形状记忆复合材料均已刚化，整个遮阳屏形成一个不低于0.5HZ的高刚度结构；
形状记忆伸展杆(2)、端部接头(3)、形状记忆卷曲杆(4)构成了遮阳屏的可展开式骨架；
中部固定圆筒(1)与形状记忆伸展杆(2)通过中部固定圆筒的金属接头进行螺栓连接；
形状记忆伸展杆(2)和端部接头(3)进行胶接；
端部接头(3)和形状记忆卷曲杆(4)进行胶接；
形状记忆卷曲杆(4)和薄膜多层(6)通过形状记忆弹簧(5)进行连接；
边索(7)分布于薄膜多层(6)圆弧边内；
脊索(8)分布于薄膜多层六个棱边内；
薄膜多层(6)边缘固定有刚性圆柱(9)，刚性圆柱(9)卡在中部固定圆筒(1)上，从而实现了薄膜多层(6)和中部固定圆筒(1)之间的连接。
2.根据权利要求1所述的一种多层伞式可展开薄膜遮阳屏，其特征在于，形状记忆伸展杆(2)为4-8根。
3.根据权利要求1所述的一种多层伞式可展开薄膜遮阳屏，其特征在于，薄膜多层(6)为3-5层的形状记忆复合材料。
4.根据权利要求1所述的一种多层伞式可展开薄膜遮阳屏，其特征在于，薄膜多层(6)为带热控涂层的聚酰亚胺膜。
5.根据权利要求1所述的一种多层伞式可展开薄膜遮阳屏，其特征在于，薄膜第一层、第二层和第三层倾角逐层加大，倾角逐层加大5-30°。
6.根据权利要求1所述的一种多层伞式可展开薄膜遮阳屏，其特征在于，薄膜第一层、第二层和第三层倾角依次为5°、10°、15°。
7.根据权利要求1所述的一种多层伞式可展开薄膜遮阳屏，其特征在于，遮阳屏收拢状态时，形状记忆卷曲杆(4)卷曲收纳于端部接头(3)上，薄膜多层(6)和形状记忆伸展杆(2)缠绕于中部固定圆筒(1)上。
8.根据权利要求7所述的一种多层伞式可展开薄膜遮阳屏，其特征在于，当受到阳光照射达到激发温度后，遮阳屏可展开，形状记忆伸展杆(2)达到温度触发点，会伸展变直。
9.根据权利要求8所述的一种多层伞式可展开薄膜遮阳屏，其特征在于，形状记忆伸展杆(2)开始伸展，带动薄膜多层(6)展开，直到形状记忆伸展杆(2)恢复平直状态。
10.根据权利要求9所述的一种多层伞式可展开薄膜遮阳屏，其特征在于，形状记忆卷曲杆(4)展开，带动第一层和第三层薄膜展开到位；形状记忆弹簧(5)加热收缩，将张拉力施加到边索(7)、脊索(8)上，从而将薄膜多层(6)张拉为伞状。
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