CN113401367B - 一种微纳卫星太阳帆推进系统展开装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于微纳卫星领域，具体涉及一种微纳卫星太阳帆推进系统展开装置。包括支撑保护机构，储帆机构，展开机构，压紧机构和限位锁止机构；支撑保护机构用以对展开装置的零件进行支撑和保护，包括帆板；薄膜帆储存在储帆机构中，展开机构将薄膜帆展开；压紧机构用于防止展开机构的桅杆胀开；限位锁止机构包括锁止块和锁止块限位机构，在初始状态时，锁止块限位机构顶住锁止块，使得锁止块与展开机构的桅杆轴的底盘连接，固定桅杆轴；当展开状态时，锁止块限位机构解除锁止块与桅杆轴的连接，并解除对帆板的限制，帆板和薄膜帆展开。本发明具有体积小，质量轻，传动效率及可靠性高，可控性好，功能密度高等优点。

Description

一种微纳卫星太阳帆推进系统展开装置

技术领域

本发明属于微纳卫星领域，具体涉及一种微纳卫星太阳帆推进系统展开装置。

背景技术

现有航天器推进技术主要包括电推进、化学推进以及冷气推进等，但是上述推进方式存在研制周期长、成本高、推进剂不易储存且储量有限等问题，难以为航天器能够提供长时间、不间断推力，满足其较高速度增量、远距离航行的需求。太阳帆是一种利用太阳光压力进行太空航行的航天器推进系统，在没有阻力的宇宙空间中，太阳光子会连续撞击太阳帆，在太阳帆表面产生压力，为航天器源源不断的提供动力。相较于现有推进方式中推进剂使用过程中存在的诸多问题，太阳帆动力来源于太阳光子，遍布宇宙空间且连续不断，在太空中的运行寿命不受推进方式限制，这正是太阳帆的优势所在。正因如此，太阳帆在星际探测、取样返回、太阳极点观测等各种任务中有很大优势，正在成为航天器推进系统中的一个利器。

目前针对太阳帆推进系统展开机构的设计，发明专利CN111591471A提出了一种应用于航天器寿命末期离轨的制动帆离轨装置，同时该设计方案也可应用于太阳帆推进系统展开装置。该设计方案采用电机作为装置内部动力源，储帆机构为立方体开放式、一体化厚壁结构，展开机构采用大小齿轮啮合传输动力，锁止机构采用弹簧牵引的可分式多边形锁止块固定。但是该结构方案存在一些问题：采用该储帆机构会将大部分帆面暴露在外部环境中，由于薄膜帆材料轻薄容易破裂，此设计方案容易造成帆面破坏和内部零件损坏等问题，影响装置的结构稳定性；展开机构采用大小齿轮啮合传动，传动效率较低，同时容易出现齿面破损，齿间传动卡死等问题，齿轮及配合使用的轴承也会导致装置质量过重，影响展开机构的轻便性和航行速度、距离等性能；锁止机构设计为弹簧牵拉式的简易结构，装置解锁过程中存在锁止机构运动自由度过大的问题，容易对装置内工作部件产生碰撞和运动干涉，各部件的运动位置并不能够准确定位，装置可控性和可靠性较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用于微纳卫星的太阳帆推进系统展开装置。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种微纳卫星太阳帆推进系统展开装置，包括支撑保护机构，储帆机构，展开机构，压紧机构和限位锁止机构；

所述支撑保护机构用以对展开装置的零件进行支撑和保护，包括可以展开的帆板；薄膜帆折叠卷绕储存在储帆机构中，薄膜帆与展开机构连接，通过展开机构将薄膜帆展开；所述压紧机构用于防止展开机构的桅杆胀开；

所述限位锁止机构包括锁止块和锁止块限位机构，在初始状态时，锁止块限位机构顶住锁止块，使得锁止块与展开机构的桅杆轴的底盘连接，从而固定桅杆轴；当展开状态时，锁止块限位机构接触锁止块与桅杆轴的连接，并解除对帆板的限制，帆板展开，薄膜帆展开。

进一步的，所述摆臂包括圆柱结构和位于圆柱结构两侧的长臂和短臂，摆臂通过圆柱结构上的通孔与底层盖板转动连接，其中短臂的上表面和圆柱结构的上表面位于同一水平面，短臂的下表面位于圆柱结构下表面的上部，长臂的下表面与圆柱结构的下表面位于同一水平面，长臂的上表面低于圆柱结构的上表面。

进一步的，所述支撑保护机构包括辅助展开机构；

展开机构还包括下层盖板，下层盖板中部设有与锁止块匹配的方形通孔；

所述锁止块限位机构还包括底层盖板，摆臂，弹簧，线，锁止销和收束板；

底层盖板中部设有方形环状凸台，两摆臂相对的侧端面与凸台外端面靠齐、对称安装；

锁止块为正方形板，板的中部设有凹槽，凹槽上设有销柱，销柱上套有弹簧，锁止块两侧上设有用于与桅杆轴的底盘连接的销柱；

底层盖板上设有用于固定弹簧一端的弹簧固定销钉，弹簧的另一端与摆臂的长臂上的一处连接，摆臂长臂远离短臂的一侧上设有整周方形凹槽，摆臂上整周方形凹槽外侧设有半圆形凹槽，两摆臂通过缠绕在整周方形凹槽处的线实现拉紧，两摆臂分别通过一端与半圆形凹槽连接的线实现与两侧的锁止销连接；所述收束板由两个呈直角的板组成，长板上设有通孔，锁止销大端向外，另一端依次穿过收束板和帆板上的通孔后与线连接，实现对帆板的收束，且锁止销主体的直径小于收束板和帆板上的孔径；

