CN115196049A - 一种可分步二次展开的大面积柔性太阳电池翼 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可分步二次展开的大面积柔性太阳电池翼，包括：抬升机构、伸展机构、二次展开柔性太阳电池阵、压紧释放装置和箱体展开锁定机构；两个二次展开柔性太阳电池阵分别设置在伸展机构的顶部两端，二次展开柔性太阳电池阵与伸展机构的连接位置处设置有箱体展开锁定机构连接；抬升机构的顶部与伸展机构的底部连接；伸展机构和二次展开柔性太阳电池阵上分别设置有多个压紧点，各压紧释放装置分别设置在相应的压紧点位置处，通过在压紧点处施加压紧力，实现对伸展机构和二次展开柔性太阳电池阵的压紧。本发明所述柔性太阳电池翼具有收拢包络小、可分步展开、展开面积大、展开构型稳定的优点，适用于载荷要求高或控制要求高的大功率航天器平台。
Description
技术领域
本发明属于航天器技术领域，尤其涉及一种可分步二次展开的大面积柔性太阳电池翼。
背景技术
随着航天技术发展，航天器对功率需求日益剧增。目前航天器采用的一般是刚性、半刚性太阳电池翼，存在收拢尺寸大、展开面积受限，无法满足大功率航天器的需求等问题。柔性太阳电池翼具有收拢包络小、展开收拢比大、功率重量比大、展开构型稳定等技术优势，是适用于大功率航天器平台的太阳电池翼发展趋势。
然而，大面积柔性太阳电池翼展开面积大，基频相对较低，控制难度较大，给航天器在轨调姿、变轨、对接等带来较大的难度；同时面积大质量惯量大，承受载荷更大。
发明内容
本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种可分步二次展开的大面积柔性太阳电池翼，两个收拢状态的二次展开柔性太阳电池阵布置在伸展机构两侧，具有收拢包络小、可分步展开、展开面积大、展开构型稳定的优点，适用于载荷要求高或控制要求高的大功率航天器平台。
为了解决上述技术问题，本发明公开了一种可分步二次展开的大面积柔性太阳电池翼，包括：抬升机构、伸展机构、二次展开柔性太阳电池阵、压紧释放装置和箱体展开锁定机构；其中，二次展开柔性太阳电池阵，包括：二次展开柔性太阳电池阵A和二次展开柔性太阳电池阵B；
二次展开柔性太阳电池阵A和二次展开柔性太阳电池阵B分别设置在伸展机构的顶部两端，且二次展开柔性太阳电池阵A和二次展开柔性太阳电池阵B与伸展机构的连接位置处分别设置有箱体展开锁定机构连接；抬升机构的顶部与伸展机构的底部连接；伸展机构和二次展开柔性太阳电池阵上分别设置有多个压紧点，各压紧释放装置分别设置在相应的压紧点位置处，通过在压紧点处施加压紧力，实现对伸展机构和二次展开柔性太阳电池阵的压紧，进而实现柔性太阳电池翼在发射段的压紧抗过载；
初始收拢状态下，二次展开柔性太阳电池阵A和二次展开柔性太阳电池阵B收拢在伸展机构两侧，且伸展机构、二次展开柔性太阳电池阵A和二次展开柔性太阳电池阵B位于展开基线的同一侧；
展开过程，二次展开柔性太阳电池阵在伸展机构和箱体展开锁定机构的作用下，分步二次展开。
在上述可分步二次展开的大面积柔性太阳电池翼中，抬升机构，包括：固定关节、转动关节、抬升机构驱动组件和锁定组件；
固定关节与转动关节同轴设计，采用轴承连接，构成转动副；
抬升机构驱动组件与转动关节连接，转动关节与伸展机构的收藏筒底部连接；其中，抬升机构驱动组件工作时输出力矩，驱动转动关节相对固定关节转动，进而带动大面积柔性太阳电池翼的整体转动，将大面积柔性太阳电池翼由初始状态变位至与舱体垂直状态；
锁定组件与转动关节连接，当大面积柔性太阳电池翼变位至与舱体垂直状态时，实现对转动关节的锁止；其中，锁定组件，包括：锁定销、滑道和锁定孔；锁定销位于滑道内，可在滑道内滑动；当大面积柔性太阳电池翼变位至与舱体垂直状态时，锁定销插入锁定孔内，实现对转动关节的锁止。
在上述可分步二次展开的大面积柔性太阳电池翼中，伸展机构，包括：伸展臂、收藏筒和伸展机构驱动组件；
