CN113086248A - 一种具有剪叉式展开机构的柔性太阳翼 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有剪叉式展开机构的柔性太阳翼,包括:剪叉式展开机构和柔性太阳翼;其中,所述剪叉式展开机构和所述柔性太阳翼相连接。本发明具有简单的、轻量化的、展开收拢比大的优点。

Description

一种具有剪叉式展开机构的柔性太阳翼
技术领域
本发明属于航天技术领域,具体的,涉及一种具有剪叉式展开机构的柔性太阳翼。
背景技术
太阳翼是航天器高效的能源获取装置,电池片是太阳翼进行能源转换的核心器件,其数量与太阳翼输出功率成正比。随着航天器功率需求的日益提升,作为能源主要来源的电池片数量需求也越来越大。然而,受现有运载能力和整流罩包络空间的约束,卫星重量和发射状态下的包络在逼近上述约束边界的情况下,只有进一步提高太阳展开收拢体积比和(或)降低太阳翼重量,才能适应航天器不断增加的功率需求。
另外,传统太阳翼展开机构与电池阵(基板)为耦合设计,电池阵(基板)作为展开机构的一部分,太阳翼安装时必须在展开状态下才能完成,增加总装工序和工艺复杂性的同时,额外增加了航天器装配时间,不利于单机产品及卫星的批量化生产。
发明内容
本发明要解决的技术问题是:克服现有技术的不足,提供了一种具有剪叉式展开机构的柔性太阳翼,具有简单的、轻量化的、展开收拢比大的优点。
本发明的技术方案是:一种具有剪叉式展开机构的柔性太阳翼,包括:剪叉式展开机构和柔性太阳翼;其中,所述剪叉式展开机构和所述柔性太阳翼相连接。
上述具有剪叉式展开机构的柔性太阳翼中,所述剪叉式展开机构包括第一杆铰、第二杆铰、第三杆铰、第四杆铰、第五杆铰、第六杆铰、板杆铰A、板杆铰B、板杆铰C、板杆铰D、根铰、第一短连杆、第二短连杆、第三短连杆、第四短连杆、第一长连杆、第二长连杆、第三长连杆、第四长连杆、根铰支架和根铰法兰;其中,所述第一短连杆的一端通过所述板杆铰A与所述第二短连杆的一端相连接;所述第一短连杆的另一端通过所述第一杆铰与所述第一长连杆的一端相连接;所述第二短连杆的另一端通过所述第二杆铰与所述第二长连杆的一端相连接;所述第一长连杆的另一端通过所述第四杆铰与所述第四长连杆的一端相连接;所述第二长连杆的另一端通过所述第三杆铰与所述第三长连杆的一端相连接;所述第三长连杆的另一端通过所述第六杆铰与所述第四短连杆的一端相连接;所述第四长连杆的另一端通过所述第五杆铰与所述第三短连杆的一端相连接;所述第三短连杆的另一端通过所述根铰与所述第四短连杆的另一端相连接;所述根铰支架设置于所述根铰法兰上;所述根铰和所述板杆铰D均设置于所述根铰支架上;所述第一长连杆的中部通过所述板杆铰B与所述第二长连杆的中部相连接;所述第三长连杆的中部通过所述板杆铰C与所述第四长连杆的中部相连接。
上述具有剪叉式展开机构的柔性太阳翼中,所述柔性太阳翼包括第一电池阵、第二电池阵、第三电池阵、第四电池阵、第五电池阵、第一撑杆、第二撑杆、第三撑杆、第四撑杆、第五撑杆、第一补偿杆和第二补偿杆;其中,所述第一电池阵通过所述第一撑杆与所述第二电池阵相连接;所述第二电池阵通过所述第二撑杆与所述第三电池阵相连接;所述第三电池阵通过所述第三撑杆与所述第四电池阵相连接;所述第四电池阵通过所述第四撑杆与所述第五电池阵相连接;所述第一补偿杆的一端与所述第五撑杆的一端相连接,所述第二补偿杆的一端与所述第五撑杆的另一端相连接;所述第一补偿杆的另一端通过所述板杆铰D与所述第二补偿杆的另一端相连接。
上述具有剪叉式展开机构的柔性太阳翼中,所述第二撑杆的中部与所述板杆铰B相连接。
上述具有剪叉式展开机构的柔性太阳翼中,所述第四撑杆的中部与所述板杆铰C相连接。
上述具有剪叉式展开机构的柔性太阳翼中,第一杆铰、第二杆铰、第三杆铰、第四杆铰、第五杆铰和第六杆铰的内部均设置有阻尼迟滞环节。
上述具有剪叉式展开机构的柔性太阳翼中,所述根铰的内部设置有卷簧。
上述具有剪叉式展开机构的柔性太阳翼中,所述第一短连杆、所述第二短连杆、所述第三短连杆和所述第四短连杆的长度均相等。
上述具有剪叉式展开机构的柔性太阳翼中,第一长连杆、第二长连杆、第三长连杆和第四长连杆的长度均相等。