初始状态时，两摆臂长臂部分上表面与锁止块下底面贴合并向上顶起锁止块；长臂大部分处于锁止块相对两角下方，同时摆臂长臂最外端与锁止块正方形板状结构相邻边直线外轮廓相交，实现对展开机构的锁止。

进一步的，还包括烧线机构，烧线机构将线烧断，解锁摆臂，在弹簧牵引下长臂向外旋转，待短臂端与锁止块外轮廓平行时圆柱结构外轮廓不与锁止块轮廓边缘相交，锁止块便在套设在销柱上的弹簧的弹力作用下与桅杆轴分离解除对展开机构的固定并自动下落，解除锁止；随着摆臂的旋转其短臂将转至锁止块的中央凹槽处，短臂端圆形盘状结构在转到中间位置时其外轮廓不会与凹槽边缘相撞同时其圆形盘状结构的外轮廓在摆臂转至中间范围时外轮廓线位于锁止块外轮廓线内部，并通过短臂下表面将锁止块固定在底层盖板中央的方形凸台上，同时与帆板相连的线松弛将帆板解锁。

进一步的，所述展开机构还包括桅杆层盖板，中心连接件，桅杆轴顶，限位环，圆弧形桅杆，下层盖板和压紧件；

所述桅杆层盖板为四周向内凹的多边形板状结构，底面四角处开有圆柱状凸台并在凸台中心处开有圆形凹槽，桅杆层盖板中央处由内到外设有圆形通孔，第一定位环和第二定位环，桅杆轴顶上方小轴上套有轴承并安装在通孔中，第一定位环和轴承对桅杆轴顶进行定位，桅杆轴顶上方端部开有螺纹孔；

中心连接件为圆柱状中空结构，上方与桅杆轴顶固联，中心连接件外部尺寸大于第一定位环以保证展开机构各部件稳定连接；

桅杆轴上端为圆柱状结构，下部为内凹曲面结构，底部为底盘并在其上方对称位置开有圆形通孔，上端圆柱状结构周向对称开有上下两组螺纹孔；

桅杆轴顶下方为圆环状凸台，内侧尺寸与桅杆轴上方的圆柱结构大小相同，圆环状凸台周向对称开有两个螺纹孔并与桅杆轴上方侧向螺纹孔连接固定，桅杆轴顶中间为圆盘状结构对卷绕状态的圆弧形桅杆进行限位；

圆弧形桅杆一端开有通孔并与桅杆轴中间部分固联，整体卷绕在桅杆轴上；

所述限位环通过对桅杆轴的底盘进行限位，实现对桅杆轴的限位。

进一步的，所述下层盖板上还设有位于方形通孔外的圆环状第一凸台，桅杆轴底盘位于第一凸台内，下层盖板周向均布多边形第二凸台并在上方安装放置压紧件用于对压紧件和圆弧形桅杆进行支撑，下层盖板四角处开有限位孔和圆形凹槽，限位孔内安装位于压紧件中部伸出的螺杆下端对压紧件进行限位，所述圆形凹槽中安装小定位环，并在小定位环内部安装压紧件的压紧摆杆底面的凸起短轴，小定位环上表面顶起压紧件并对其进行支撑；

限位环为双层圆环状结构，其中下层圆环内侧直径大于上层圆环内侧直径，同时小于上层圆环外侧直径，下层圆环外侧直径最大，下层盖板通过螺钉与下层圆环固定，下层盖板第一凸台外侧与下层圆环内侧尺寸相同、配合定位，限位环上层圆环底面与桅杆轴底盘上表面接触并对其进行限位。

进一步的，所述压紧件还包括压紧摆杆，压紧轮，轴套，支撑轮，第二扭转弹簧和大小定位环；

压紧摆杆为呈钝角的两长短臂组成的一体化立式板状结构，上顶面和下底面均为平面，两面中间区域、短臂部分和长臂的靠内端部分除上下的薄板结构外断开，在两臂转折处的上顶面开有薄壁环形凸台，下底面开有圆形凸台并与所述薄壁环状凸台同心，下底面凸台内部开有从上顶面至下底面贯穿的圆形通孔，长短臂端部开有上下贯穿螺纹孔同时在长臂靠转折处的上下表面之间开有螺纹孔并在内部安装螺杆，其两端长短两压紧臂上安装螺杆和尺寸较两臂外端尺寸大的压紧轮，上表面的薄壁环形凸台外侧套有大定位环同时整体安装在桅杆层盖板底面四角处圆形凹槽内部，压紧摆杆顶面环形凸台中心通孔内部安装螺钉并通过下层盖板四角处的螺纹孔连接固定使其绕螺钉定轴转动；螺钉中间段上套有轴套，轴套为两端粗、中间细的圆柱状哑铃形结构，支撑轮侧面开有纵向缺口便于将其套在轴套中间部分外侧面上；第二扭转弹簧一端插入下层盖板四角处的小圆孔中，一端抵住压紧摆杆长臂板状结构外侧面上，压紧摆杆靠近长短臂转折处的螺杆下端伸出并安装在下层盖板四角处的限位孔中。