初始收拢状态下，伸展臂收拢在收藏筒内；
展开过程，伸展机构驱动组件工作输出正向力矩，驱动伸展臂从收藏筒中一维有序展开并锁定。
在上述可分步二次展开的大面积柔性太阳电池翼中，二次展开柔性太阳电池阵A和二次展开柔性太阳电池阵B的结构相同，包括：下收藏箱、上收藏箱、约束释放机构、上电池板、下电池板、隔离板、张紧机构和导向机构；
上收藏箱、上电池板、下电池板和下收藏箱由上至下依次设置；
上电池板和下电池板之间设置有隔离板；其中，隔离板，用于在展开过程中，实现二次展开柔性太阳电池阵的分步二次展开；
约束释放机构一端与上收藏箱连接，另一端与下收藏箱连接；其中，收拢状态时，约束释放机构锁紧，上电池板和下电池板收拢在上收藏箱和下收藏箱之间；一次展开时，约束释放机构解除上电池板与隔离板之间的约束；二次展开时，在上电池板完全展开后解除隔离板与下电池板之间的约束；
导向机构设置在下收藏箱上，用于在展开过程中，为二次展开柔性太阳电池阵的分步二次展开提供导向，辅助二次展开柔性太阳电池阵的有序展开；
张紧机构设置在上收藏箱上，用于在二次展开柔性太阳电池阵完全展开后，对上电池板和下电池板施加张紧力，确保二次展开柔性太阳电池阵的在轨刚度。
在上述可分步二次展开的大面积柔性太阳电池翼中，上电池板和下电池板的结构相同，包括：若干个柔性基板、电池电路和柔性电缆；
若干个柔性基板通过琴铰依次串联啮合，形成柔性基板组件；其中，相邻两个柔性基板性基板以琴铰为中心轴旋转，可实现柔性基板组件的展开和收拢；
柔性基板组件的表面粘贴有电池电路和柔性电缆。
在上述可分步二次展开的大面积柔性太阳电池翼中，约束释放机构，包括：电机驱动组件、四连杆机构和末端组件；其中，电机驱动组件与四连杆机构连接，四连杆机构末端设置有末端组件；末端组件，包括：一次锁钩、二次锁钩、阻挡块、铰链琐环、二次解锁绳索组件和二次解锁弹簧组件；
一次锁钩、二次锁钩和阻挡块固定在下收藏箱上；二次解锁弹簧组件固定在隔离板上；铰链琐环的一端固定在上收藏箱上；
完全收拢状态下，铰链琐环的另一端与一次锁钩配合锁定；二次解锁绳索组件的一端与二次解锁弹簧组件连接，另一端约束在二次锁钩与阻挡块之间；
当约束释放机构在电机驱动组件和四连杆机构的作用下一次解锁到位后：一次锁钩与铰链琐环的另一端约束解除，释放对上电池板的约束，上电池板展开；此时，二次解锁绳索组件的另一端继续约束在二次锁钩与阻挡块之间，继续保持锁紧状态，约束未展开的下电池板；
当约束释放机构在电机驱动组件和四连杆机构的作用下二次解锁到位后：二次锁钩和阻挡块相对运动产生间隙，二次解锁绳索组件的另一端由间隙中脱出，并在二次解锁弹簧组件作用下收回，释放对下电池板的约束，下电池板展开。
在上述可分步二次展开的大面积柔性太阳电池翼中，张紧机构，包括：张紧机构卷簧组件、张紧机构绕线轮和张紧绳；
张紧机构卷簧组件安装在二次展开柔性太阳电池阵的上收藏箱外侧，并与张紧机构绕线轮同轴布置；
张紧绳与柔性基板组件共面；其中，张紧绳的一端与柔性基板组件连接，另一端固定在张紧机构绕线轮上。
在上述可分步二次展开的大面积柔性太阳电池翼中，导向机构，包括：导向机构卷簧组件、导向机构绕线轮和导向绳；
导向机构卷簧组件安装在二次展开柔性太阳电池阵的下收藏箱外侧，并与导向机构绕线轮同轴布置；
导向绳布置在柔性基板组件的背面；其中，导向绳的一端与二次展开柔性太阳电池阵的上收藏箱连接，另一端固定在导向机构绕线轮上。
在上述可分步二次展开的大面积柔性太阳电池翼中，箱体展开锁定机构，包括：上箱体展开锁定机构和下箱体展开锁定机构；其中，上箱体展开锁定机构分别连接伸展机构的伸展臂和二次展开柔性太阳电池阵的上收藏箱；下箱体展开锁定机构分别连接伸展机构的收藏筒和二次展开柔性太阳电池阵的下收藏箱；箱体展开锁定机构的旋转轴与对应的上箱体展开锁定机构的旋转轴同轴设置，在下箱体展开锁定机构展开时，上箱体展开锁定机构跟随展开进而锁定；