上述具有剪叉式展开机构的柔性太阳翼中,所述第一长连杆的长度为所述第一短连杆的长度的2倍。
本发明与现有技术相比的优点在于:
(1)本发明的柔性太阳翼与展开机构解耦设计,两者之间及两者与星本体之间的安装界面均位于表面,两者在收拢状态下可分别与星本体对接,无需额外设置展开环节,极大简化了太阳翼的安装要求;
(2)本发明由柔性电池片串并联形成的电池阵面,避免了刚性或半刚性基板的应用,压缩了电池阵的收拢包络,降低了电池阵的质量;
(3)本发明的剪叉机构内各杆件折叠收拢,具有较高的收拢比,同时杆件采用碳纤维材料缠绕而成,具有质量轻、刚度高的特点;
(4)本发明剪叉结构展开过程较为平稳;
(5)本发明装配精度要求低,对机构内铰链装配间隙不敏感。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述,各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的,而并不认为是对本发明的限制。在附图中:
图1为本发明实施例提供的剪叉机构构成示意图;
图2为本发明实施例提供的柔性太阳翼收拢状态示意图;
图3为本发明实施例提供的柔性太阳翼展开过程状态示意图;
图4为本发明实施例提供的柔性太阳翼根铰区域局部放大图;
图5为本发明实施例提供的柔性太阳翼展开完成状态示意图;
图6为本发明实施例提供的柔性太阳翼板杆铰区域局部放大图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实例,虽然附图中显示了本公开的示例性实施例,然而应当理解,可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反,提供这些实施例是为了能更透彻地理解理解本公开,并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合参考附图并结合实施例详细介绍本发明。
图1为本发明实施例提供的剪叉机构构成示意图;图2为本发明实施例提供的柔性太阳翼收拢状态示意图;图3为本发明实施例提供的柔性太阳翼展开过程状态示意图;图4为本发明实施例提供的柔性太阳翼根铰区域局部放大图。如图3和图4所示,该具有剪叉式展开机构的柔性太阳翼,包括:剪叉式展开机构和柔性太阳翼;其中,所述剪叉式展开机构和所述柔性太阳翼相连接。
如图1、图2、图3和图4所示,剪叉式展开机构包括第一杆铰110、第二杆铰120、第三杆铰130、第四杆铰140、第五杆铰150、第六杆铰160、板杆铰A2、板杆铰B3、板杆铰C4、板杆铰D5、根铰6、第一短连杆71、第二短连杆72、第三短连杆73、第四短连杆74、第一长连杆81、第二长连杆82、第三长连杆83、第四长连杆84、根铰支架9和根铰法兰10;其中,
所述第一短连杆71的一端通过所述板杆铰A2与所述第二短连杆72的一端相连接;所述第一短连杆71的另一端通过所述第一杆铰110与所述第一长连杆81的一端相连接;所述第二短连杆72的另一端通过所述第二杆铰120与所述第二长连杆82的一端相连接;所述第一长连杆81的另一端通过所述第四杆铰140与所述第四长连杆84的一端相连接;所述第二长连杆82的另一端通过所述第三杆铰130与所述第三长连杆83的一端相连接;所述第三长连杆83的另一端通过所述第六杆铰160与所述第四短连杆74的一端相连接;所述第四长连杆84的另一端通过所述第五杆铰150与所述第三短连杆73的一端相连接;所述第三短连杆73的另一端通过所述根铰6与所述第四短连杆74的另一端相连接;所述根铰支架9设置于所述根铰法兰10上;所述根铰6和所述板杆铰D5均设置于所述根铰支架9上;所述第一长连杆81的中部通过所述板杆铰B3与所述第二长连杆82的中部相连接;所述第三长连杆83的中部通过所述板杆铰C4与所述第四长连杆84的中部相连接。
如图3和图4所示,柔性太阳翼包括第一电池阵121、第二电池阵122、第三电池阵123、第四电池阵124、第五电池阵125、第一撑杆131、第二撑杆132、第三撑杆133、第四撑杆134、第五撑杆135、第一补偿杆111和第二补偿杆112。其中,