进一步的，所述支撑保护机构还包括支撑轴，顶板和支撑连接件；

所述支撑轴为圆筒状结构，支撑轴下方为盘状结构，支撑连接件主体为圆盘状结构，支撑连接件下方开有圆形定位环，支撑连接件与支撑轴上方固定，同时支撑轴安装在顶板中央处圆形通孔内部；

顶板中央开有圆形通孔和圆形定位槽，圆形定位槽尺寸大于通孔尺寸并在环形区域的周向开有螺纹孔，与支撑连接件四周螺纹孔通过螺钉连接固定，支撑连接件上盘状结构与圆形定位槽尺寸相同以进行定位配合，支撑连接件下方盘状结构内侧尺寸与支撑轴上方外部尺寸相同并相互配合；

支撑轴底盘状结构上对称开有四个沉头孔并通过螺钉与桅杆层盖板中央的螺纹孔连接固定，支撑轴内侧面与桅杆层盖板中央的第二定位环外侧面相配合定位。

进一步的，储帆机构包括帆轴；帆轴套在支撑轴外表面，可绕其共有轴线定轴转动，帆轴下方四周均布通孔，薄膜帆由四片等腰直角三角形帆面组成，各片三角形帆面顶角与帆轴下方通孔固联，相邻三角形帆面的同侧底角两两连接并分别与下方对应的圆弧形桅杆外端相接，组成的正方形帆面折叠后卷绕在帆轴上。

进一步的，辅助展开机构包括第一扭转弹簧，弹性桅杆，外伸支撑板和套板；

所述顶板四周均布方形及圆弧形突起结构，顶板的四个边通过突起结构设有刚性轴，帆板为长方形板状结构，上边缘处开有条状圆形凸台并在其中心开有通孔，刚性轴穿过帆板上的通孔，实现帆板绕刚性轴转动；

刚性轴中间位置上套有第一扭转弹簧，一端抵住顶板底面，一端抵住帆板内侧面以对帆板作用向外张力；

弹性桅杆为条状，一端开有圆孔并通过螺钉两两互相垂直固定于顶板上，外端向内弯折并安装在帆板内侧，通过其变形时产生弹力对帆板作用外张力；

外伸支撑板及套板主体呈长方形板状结构，内部均开有减重孔，套板包括两侧的翼板和中间板，套板的翼板和顶板固定连接，外伸支撑板放置在套板的中间板与顶板的空隙中，外伸支撑板的厚度小于空隙的高度，外伸支撑板底面内侧边缘设有与套板中间板的侧面相对的突起，凸起和套板(16)中间板的侧面涂有磁性材料，两部分相互吸引。

本发明与现有技术相比，其显著优点在于：

(1)本发明在结构上多处采用减重设计，装置整体体积小、质量轻、功能密度高，能够在航行中保持较高速度增量，适用于微纳卫星航天器推进系统。

(2)本发明中设计帆板将内部原部件与外界环境隔离，防止安装、运输过程中外界干扰对装置功能产生影响，同时可设计动力源驱动帆板展开，提高装置的可靠性。

(3)本发明设计锁止块和桅杆轴相配合安装对展开机构进行固定，初始状态时两摆臂的相对侧面与底层盖板中央的方形凸台外侧面紧密贴合，并通过细线将两摆臂绑紧固定，所述两摆臂长臂部分上顶面与锁止块下底面紧密贴合并向上顶起锁止块；初始状态时摆臂中长臂大部分均处于锁止块相对两角下方，同时摆臂长臂最外端与锁止块正方形板状结构相邻边直线外轮廓相交；短臂为靠转轴处为长条状、外侧圆形的板状结构，通过烧线机构将两摆臂解锁后长臂端将开始向外旋转，待短臂端与锁止块外轮廓平行时所述圆形板状结构外轮廓不与锁止块轮廓边缘相交，能够保证其可靠下落；随着摆臂继续旋转，所述短臂端转至锁止块中间区域，短臂端外边缘轮廓位于锁止块内部，摆臂短臂端下表面与下落至底层盖板中央方形凸台上的锁止块中间凹槽上表面紧密贴合，能够保证将锁止块可靠固定在下层盖板中央的方形凸台上。

(4)本发明设计将动力直接输入展开机构控制桅杆展开，省去动力传输机构，简化结构设计和减轻装置质量，提高了传动效率和装置整体的可靠性。

(5)本发明设计顶板连接件和中心连接件，通过结构设计对支撑保护机构、储帆机构、展开机构进行刚性连接，防止由于振动或外界环境影响导致装置机构解体破坏，提高装置整体可靠性。