上箱体展开锁定机构，包括：公铰链、母铰链、转动轴和锁定杆；其中，公铰链和母铰链通过转动轴形成转动副，具有转动展收的功能；公铰链与上箱体连接，母铰链与伸展臂连接；展开到位后，锁定杆锁定；
下箱体展开锁定机构，包括：固定端、转动端、驱动传动组件和锁定机构；其中，驱动传动组件提供驱动力矩，使转动端绕固定端旋转运动；锁定机构在转动端旋转运动至设定位置后，实现对转动端的锁止。
在上述可分步二次展开的大面积柔性太阳电池翼中，压紧释放装置，包括：火工装置、压紧杆组件和分离组件；其中，火工装置、压紧杆组件和分离组件依次连接；在发射段，通过施加在压紧杆组件上的预紧力，将伸展机构和二次展开柔性太阳电池阵压紧在舱体侧壁上；入轨后，火工装置解锁，压紧杆组件在分离组件作用下抽出，实现大面积柔性太阳电池翼与舱体的解锁分离。
本发明具有以下优点：
(1)本发明提供了一种可分步二次展开的大面积柔性太阳电池翼，收拢状态的太阳电池阵布置在伸展机构两侧，收拢尺寸小；通过二次展开装置设计，可实现分步展开，展开部分电池板，满足承载或者控制的要求；二次展开(即完全展开)后由高刚度伸展机构支撑双边太阳电池阵，构型稳定基频高
(2)本发明提供了一种可分步二次展开的大面积柔性太阳电池翼，具有收拢包络小、可分步展开、展开收拢比大、功率重量比大、展开构型稳定的优点。
附图说明
图1是本发明实施例中一种可分步二次展开的大面积柔性太阳电池翼的结构示意图；
图2是本发明实施例中一种抬升机构的结构示意图；
图3是本发明实施例中一种锁定组件的结构示意图；
图4是本发明实施例中一种伸展机构的结构示意图；
图5是本发明实施例中一种柔性太阳电池翼一次展开状态示意图；
图6是本发明实施例中一种柔性太阳电池翼一次解锁状态示意图；
图7是本发明实施例中一种伸展机构带太阳电池阵展开过程示意图；
图8是本发明实施例中一种约束释放机构的结构示意图；
图9是本发明实施例中一种柔性太阳电池翼一次解锁状态示意图；
图10是本发明实施例中一种柔性太阳电池翼二次解锁状态示意图；
图11是本发明实施例中一种张紧机构的结构示意图；
图12是本发明实施例中一种导向机构的结构示意图；
图13是本发明实施例中一种上箱体展开锁定机构的结构示意图；
图14是本发明实施例中一种下箱体展开锁定机构的结构示意图；
图15是本发明实施例中一种压紧释放装置的结构示意图；
图16是本发明实施例中一种柔性太阳电池翼抬升展开过程示意图；
图17是本发明实施例中一种柔性太阳电池翼上、下箱体展开锁定机构展开过程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明公开的实施方式作进一步详细描述。
柔性太阳电池翼由多个功能单机组成，其系统构型、展开方式、展开面积可按照航天器平台要求进行设计，其中系统构型是柔性太阳电池翼系统设计的基础，合理的构型设计可以更好适应舱体要求，同时可以优化太阳电池翼展开方式，提高太阳电池翼展开可靠性。本发明公开了一种可分步二次展开的大面积柔性太阳电池翼，可以通过分步二次展开的方式电池翼的打开，降低控制的难度或过载的风险。柔性太阳电池翼发射初期展开部分电池板，满足平台用电需求，同时保持较高的频率，避免与控制系统产生耦合；待变轨、对接等控制要求较高或可能产生较大在轨载荷的工况完成后，柔性太阳电池翼二次展开(即完全展开)，实现最大发电功率状态，可以满足航天器各种设备载荷的用电需求。本发明所述的可分步二次展开的大面积柔性太阳电池翼应用更加灵活、广泛，可分步二次展开设计更加增大了柔性翼的可设计性，使得大面积柔性太阳电池翼可以适用于更广泛的平台需求。
如图1，在本实施例中，该可分步二次展开的大面积柔性太阳电池翼，包括：抬升机构1、伸展机构2、二次展开柔性太阳电池阵、压紧释放装置5和箱体展开锁定机构。其中，二次展开柔性太阳电池阵包括：二次展开柔性太阳电池阵A3和二次展开柔性太阳电池阵B4；二次展开柔性太阳电池阵A3和二次展开柔性太阳电池阵B4结构相同。各部分之间的具体连接关系如下：