所述第一电池阵121通过所述第一撑杆131与所述第二电池阵122相连接;所述第二电池阵122通过所述第二撑杆132与所述第三电池阵123相连接;所述第三电池阵123通过所述第三撑杆133与所述第四电池阵124相连接;所述第四电池阵124通过所述第四撑杆134与所述第五电池阵125相连接;所述第一补偿杆111的一端与所述第五撑杆135的一端相连接,所述第二补偿杆112的一端与所述第五撑杆135的另一端相连接;所述第一补偿杆111的另一端通过所述板杆铰D5与所述第二补偿杆112的另一端相连接。所述第二撑杆132的中部与所述板杆铰B3相连接。所述第四撑杆134的中部与所述板杆铰C4相连接。
第一短连杆71、所述第二短连杆72、所述第三短连杆73和所述第四短连杆74的长度均相等。第一长连杆81、第二长连杆82、第三长连杆83和第四长连杆84的长度均相等。第一长连杆81的长度为所述第一短连杆71的长度的2倍。
杆铰是一种铰接机构,提供被铰接的零件之间一个转动自由度。杆铰用于短连杆和长连杆的连接,实现连杆之间的转动功能。杆铰内部设置阻尼迟滞环节,降低展开过程中的冲击。另外,杆铰提供圆柱孔特征,用于固定板杆铰,建立剪叉式展开机构与柔性太阳翼之间的连接关系。
板杆铰A2、板杆铰B3和板杆铰C4均为铰接机构,根据柔性太阳翼(收拢和展开状态下)与剪叉式展开机构的相对位置关系设计,一端通过杆铰圆柱孔并用紧固件固定,另一端与撑杆连接,为撑杆提供一个旋转自由度。剪叉式展开机构展开过程中,板杆铰带动柔性太阳翼展开,柔性太阳翼以撑杆长边方向为轴线绕板杆铰旋转。
板杆铰D5是一种铰接机构,根据补偿杆与剪叉式展开机构的相对位置关系设计,一端依次通过杆铰1圆柱孔、根铰支架后使用紧固件固定,另一端与补偿杆连接,为补偿杆提供一个旋转自由度。
根铰是一种铰接机构,安装在靠近太阳翼驱动机构位置的2根短连杆之间,提供被铰接的零件之间一个转动自由度。根铰内部设置卷簧,提供短连杆旋转的驱动力。
短连杆和长连杆采用轻质材料制造,连杆两端设置接头用于固定杆铰,长连杆安装在靠近和远离太阳翼驱动机构的位置。长连杆在形心处通过杆铰两两相连,在两端通过杆铰与长连杆相连,长连杆的长度为短连杆的2倍。
根铰支架9是一种金属接头结构,设置有圆孔特征和法兰特征。圆孔特征用于连接根铰6和板杆铰D5,法兰特征通过与根铰法兰10对接后,实现剪叉机构及柔性太阳翼组合体与太阳翼驱动机构的连接。
补偿杆采用轻质材料制造,与撑杆侧边形成等腰三角形。补偿杆用于连接撑杆与根铰。当柔性太阳翼折叠层数m与板杆铰数量n满足2n-3=m时,需要设置补偿杆。
电池阵为贴在柔性基板上的太阳电池阵列,太阳电池片面积与输出功率成正比,根据功率需求设计。
撑杆为用于保持柔性基板的平面形状并为其提供足够的刚度。
太阳翼与卫星对接顺序为:(1)将根铰法兰10安装在太阳翼驱动机构;(2)安装柔性太阳翼;(3)安装剪叉式展开机构;(4)在板杆铰A2、板杆铰B3、板杆铰C4和根铰6处,分别安装锁紧杆,建立柔性太阳翼与展开机构的连接关系;(5)安装根铰支架9,将剪叉式展开机构与柔性太阳翼组合体连接至太阳翼驱动机构;(6)安装压紧释放装置F1、F2和F3。
太阳翼展开时,压紧释放装置F1、F2和F3解除锁定,由根铰6卷簧提供驱动力展开剪叉机构,带动柔性太阳翼逐步展开。
本发明的柔性太阳翼与展开机构解耦设计,两者之间及两者与星本体之间的安装界面均位于表面,两者在收拢状态下可分别与星本体对接,无需额外设置展开环节,极大简化了太阳翼的安装要求;本发明由柔性电池片串并联形成的电池阵面,避免了刚性或半刚性基板的应用,压缩了电池阵的收拢包络,降低了电池阵的质量;本发明的剪叉机构内各杆件折叠收拢,具有较高的收拢比,同时杆件采用碳纤维材料缠绕而成,具有质量轻、刚度高的特点;本发明剪叉结构展开过程较为平稳;本发明装配精度要求低,对机构内铰链装配间隙不敏感。
以上所述的实施例只是本发明较优选的具体实施方式,本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种具有剪叉式展开机构的柔性太阳翼,其特征在于包括:剪叉式展开机构和柔性太阳翼;其中,所述剪叉式展开机构和所述柔性太阳翼相连接。