附图说明

图1为本发明太阳帆推进系统展开装置三维结构示意图。

图2为本发明的支撑轴和帆轴装配示意图。

图3为本发明支撑保护机构的顶板装配上表面示意图。

图4为本发明中相邻两帆板之间的位置及装配示意图。

图5为本发明中支撑连接件结构示意图。

图6为本发明的支撑保护机构的顶板装配下表面示意图。

图7为本发明中桅杆层盖板和桅杆轴顶装配示意图。

图8为本发明中桅杆轴未安装桅杆时的整体装配示意图。

图9为本发明中心连接件结构示意图。

图10为本发明中展开机构装配后示意图。

图11为本发明中压紧机构部分装配后示意图。

图12为本发明中下层盖板和压紧机构装配及位置关系示意图。

图13为本发明中轴套的结构示意图。

图14为本发明中摆臂的结构示意图。

图15为本发明中限位锁止机构的装配示意图。

图16为本发明中锁止块结构示意图。

附图标记说明：

1-支撑保护机构，2-储帆机构，3-展开机构，4-压紧机构，5-限位锁止机构，6-帆板，7-支撑轴，8-帆轴，9-刚性轴，10-第二螺纹孔，11-弹性桅杆，12-第一螺纹孔，13-第一扭转弹簧，14-顶板，15-支撑连接件，16-套板，17-外伸支撑板，18-桅杆层盖板，19-第二定位环，20-第一定位环，21-锁止销，22-收束板，23-桅杆轴顶，24-桅杆轴，25-限位环，26-中心连接件，27-第二扭转弹簧，28-大定位环，29-圆弧形桅杆，30-压紧摆杆，31-压紧轮，32-压紧件，33-轴套，34-支撑轮，35-下层盖板，36-限位孔，37-第二凸台，38-第一凸台，39-摆臂，40-整周方形凹槽，41-半圆形凹槽，42-方形凹槽，43-底层盖板，44-锁止块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

如图1-16所示，一种应用于微纳卫星的太阳帆推进系统展开装置，自上而下由支撑保护机构1、储帆机构2、展开机构3、压紧机构4和限位锁止机构5组成，所述支撑保护机构1用于对装置内各机构零件之间进行连接支撑同时保护内部结构防止因振动等外界干扰造成破坏；所述储帆机构2内部安装帆轴8并放置折叠卷绕状态的薄膜帆，薄膜帆与下方展开机构3相连并可在其牵引下将帆面展开；所述展开机构3由圆弧形桅杆29、桅杆轴24以及桅杆层盖板18组成，圆弧形桅杆29固联卷绕在桅杆轴24上且外端与上方方形薄膜帆四角相连，随桅杆29外端向外伸出将帆面展开；压紧机构4周向均布于卷绕状态的桅杆29外侧并对其作用径向压紧力，防止桅杆胀开，同时压紧机构4上的限位结构可防止其从装置中脱出；所述太阳帆展开装置布置多处限位锁止机构5，用于对展开机构3和帆板6进行限位和锁止。

如图2所示，储帆机构2整体为立方体中空结构，其中帆轴8套在支撑轴7外表面，可绕其共有轴线定轴转动，支撑轴7下方为圆形盘状结构并对称开有四个沉头孔，帆轴8下方四周均布通孔，所述薄膜帆由四片等腰直角三角形帆面组成，各片三角形帆面顶角与帆轴8下方通孔固联，相邻三角形帆面的同侧底角两两连接并于分别与下方对应的圆弧形桅杆29外端相接，组成的正方形帆面折叠后卷绕在帆轴8上。

如图2-6所示，支撑保护机构1由支撑轴7、顶板14、支撑连接件15，帆板6和辅助展开机构组成，支撑轴7为圆筒状结构，顶部圆形面中心开有螺纹孔，支撑连接件15主体为圆盘状结构，四周和中心位置处开有螺纹孔，并在其下方开有圆形定位环，所述支撑连接件15通过其中心处螺纹孔与支撑轴7上方固定，同时支撑轴7安装在所述顶板14中央处圆形通孔内部。

所述顶板14中央开有圆形通孔和圆形定位槽，圆形定位槽尺寸大于通孔尺寸并在环形区域的周向开有螺纹孔，与支撑连接件15四周螺纹孔通过螺钉连接固定，所述支撑连接件15上盘状结构与所述圆形定位槽尺寸相同以进行定位配合，支撑连接件15下方盘状结构内侧尺寸与所述支撑轴7上方外部尺寸相同并相互配合；所述顶板14四周均布方形及圆弧形突起结构，上开有圆形盲孔和通孔，内部安装刚性轴9，所述帆板6为长方形板状结构，上边缘处开有条状圆形凸台并在其中心开有通孔，通孔尺寸与刚性轴9相同，所述帆板6通过刚性轴9和圆形凸台固定于所述太阳帆展开装置侧向并可绕刚性轴9转动。

所述辅助展开机构由第一扭转弹簧13、弹性桅杆11、外伸支撑板17和套板16组成，所述顶板14四周均布的两刚性轴9中间位置上套有第一扭转弹簧13，一端抵住顶板14底面，一端抵住帆板6内侧面以对帆板6作用向外张力；顶板14两对角线上均布四个第一螺纹孔12以及方形凹槽，弹性桅杆11为条状，一端开有圆孔并通过螺钉两两互相垂直固定于顶板14上，外端向内弯折并安装在帆板6内侧，通过其变形时产生弹力对帆板6作用外张力；所述外伸支撑板17及套板16为长方形板状结构，内部均开有减重孔，套板两侧翼板上开有螺纹孔，所述顶板14沿各边方向相同位置处开有大小相同的第二螺纹孔10并通过螺钉与套板16连接固定，套板16中间段向下弯折并与顶板14之间留有空隙，外伸支撑板17安装在空隙中且为过渡配合，所述外伸支撑板17底面内侧边缘突起部分和套板16内侧端面涂有磁性材料，两部分相互吸引。