二次展开柔性太阳电池阵A3和二次展开柔性太阳电池阵B4分别设置在伸展机构2的顶部两端，且二次展开柔性太阳电池阵A3和二次展开柔性太阳电池阵B4与伸展机构2的连接位置处分别设置有箱体展开锁定机构连接；抬升机构1的顶部与伸展机构2的底部连接；伸展机构2和二次展开柔性太阳电池阵上分别设置有多个压紧点，各压紧释放装置5分别设置在相应的压紧点位置处，通过在压紧点处施加压紧力，实现对伸展机构2和二次展开柔性太阳电池阵的压紧，进而实现柔性太阳电池翼在发射段的压紧抗过载。初始收拢状态下，二次展开柔性太阳电池阵A3和二次展开柔性太阳电池阵B4收拢在伸展机构2两侧，且伸展机构2、二次展开柔性太阳电池阵A3和二次展开柔性太阳电池阵B4位于展开基线的同一侧。展开过程，二次展开柔性太阳电池阵在伸展机构2和箱体展开锁定机构的作用下，分步二次展开。
在本实施例中，抬升机构1包含一套转动副，采用有源电机或无源弹簧驱动，抬升机构1展开后具有锁定和刚度保持功能。如图2，抬升机构1具体可以包括：固定关节11、转动关节12、抬升机构驱动组件13和锁定组件14。固定关节11与转动关节12同轴设计，采用轴承连接，构成转动副；抬升机构驱动组件13与转动关节12连接，转动关节12与伸展机构2的收藏筒22底部连接；抬升机构驱动组件13工作时输出力矩，驱动转动关节12相对固定关节11转动，进而带动大面积柔性太阳电池翼的整体转动，将大面积柔性太阳电池翼由初始状态变位至与舱体垂直状态。锁定组件14与转动关节12连接，当大面积柔性太阳电池翼变位至与舱体垂直状态时，实现对转动关节12的锁止。
优选的，如图3，锁定组件14具体可以包括：锁定销141、滑道142和锁定孔143；锁定销141位于滑道142内，可在滑道142内滑动；当大面积柔性太阳电池翼变位至与舱体垂直状态时，锁定销141插入锁定孔143内，实现对转动关节12的锁止。
在本实施例中，伸展机构2具有一维展开和收拢能力，具有高刚度和高强度特性，可以支撑张紧机构展开，使得柔性阵面具有一定刚度；伸展机构可采用铰接式伸展机构、盘绕式伸展机构、FASTmast构型伸展机构、套筒式伸展机构等实现对柔性太阳电池阵的展收和支撑。如图4，伸展机构2具体可以包括：伸展臂21、收藏筒22和伸展机构驱动组件23。初始收拢状态下，伸展臂21收拢在收藏筒22内；展开过程，伸展机构驱动组件23工作输出正向力矩，驱动伸展臂21从收藏筒22中一维有序展开并锁定。伸展机构2收拢状态具有高刚度和高强度，伸展机构2通过收藏筒22上压紧点与舱体固定，可以承受发射段载荷；伸展机构2具有部分展开锁定的能力，部分展开状态下具有一定的刚度和强度，可以支撑展开状态的二次展开柔性太阳电池阵；伸展机构2完全展开状态具有一定的刚度和强度，可以支撑完全展开状态的二次展开柔性太阳电池阵。
在本实施例中，如图5～7，二次展开柔性太阳电池阵A3和二次展开柔性太阳电池阵B4的结构相同，两者关于伸展机构2镜像对称，具体可以包括：下收藏箱41、上收藏箱42、约束释放机构43、上电池板44、下电池板45、隔离板46、张紧机构47和导向机构48。其中，上收藏箱42、上电池板44、下电池板45和下收藏箱41由上至下依次设置；上电池板44和下电池板45之间设置有隔离板46；隔离板46，用于在展开过程中，实现二次展开柔性太阳电池阵的分步二次展开；约束释放机构43一端与上收藏箱42连接，另一端与下收藏箱41连接；收拢状态时，约束释放机构43锁紧，上电池板44和下电池板45收拢在上收藏箱42和下收藏箱41之间；一次展开时，约束释放机构43解除上电池板44与隔离板46之间的约束；二次展开时，在上电池板44完全展开后解除隔离板46与下电池板45之间的约束；导向机构48设置在下收藏箱41上，用于在展开过程中，为二次展开柔性太阳电池阵的分步二次展开提供导向，辅助二次展开柔性太阳电池阵的有序展开；张紧机构47设置在上收藏箱42上，用于在二次展开柔性太阳电池阵完全展开后，对上电池板44和下电池板45施加张紧力，确保二次展开柔性太阳电池阵的在轨刚度。