2.根据权利要求1所述的具有剪叉式展开机构的柔性太阳翼,其特征在于:所述剪叉式展开机构包括第一杆铰(110)、第二杆铰(120)、第三杆铰(130)、第四杆铰(140)、第五杆铰(150)、第六杆铰(160)、板杆铰A(2)、板杆铰B(3)、板杆铰C(4)、板杆铰D(5)、根铰(6)、第一短连杆(71)、第二短连杆(72)、第三短连杆(73)、第四短连杆(74)、第一长连杆(81)、第二长连杆(82)、第三长连杆(83)、第四长连杆(84)、根铰支架(9)和根铰法兰(10);其中,
所述第一短连杆(71)的一端通过所述板杆铰A(2)与所述第二短连杆(72)的一端相连接;
所述第一短连杆(71)的另一端通过所述第一杆铰(110)与所述第一长连杆(81)的一端相连接;
所述第二短连杆(72)的另一端通过所述第二杆铰(120)与所述第二长连杆(82)的一端相连接;
所述第一长连杆(81)的另一端通过所述第四杆铰(140)与所述第四长连杆(84)的一端相连接;
所述第二长连杆(82)的另一端通过所述第三杆铰(130)与所述第三长连杆(83)的一端相连接;
所述第三长连杆(83)的另一端通过所述第六杆铰(160)与所述第四短连杆(74)的一端相连接;
所述第四长连杆(84)的另一端通过所述第五杆铰(150)与所述第三短连杆(73)的一端相连接;
所述第三短连杆(73)的另一端通过所述根铰(6)与所述第四短连杆(74)的另一端相连接;
所述根铰支架(9)设置于所述根铰法兰(10)上;
所述根铰(6)和所述板杆铰D(5)均设置于所述根铰支架(9)上;
所述第一长连杆(81)的中部通过所述板杆铰B(3)与所述第二长连杆(82)的中部相连接;
所述第三长连杆(83)的中部通过所述板杆铰C(4)与所述第四长连杆(84)的中部相连接。
3.根据权利要求2所述的具有剪叉式展开机构的柔性太阳翼,其特征在于:所述柔性太阳翼包括第一电池阵(121)、第二电池阵(122)、第三电池阵(123)、第四电池阵(124)、第五电池阵(125)、第一撑杆(131)、第二撑杆(132)、第三撑杆(133)、第四撑杆(134)、第五撑杆(135)、第一补偿杆(111)和第二补偿杆(112);其中,
所述第一电池阵(121)通过所述第一撑杆(131)与所述第二电池阵(122)相连接;
所述第二电池阵(122)通过所述第二撑杆(132)与所述第三电池阵(123)相连接;
所述第三电池阵(123)通过所述第三撑杆(133)与所述第四电池阵(124)相连接;
所述第四电池阵(124)通过所述第四撑杆(134)与所述第五电池阵(125)相连接;
所述第一补偿杆(111)的一端与所述第五撑杆(135)的一端相连接,所述第二补偿杆(112)的一端与所述第五撑杆(135)的另一端相连接;
所述第一补偿杆(111)的另一端通过所述板杆铰D(5)与所述第二补偿杆(112)的另一端相连接。
4.根据权利要求3所述的具有剪叉式展开机构的柔性太阳翼,其特征在于:所述第二撑杆(132)的中部与所述板杆铰B(3)相连接。
5.根据权利要求3所述的具有剪叉式展开机构的柔性太阳翼,其特征在于:所述第四撑杆(134)的中部与所述板杆铰C(4)相连接。
6.根据权利要求2所述的具有剪叉式展开机构的柔性太阳翼,其特征在于:第一杆铰(110)、第二杆铰(120)、第三杆铰(130)、第四杆铰(140)、第五杆铰(150)和第六杆铰(160)的内部均设置有阻尼迟滞环节。
7.根据权利要求3所述的具有剪叉式展开机构的柔性太阳翼,其特征在于:所述根铰(6)的内部设置有卷簧。
8.根据权利要求3所述的具有剪叉式展开机构的柔性太阳翼,其特征在于:所述第一短连杆(71)、所述第二短连杆(72)、所述第三短连杆(73)和所述第四短连杆(74)的长度均相等。
9.根据权利要求8所述的具有剪叉式展开机构的柔性太阳翼,其特征在于:第一长连杆(81)、第二长连杆(82)、第三长连杆(83)和第四长连杆(84)的长度均相等。
10.根据权利要求9所述的具有剪叉式展开机构的柔性太阳翼,其特征在于:所述第一长连杆(81)的长度为所述第一短连杆(71)的长度的2倍。
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