顶板14四角处开有正方形浅凹槽并在凹槽直角处开有螺纹孔，两弹性桅杆11宽度与凹槽侧面至凸台同侧边距离相等，同一凹槽处两弹性桅杆11垂直放置并在端部与顶板14连接，外端从顶板外缘伸出并通过帆板6上边缘圆形凸台内侧面与顶板14之间的间隙向下弯折，使其下端抵住帆板6内侧面；顶板14一边两刚性轴9中间部分断开便于安装并在其上套有第一扭转弹簧13，第一扭转弹簧13两端分别抵住顶板14上表面和帆板6内侧面，弹性桅杆和第一扭转弹簧对帆板6作用外张力。

所述帆板6外侧面大面积区域和右下角开有方形凹槽，右下角凹槽内开有通孔，所述收束板22为直角薄折板，长边外端开有通孔并与帆板6下方通孔大小相同，所述锁止销21头部半径大于通孔直径，圆柱销体尺寸小于通孔尺寸并通过所述两通孔朝内安装对帆板6进行限位。方形凹槽下边缘与帆板6下边缘留有一定距离以防止收束板22脱离相邻帆板，在帆板6表面大面积开有方形凹槽可减轻质量。

所述展开机构3由桅杆层盖板18、中心连接件26、桅杆轴顶23、桅杆轴24、限位环25、圆弧形桅杆29和下层盖板35组成，所述桅杆层盖板18为四周向内凹的多边形板状结构，底面四角处开有圆柱状凸台并在凸台中心处开有圆形凹槽，桅杆层盖板18中央处由小到大开有第一、第二定位环以及圆形通孔，所述桅杆轴顶23上方小轴上套有轴承并安装在通孔中，所述第一定位环20和轴承对桅杆轴顶23进行定位，所述桅杆轴顶23上方端部开有螺纹孔，中心连接件26为圆柱状中空结构，上方开有沉头孔并通过螺钉与桅杆轴顶23固联，中心连接件26外部尺寸大于第一定位环20以保证展开机构各部件稳定连接；所述桅杆轴顶23下方为圆环状凸台，内侧尺寸与桅杆轴24上方的圆柱结构大小相同，所述圆环状凸台周向对称开有两个螺纹孔并与所述桅杆轴24上方侧向螺纹孔连接固定，桅杆轴顶23中间为圆盘状结构对卷绕状态的圆弧形桅杆29进行限位。

所述桅杆轴24上端为圆柱状结构，下部为内凹曲面结构，底部为圆形盘状结构并在其上方对称位置开有圆形通孔，所述上端圆柱状结构周向对称开有上下两组螺纹孔，所述圆弧形桅杆29一端开有通孔并与桅杆轴24中间部分螺纹孔通过螺钉固联，整体卷绕在桅杆轴24上。

所述桅杆层盖板18中央处对称开有四个螺纹孔，所述支撑轴7底部的盘状结构上对称开有四个沉头孔并通过螺钉与桅杆层盖板18中央的螺纹孔连接固定，支撑轴7内侧面与桅杆层盖板18中央的第二定位环19外侧面相配合定位。

所述压紧机构由压紧摆杆30、压紧轮31、轴套33、支撑轮34、第二扭转弹簧27和大小定位环组成，压紧摆杆30为呈钝角的两长短臂组成的一体化立式板状结构，上顶面和下底面均为平面，两面中间区域、短臂部分和长臂的靠内端部分除上下的薄板结构外断开，在两臂转折处的上顶面开有薄壁环形凸台，下底面开有圆形凸台并与所述薄壁环状凸台同心，下底面凸台内部开有从上顶面至下底面贯穿的圆形通孔，长短臂端部开有上下贯穿螺纹孔同时在长臂靠转折处的上下表面之间开有螺纹孔并在内部安装螺杆，其两端长短两压紧臂上安装螺杆和尺寸较两臂外端尺寸大的压紧轮31，所述上表面的薄壁环形凸台外侧套有大定位环28同时整体安装在所述桅杆层盖板18底面四角处圆形凹槽内部，所述压紧摆杆30顶面环形凸台中心通孔内部安装螺钉并通过下层盖板35四角处的螺纹孔连接固定使其绕螺钉定轴转动；所述螺钉中间段上套有轴套33，所述轴套33为两端粗、中间细的圆柱状哑铃形结构，支撑轮34侧面开有纵向缺口便于将其套在轴套中间部分外侧面上；所述第二扭转弹簧27一端插入下层盖板35四角处的小圆孔中，一端抵住压紧摆杆30长臂板状结构外侧面上，所述压紧摆杆30靠近长短臂转折处的螺杆下端伸出并安装在下层盖板35四角处的限位孔36中。

所述下层盖板35中央开有方形通孔和圆环状第一凸台38，所述桅杆轴24下方盘状结构与第一凸台38内部尺寸相同、相互配合，下层盖板35周向均布多边形第二凸台37并在上方安装放置压紧件32长臂端底面，用于对压紧件32和圆弧形桅杆29进行支撑，下层盖板35四角处开有限位孔36和圆形凹槽，同时圆形凹槽内部开有螺纹孔并安装螺钉，限位孔36内安装位于压紧件32中部伸出的螺杆下端对压紧件32进行限位，所述圆形凹槽中安装小定位环，并在小定位环内部安装所述压紧摆杆30底面的凸起短轴，小定位环上表面顶起压紧件32并对其进行支撑。