优选的，收拢状态下，二次展开柔性太阳电池阵通过约束释放机构43将下收藏箱41与上收藏箱42压紧，压紧力通过缓冲泡沫施加在电池板上，二次展开柔性太阳电池阵形成一个具有一定刚度和强度的整体，二次展开柔性太阳电池阵阵通过设置在下收藏箱41和上收藏箱42上的压紧点与舱体固定。
优选的，约束释放机构43工作后，二次展开柔性太阳电池阵解锁，上收藏箱42在伸展机构2带动下展开，上收藏箱42通过张紧机构47将电池板展开并最终张紧，导向机构48随二次展开柔性太阳电池阵展开并保持电池板展开平稳。
优选的，导向机构48布置在上收藏箱42上，二次展开柔性太阳电池阵一次展开时和二次展开(即完全展开)时均可对太阳电池阵施加张紧力，保持阵面刚度。
优选的，隔离板46具有一定刚度，可由上隔离板和下隔离板构成：一次展开时，上隔离板随上电池板展开，下隔离板与下收藏箱通过约束释放机构对未展开的下电池板进行约束；约束释放机构二次解锁后，下隔离板约束解除，在伸展机构带动下随未展开的下电池板展开，直至柔性太阳电池翼二次展开(即完全展开)。
进一步的，如图5～7，上电池板44和下电池板45的结构相同，具体包括：若干个柔性基板441、电池电路442和柔性电缆443。其中，若干个(10～100个)柔性基板441通过琴铰依次串联啮合，形成柔性基板组件；相邻两个柔性基板性基板441以琴铰为中心轴旋转，可实现柔性基板组件的展开和收拢；柔性基板组件的表面粘贴有电池电路442和柔性电缆443。
进一步的，约束释放机构43具有二次解锁功能，二次展开柔性太阳电池阵一次展开时可将未展开的下电池板约束在收藏箱上，待收到二次解锁指令后，可以继续二次展开，释放对剩余的下电池板的约束。如图8，约束释放机构43具体可以包括：电机驱动组件431、四连杆机构432和末端组件。其中，电机驱动组件431与四连杆机构432连接，四连杆机构432末端设置有末端组件。如图9～10，末端组件具体可以包括：一次锁钩433、二次锁钩434、阻挡块435、铰链琐环436、二次解锁绳索组件437和二次解锁弹簧组件438。一次锁钩433、二次锁钩434和阻挡块435固定在下收藏箱41上；二次解锁弹簧组件438固定在隔离板46上；铰链琐环436的一端固定在上收藏箱42上；完全收拢状态下，铰链琐环436的另一端与一次锁钩433配合锁定；二次解锁绳索组件437的一端与二次解锁弹簧组件438连接，另一端约束在二次锁钩434与阻挡块435之间；当约束释放机构43在电机驱动组件431和四连杆机构432的作用下一次解锁到位后：一次锁钩433与铰链琐环436的另一端约束解除，释放对上电池板的约束，上电池板44展开；此时，二次解锁绳索组件437的另一端继续约束在二次锁钩434与阻挡块435之间，继续保持锁紧状态，约束未展开的下电池板45；当约束释放机构43在电机驱动组件431和四连杆机构432的作用下二次解锁到位后：二次锁钩434和阻挡块435相对运动产生间隙，二次解锁绳索组件437的另一端由间隙中脱出，并在二次解锁弹簧组件438作用下收回，释放对下电池板45的约束，下电池板45展开。
进一步的，如图11，张紧机构47具体可以包括：张紧机构卷簧组件471、张紧机构绕线轮472和张紧绳473。其中，张紧机构卷簧组件471安装在二次展开柔性太阳电池阵的上收藏箱外侧，并与张紧机构绕线轮472同轴布置；张紧绳473与柔性基板组件共面；张紧绳473的一端与柔性基板组件连接，另一端固定在张紧机构绕线轮472上。
进一步的，如图12，导向机构48具体可以包括：导向机构卷簧组件481、导向机构绕线轮482和导向绳483。其中，导向机构卷簧组件481安装在二次展开柔性太阳电池阵的下收藏箱外侧，并与导向机构绕线轮482同轴布置；导向绳483布置在柔性基板组件的背面；导向绳483的一端与二次展开柔性太阳电池阵的上收藏箱连接，另一端固定在导向机构绕线轮482上。
在本实施例中，箱体展开锁定机构一端与二次展开柔性太阳电池阵的上收藏箱连接，另一端与伸展机构2的伸展臂21连接，机构包含一套转动副，具有转动展开锁定的功能。如图1，箱体展开锁定机构具体可以包括：上箱体展开锁定机构6和下箱体展开锁定机构7。上箱体展开锁定机构6分别连接伸展机构2的伸展臂21和二次展开柔性太阳电池阵的上收藏箱；下箱体展开锁定机构7分别连接伸展机构2的收藏筒22和二次展开柔性太阳电池阵的下收藏箱；箱体展开锁定机构7的旋转轴与对应的上箱体展开锁定机构6的旋转轴同轴设置，在下箱体展开锁定机构7展开时，上箱体展开锁定机构6跟随展开进而锁定。
优选的，上箱体展开锁定机构6可采用弹簧驱动或者无源随动方式，如图13，上箱体展开锁定机构6具体可以包括：公铰链61、母铰链62、转动轴63和锁定杆64。其中，公铰链61和母铰链62通过转动轴63形成转动副，具有转动展收的功能；公铰链61与上箱体31连接，母铰链62与伸展臂21连接；展开到位后，锁定杆64锁定。其中，刚度和稳定性要求高时，上箱体展开锁定机构6可布置1～3套。
如图14，下箱体展开锁定机构7具体可以包括：固定端71、转动端72、驱动传动组件73和锁定机构74。其中，驱动传动组件73提供驱动力矩，使转动端72绕固定端71旋转运动；锁定机构74在转动端72旋转运动至设定位置后，实现对转动端72的锁止。驱动传动组件73可采用弹簧驱动或者电机有源驱动。
在本实施例中，如图15，压紧释放装置5具体可以包括：火工装置51、压紧杆组件52和分离组件53。其中，火工装置51、压紧杆组件52和分离组件53依次连接；在发射段，通过施加在压紧杆组件52上的预紧力，将伸展机构2和二次展开柔性太阳电池阵压紧在舱体侧壁上；入轨后，火工装置51解锁，压紧杆组件52在分离组件53作用下抽出，实现大面积柔性太阳电池翼与舱体的解锁分离。
优选的，压紧释放装置5可采用20kN～100kN预紧力火工品对可分步二次展开的大面积柔性太阳电池翼进行压紧；其中，伸展机构2上可设置3～9个压紧点，二次展开柔性太阳电池阵上可设置有3～6个压紧点。
由上可知，在本实施例中，压紧释放装置5主要用于可分步二次展开的大面积柔性太阳电池翼发射段压紧抗过载；抬升机构1主要用于将可分步二次展开的大面积柔性太阳电池翼整体由初始状态变位至与舱体垂直状态；伸展机构2主要用于控制二次展开柔性太阳电池阵的展开和收拢；箱体展开锁定机构主要用于将二次展开柔性太阳电池阵向两侧展开到位并锁定。二次展开柔性太阳电池阵上布置二次解锁装置，可用于柔性太阳电池翼的分布展开；二次展开柔性太阳电池阵上布置电池电路和电缆，用于柔性太阳电池翼在轨发电和电传输。
在上述实施例的基础上，下面对该可分步二次展开的大面积柔性太阳电池翼的具体展开过程进行详细说明。
在本实施例中，如图16～17，该可分步二次展开的大面积柔性太阳电池翼可分为七步展开：
第一步，压紧释放装置5解锁，柔性太阳电池翼与舱体之间解锁。
第二步，抬升机构1工作，柔性太阳电池翼变位至与舱体垂直状态。
第三步，两侧的下箱体展开锁定机构7工作，带动两侧二次展开柔性太阳电池阵展开并锁定，同时上箱体展开锁定机构6随动展开并锁定。
第四步，二次展开柔性太阳电池阵A3和二次展开柔性太阳电池阵B4上的约束释放机构工作，解除上、下收藏箱之间的约束。
第五步，伸展机构2工作，伸展机构2沿舱体径向方向直线伸展，带动二次展开柔性太阳电池阵同步展开，同时导向机构工作，限制二次展开柔性太阳电池阵面外运动，直至二次展开柔性太阳电池阵一次展开，并且将张紧机构张紧一定距离，施加预紧力。
第六步，约束释放机构继续工作，解除下隔离板与下收藏箱之间的约束。
第七步，伸展机构继续展开，导向机构继续工作，直至二次展开柔性太阳电池阵完全展开，张紧机构张紧一定距离，施加预紧力。
上述过程是可分步二次展开的大面积柔性太阳电池翼的展开过程，收拢过程是展开过程的逆过程，可分步二次展开的大面积柔性太阳电池翼可按照七步动作完成收拢。
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。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。