所述限位环25为双层圆环状结构，其中下层圆环内侧直径大于上层圆环内侧直径，同时小于上层圆环外侧直径，下层圆环外侧直径最大，下层圆环结构上下面之间周向开有螺纹孔，所述下层盖板35中部对称开有四个螺纹孔并通过螺钉与限位环25固定，下层盖板第一凸台38外侧与限位环25下层圆环内侧尺寸相同、配合定位，限位环25上层圆环底面与桅杆轴24盘状结构上表面紧密接触并对其进行限位。

所述限位锁紧机构5由摆臂39、锁止块44、底层盖板43和锁止销21组成，所述摆臂39中间为圆柱结构，中心处开有通孔，所述底层盖板43中央相对开有两个螺纹孔，内部安装螺钉和摆臂39使其绕圆柱结构轴线转动，摆臂39两端分别为长、短臂，其中长臂外端内侧开有半圆形凹槽41和整周方形凹槽40，内端内侧开有方形凹槽42，锁止销21圆柱销体结构中间位置开有环形凹槽，所述摆臂39的半圆形凹槽41内侧通过细绳与对应位置的锁止销21环形凹槽相连，底层盖板43中央为方形环状凸台，两摆臂39相对的侧端面与凸台外端面靠齐、对称安装，两相对的摆臂39上整周方形凹槽40之间通过细绳绑紧，细绳安装在烧线机构中并可将细绳烧断，所述摆臂39中部内侧方形凹槽42内部安装弹簧并与安装于底层盖板43四边上的螺钉相连。

所述锁止块44为方形板状结构，中间开有方形通槽并在上表面做有多个圆柱销结构，锁止块44安装所述下层盖板中央方形通孔内部形成配合同时紧贴桅杆轴24下表面，两圆柱销安装在圆形通孔内部进行锁止，同时所述摆臂39上表面抵住锁止块44底面，所述锁止块44中间的圆柱销上安装弹簧并处于压缩状态。

本发明的工作原理为：

锁止状态下：四片直角三角形帆面组成正方形薄膜帆，通过顶角与帆轴8相连接并折叠卷绕在帆轴8上，正方形帆面的四个直角处与下方圆弧形桅杆29外端相连，圆弧形桅杆29内端与桅杆轴24刚性连接并卷绕在桅杆轴24上；锁止状态下两相对摆臂39通过细线绑紧并向上抵住锁止块44，并通过锁止块44上的圆柱销结构将桅杆轴24固定，摆臂39上通过弹簧与外侧的螺钉相连以作用向外拉力，摆臂39外端通过细绳与同侧锁止销圆柱状销体上的周向通槽相连，所述两相对摆臂39在细绳的作用下保持静止；外伸支撑板17外端在相互吸引的磁力作用下将其外端抵住帆板6内侧，帆板6下部安装锁止销21并通过细线向内牵引将帆板6限制在关闭状态。

展开状态下：烧线机构将安装在其中的用于绑紧两相对摆臂39的细线烧断，初始时摆臂39在弹簧的作用下向外转动，连接于摆臂外端和锁止销21之间的细线松弛使锁止销21与帆板6分离，随后收束板22脱离装置以解除对四周帆板6的约束，四片帆板6内侧安装弯折的弹性桅杆11和第一扭转弹簧13，解除约束后两者对帆板6作用外张力将帆板张开，外伸支撑板17随帆板6张开同时在相互吸引的磁力作用下向外运动并通过上表面抵住帆板6，以便展开的帆板6保持水平状态，待帆板6完全张开后外伸支撑板17的内侧将紧靠套板16内侧并停止运动；

待摆臂39转动一定角度后，上表面顶起的锁止块44在其中间安装弹簧的弹力作用下向下弹开与底层盖板43保持接触，随着摆臂39旋转其短臂到达中间位置，其下表面与锁止块44中间通槽上表面平齐以保证两相对的摆臂39通过其短臂对锁止件44进行固定，同时桅杆轴24旋转牵引桅杆向外伸展将薄膜帆展开。

Claims (8)

1.一种微纳卫星太阳帆推进系统展开装置，其特征在于，包括支撑保护机构（1），储帆机构（2），展开机构（3），压紧机构（4）和限位锁止机构（5）；

所述支撑保护机构（1）用以对展开装置的零件进行支撑和保护，包括可以展开的帆板（6）；薄膜帆折叠卷绕储存在储帆机构（2）中，薄膜帆与展开机构（3）连接，通过展开机构（3）将薄膜帆展开；所述压紧机构（4）用于防止展开机构的桅杆胀开；

所述限位锁止机构（5）包括锁止块（44）和锁止块限位机构，在初始状态时，锁止块限位机构顶住锁止块（44），使得锁止块（44）与展开机构的桅杆轴（24）的底盘连接，从而固定桅杆轴（24）；当展开状态时，锁止块限位机构解除锁止块（44）与桅杆轴（24）的连接，并解除对帆板（6）的限制，帆板（6）展开，薄膜帆展开；

所述展开机构包括桅杆层盖板（18），中心连接件（26），桅杆轴顶（23），限位环（25），圆弧形桅杆（29），下层盖板（35）和压紧件（32）；

所述桅杆层盖板（18）为四周向内凹的多边形板状结构，底面四角处开有圆柱状凸台并在凸台中心处开有圆形凹槽，桅杆层盖板（18）中央处由内到外设有圆形通孔，第一定位环（20）和第二定位环（19），桅杆轴顶（23）上方小轴上套有轴承并安装在通孔中，第一定位环（20）和轴承对桅杆轴顶（23）进行定位，桅杆轴顶（23）上方端部开有螺纹孔；

中心连接件（26）为圆柱状中空结构，上方与桅杆轴顶（23）固联，中心连接件（26）外部尺寸大于第一定位环（20）以保证展开机构各部件稳定连接；

桅杆轴（24）上端为圆柱状结构，下部为内凹曲面结构，底部为底盘并在其上方对称位置开有圆形通孔，上端圆柱状结构周向对称开有上下两组螺纹孔；

桅杆轴顶（23）下方为圆环状凸台，内侧尺寸与桅杆轴（24）上方的圆柱结构大小相同，圆环状凸台周向对称开有两个螺纹孔并与桅杆轴（24）上方侧向螺纹孔连接固定，桅杆轴顶（23）中间为圆盘状结构对卷绕状态的圆弧形桅杆（29）进行限位；

圆弧形桅杆（29）一端开有通孔并与桅杆轴（24）中间部分固联，整体卷绕在桅杆轴（24）上；

所述限位环（25）通过对桅杆轴（24）的底盘进行限位，实现对桅杆轴（24）的限位；

所述支撑保护机构（1）包括辅助展开机构；

下层盖板（35）中部设有与锁止块（44）匹配的方形通孔；

所述锁止块限位机构还包括底层盖板（43），摆臂（39），弹簧，线，锁止销（21）和收束板（22）；

底层盖板（43）中部设有方形环状凸台，两摆臂（39）相对的侧端面与凸台外端面靠齐、对称安装；

锁止块（44）为正方形板，板的中部设有凹槽，凹槽上设有销柱，销柱上套有弹簧，锁止块（44）两侧上设有用于与桅杆轴的底盘连接的销柱；

底层盖板（43）上设有用于固定弹簧一端的弹簧固定销钉，弹簧的另一端与摆臂（39）的长臂上的一处连接，摆臂（39）长臂远离短臂的一侧上设有整周方形凹槽（40），摆臂上整周方形凹槽（40）外侧设有半圆形凹槽（41），两摆臂（39）通过缠绕在整周方形凹槽处的线实现拉紧，两摆臂（39）分别通过一端与半圆形凹槽（41）连接的线实现与两侧的锁止销（21）连接；所述收束板（22）由两个呈直角的板组成，长板上设有通孔，锁止销大端向外，另一端依次穿过收束板（22）和帆板（6）上的通孔后与线连接，实现对帆板（6）的收束，且锁止销主体的直径小于收束板和帆板上的孔径；

初始状态时，两摆臂长臂大部分上表面与锁止块（44）下底面贴合并向上顶起锁止块；长臂部分处于锁止块相对两角下方，同时摆臂长臂最外端与锁止块正方形板状结构相邻边直线外轮廓相交，实现对展开机构的锁止。

2.根据权利要求1所述的展开装置，其特征在于，所述摆臂（39）包括圆柱结构和位于圆柱结构两侧的长臂和短臂，摆臂（39）通过圆柱结构上的通孔与底层盖板（43）转动连接，其中短臂的上表面和圆柱结构的上表面位于同一水平面，短臂的下表面位于圆柱结构下表面的上部，长臂的下表面与圆柱结构的下表面位于同一水平面，长臂的上表面低于圆柱结构的上表面。

3.根据权利要求2所述的展开装置，其特征在于，还包括烧线机构，烧线机构将线烧断，解锁摆臂（39），在弹簧牵引下长臂向外旋转，待短臂端与锁止块（44）外轮廓平行时短臂端圆形板状结构外轮廓不与锁止块轮廓边缘相交，锁止块（44）便在套设在销柱上的弹簧的弹力作用下与桅杆轴（24）分离解除对展开机构的固定并自动下落，解除锁止；随着摆臂（39）的旋转其短臂将转至锁止块（44）的中央凹槽处，短臂端圆形盘状结构在转到中间位置过程中其外轮廓不会与凹槽边缘相撞同时其圆形盘状结构的外轮廓在摆臂转至中间范围时外轮廓线位于锁止块外轮廓线内部，并通过短臂下表面将锁止块固定在底层盖板（43）中央的方形凸台上，同时与帆板（6）相连的线松弛将帆板解锁。

4.根据权利要求3所述的展开装置，其特征在于，所述下层盖板（35）上还设有位于方形通孔外的圆环状第一凸台（38），桅杆轴（24）底盘位于第一凸台（38）内，下层盖板（35）周向均布多边形第二凸台（37）并在上方安装放置压紧件（32），用于对压紧件（32）和圆弧形桅杆（29）进行支撑，下层盖板（35）四角处开有限位孔（36）和圆形凹槽，限位孔（36）内安装位于压紧件（32）中部伸出的螺杆下端对压紧件（32）进行限位，所述圆形凹槽中安装小定位环，并在小定位环内部安装压紧件（32）的压紧摆杆（30）底面的凸起短轴，小定位环上表面顶起压紧件（32）并对其进行支撑；