Claims (10)
1.一种可分步二次展开的大面积柔性太阳电池翼，其特征在于，包括：抬升机构(1)、伸展机构(2)、二次展开柔性太阳电池阵、压紧释放装置(5)和箱体展开锁定机构；其中，二次展开柔性太阳电池阵，包括：二次展开柔性太阳电池阵A(3)和二次展开柔性太阳电池阵B(4)；
二次展开柔性太阳电池阵A(3)和二次展开柔性太阳电池阵B(4)分别设置在伸展机构(2)的顶部两端，且二次展开柔性太阳电池阵A(3)和二次展开柔性太阳电池阵B(4)与伸展机构(2)的连接位置处分别设置有箱体展开锁定机构连接；抬升机构(1)的顶部与伸展机构(2)的底部连接；伸展机构(2)和二次展开柔性太阳电池阵上分别设置有多个压紧点，各压紧释放装置(5)分别设置在相应的压紧点位置处，通过在压紧点处施加压紧力，实现对伸展机构(2)和二次展开柔性太阳电池阵的压紧，进而实现柔性太阳电池翼在发射段的压紧抗过载；
初始收拢状态下，二次展开柔性太阳电池阵A(3)和二次展开柔性太阳电池阵B(4)收拢在伸展机构(2)两侧，且伸展机构(2)、二次展开柔性太阳电池阵A(3)和二次展开柔性太阳电池阵B(4)位于展开基线的同一侧；
展开过程，二次展开柔性太阳电池阵在伸展机构(2)和箱体展开锁定机构的作用下，分步二次展开。
2.根据权利要求1所述的可分步二次展开的大面积柔性太阳电池翼，其特征在于，抬升机构(1)，包括：固定关节(11)、转动关节(12)、抬升机构驱动组件(13)和锁定组件(14)；
固定关节(11)与转动关节(12)同轴设计，采用轴承连接，构成转动副；
抬升机构驱动组件(13)与转动关节(12)连接，转动关节(12)与伸展机构(2)的收藏筒(22)底部连接；其中，抬升机构驱动组件(13)工作时输出力矩，驱动转动关节(12)相对固定关节(11)转动，进而带动大面积柔性太阳电池翼的整体转动，将大面积柔性太阳电池翼由初始状态变位至与舱体垂直状态；
锁定组件(14)与转动关节(12)连接，当大面积柔性太阳电池翼变位至与舱体垂直状态时，实现对转动关节(12)的锁止；其中，锁定组件(14)，包括：锁定销(141)、滑道(142)和锁定孔(143)；锁定销(141)位于滑道(142)内，可在滑道(142)内滑动；当大面积柔性太阳电池翼变位至与舱体垂直状态时，锁定销(141)插入锁定孔(143)内，实现对转动关节(12)的锁止。
3.根据权利要求1所述的可分步二次展开的大面积柔性太阳电池翼，其特征在于，伸展机构(2)，包括：伸展臂(21)、收藏筒(22)和伸展机构驱动组件(23)；
初始收拢状态下，伸展臂(21)收拢在收藏筒(22)内；
展开过程，伸展机构驱动组件(23)工作输出正向力矩，驱动伸展臂(21)从收藏筒(22)中一维有序展开并锁定。
4.根据权利要求3所述的可分步二次展开的大面积柔性太阳电池翼，其特征在于，二次展开柔性太阳电池阵A(3)和二次展开柔性太阳电池阵B(4)的结构相同，包括：下收藏箱(41)、上收藏箱(42)、约束释放机构(43)、上电池板(44)、下电池板(45)、隔离板(46)、张紧机构(47)和导向机构(48)；
上收藏箱(42)、上电池板(44)、下电池板(45)和下收藏箱(41)由上至下依次设置；
上电池板(44)和下电池板(45)之间设置有隔离板(46)；其中，隔离板(46)，用于在展开过程中，实现二次展开柔性太阳电池阵的分步二次展开；
约束释放机构(43)一端与上收藏箱(42)连接，另一端与下收藏箱(41)连接；其中，收拢状态时，约束释放机构(43)锁紧，上电池板(44)和下电池板(45)收拢在上收藏箱(42)和下收藏箱(41)之间；一次展开时，约束释放机构(43)解除上电池板(44)与隔离板(46)之间的约束；二次展开时，在上电池板(44)完全展开后解除隔离板(46)与下电池板(45)之间的约束；