限位环（25）为双层圆环状结构，其中下层圆环内侧直径大于上层圆环内侧直径，同时小于上层圆环外侧直径，下层圆环外侧直径最大，下层盖板（35）通过螺钉与限位环的下层圆环固定，下层盖板（35）第一凸台（38）外侧与限位环的下层圆环内侧尺寸相同、配合定位，限位环（25）上层圆环底面与桅杆轴（24）底盘上表面接触并对其进行限位。

5.根据权利要求4所述的展开装置，其特征在于，所述压紧件（32）还包括压紧摆杆（30），压紧轮（31），轴套（33），支撑轮（34），第二扭转弹簧（27）和大小定位环；

压紧摆杆（30）为呈钝角的两长短臂组成的一体化立式板状结构，上顶面和下底面均为平面，两面中间区域、短臂部分和长臂的靠内端部分除上下的薄板结构外断开，在两臂转折处的上顶面开有薄壁环形凸台，下底面开有圆形凸台并与所述薄壁环形凸台同心，下底面凸台内部开有从上顶面至下底面贯穿的圆形通孔，长短臂端部开有上下贯穿螺纹孔同时在长臂靠转折处的上下表面之间开有螺纹孔并在内部安装螺杆，其两端长短两压紧臂上安装螺杆和尺寸较两臂外端尺寸大的压紧轮（31），上表面的薄壁环形凸台外侧套有大定位环（28）同时整体安装在桅杆层盖板（18）底面四角处圆形凹槽内部，压紧摆杆（30）顶面环形凸台中心通孔内部安装螺钉并通过下层盖板（35）四角处的螺纹孔连接固定使其绕螺钉定轴转动；螺钉中间段上套有轴套（33），轴套（33）为两端粗、中间细的圆柱状哑铃形结构，支撑轮（34）侧面开有纵向缺口便于将其套在轴套中间部分外侧面上；第二扭转弹簧（27）一端插入下层盖板（35）四角处的小圆孔中，一端抵住压紧摆杆（30）长臂板状结构外侧面上，压紧摆杆（30）靠近长短臂转折处的螺杆下端伸出并安装在下层盖板（35）四角处的限位孔（36）中。

6.根据权利要求5所述的展开装置，其特征在于，所述支撑保护机构（1）还包括支撑轴（7），顶板（14）和支撑连接件（15）；

所述支撑轴（7）为圆筒状结构，支撑轴（7）下方为盘状结构，支撑连接件（15）主体为圆盘状结构，支撑连接件（15）下方开有圆形定位环，支撑连接件（15）与支撑轴（7）上方固定，支撑轴（7）上方外部尺寸与支撑连接件（15）下方圆形定位环内部尺寸相同，相互配合；

顶板（14）中央开有圆形通孔和圆形定位槽，圆形定位槽尺寸大于通孔尺寸并在环形区域的周向开有螺纹孔，与支撑连接件（15）四周螺纹孔通过螺钉连接固定，支撑连接件（15）上盘状结构与圆形定位槽尺寸相同以进行定位配合，支撑连接件（15）下方圆形定位环外部尺寸与顶板（14）上方圆形通孔尺寸相同并相互配合；

支撑轴（7）底盘状结构上对称开有四个沉头孔并通过螺钉与桅杆层盖板（18）中央的螺纹孔连接固定，支撑轴（7）内侧面与桅杆层盖板（18）中央的第二定位环（19）外侧面相配合定位。

7.根据权利要求6所述的展开装置，其特征在于，储帆机构（2）包括帆轴（8）；帆轴（8）套在支撑轴（7）外表面，可绕其共有轴线定轴转动，帆轴（8）下方四周均布通孔，薄膜帆由四片等腰直角三角形帆面组成，各片三角形帆面顶角与帆轴（8）下方通孔固联，相邻三角形帆面的同侧底角两两连接并分别与下方对应的圆弧形桅杆（29）外端相接，组成的正方形帆面折叠后卷绕在帆轴（8）上。

8.根据权利要求7所述的展开装置，其特征在于，辅助展开机构包括第一扭转弹簧（13），弹性桅杆（11），外伸支撑板（17）和套板（16）；

所述顶板（14）四周均布方形及圆弧形突起结构，顶板（14）的四个边通过突起结构设有刚性轴（9），帆板（6）为长方形板状结构，上边缘处开有条状圆形凸台并在其中心开有通孔，刚性轴（9）穿过帆板（6）上的通孔，实现帆板（6）绕刚性轴（9）转动；

刚性轴（9）中间位置上套有第一扭转弹簧（13），一端抵住顶板（14）底面，一端抵住帆板（6）内侧面以对帆板（6）作用向外张力；

弹性桅杆（11）为条状，一端开有圆孔并通过螺钉两两互相垂直固定于顶板（14）上，外端向内弯折并安装在帆板（6）内侧，通过其变形时产生弹力对帆板（6）作用外张力；

外伸支撑板（17）及套板（16）主体呈长方形板状结构，内部均开有减重孔，套板（16）包括两侧的翼板和中间板，套板（16）的翼板和顶板（14）固定连接，外伸支撑板（17）放置在套板的中间板与顶板（14）的空隙中，外伸支撑板（17）的厚度小于空隙的高度，外伸支撑板（17）底面内侧边缘设有与套板（16）中间板的侧面相对的突起，凸起和套板（16）中间板的侧面涂有磁性材料，两部分相互吸引。

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