导向机构(48)设置在下收藏箱(41)上，用于在展开过程中，为二次展开柔性太阳电池阵的分步二次展开提供导向，辅助二次展开柔性太阳电池阵的有序展开；
张紧机构(47)设置在上收藏箱(42)上，用于在二次展开柔性太阳电池阵完全展开后，对上电池板(44)和下电池板(45)施加张紧力，确保二次展开柔性太阳电池阵的在轨刚度。
5.根据权利要求4所述的可分步二次展开的大面积柔性太阳电池翼，其特征在于，上电池板(44)和下电池板(45)的结构相同，包括：若干个柔性基板(441)、电池电路(442)和柔性电缆(443)；
若干个柔性基板(441)通过琴铰依次串联啮合，形成柔性基板组件；其中，相邻两个柔性基板性基板(441)以琴铰为中心轴旋转，可实现柔性基板组件的展开和收拢；
柔性基板组件的表面粘贴有电池电路(442)和柔性电缆(443)。
6.根据权利要求4所述的可分步二次展开的大面积柔性太阳电池翼，其特征在于，约束释放机构(43)，包括：电机驱动组件(431)、四连杆机构(432)和末端组件；其中，电机驱动组件(431)与四连杆机构(432)连接，四连杆机构(432)末端设置有末端组件；末端组件，包括：一次锁钩(433)、二次锁钩(434)、阻挡块(435)、铰链琐环(436)、二次解锁绳索组件(437)和二次解锁弹簧组件(438)；
一次锁钩(433)、二次锁钩(434)和阻挡块(435)固定在下收藏箱(41)上；二次解锁弹簧组件(438)固定在隔离板(46)上；铰链琐环(436)的一端固定在上收藏箱(42)上；
完全收拢状态下，铰链琐环(436)的另一端与一次锁钩(433)配合锁定；二次解锁绳索组件(437)的一端与二次解锁弹簧组件(438)连接，另一端约束在二次锁钩(434)与阻挡块(435)之间；
当约束释放机构(43)在电机驱动组件(431)和四连杆机构(432)的作用下一次解锁到位后：一次锁钩(433)与铰链琐环(436)的另一端约束解除，释放对上电池板的约束，上电池板(44)展开；此时，二次解锁绳索组件(437)的另一端继续约束在二次锁钩(434)与阻挡块(435)之间，继续保持锁紧状态，约束未展开的下电池板(45)；
当约束释放机构(43)在电机驱动组件(431)和四连杆机构(432)的作用下二次解锁到位后：二次锁钩(434)和阻挡块(435)相对运动产生间隙，二次解锁绳索组件(437)的另一端由间隙中脱出，并在二次解锁弹簧组件(438)作用下收回，释放对下电池板(45)的约束，下电池板(45)展开。
7.根据权利要求5所述的可分步二次展开的大面积柔性太阳电池翼，其特征在于，张紧机构(47)，包括：张紧机构卷簧组件(471)、张紧机构绕线轮(472)和张紧绳(473)；
张紧机构卷簧组件(471)安装在二次展开柔性太阳电池阵的上收藏箱外侧，并与张紧机构绕线轮(472)同轴布置；
张紧绳(473)与柔性基板组件共面；其中，张紧绳(473)的一端与柔性基板组件连接，另一端固定在张紧机构绕线轮(472)上。
8.根据权利要求5所述的可分步二次展开的大面积柔性太阳电池翼，其特征在于，导向机构(48)，包括：导向机构卷簧组件(481)、导向机构绕线轮(482)和导向绳(483)；
导向机构卷簧组件(481)安装在二次展开柔性太阳电池阵的下收藏箱外侧，并与导向机构绕线轮(482)同轴布置；
导向绳(483)布置在柔性基板组件的背面；其中，导向绳(483)的一端与二次展开柔性太阳电池阵的上收藏箱连接，另一端固定在导向机构绕线轮(482)上。
9.根据权利要求5所述的可分步二次展开的大面积柔性太阳电池翼，其特征在于，箱体展开锁定机构，包括：上箱体展开锁定机构(6)和下箱体展开锁定机构(7)；其中，上箱体展开锁定机构(6)分别连接伸展机构(2)的伸展臂(21)和二次展开柔性太阳电池阵的上收藏箱；下箱体展开锁定机构(7)分别连接伸展机构(2)的收藏筒(22)和二次展开柔性太阳电池阵的下收藏箱；箱体展开锁定机构(7)的旋转轴与对应的上箱体展开锁定机构(6)的旋转轴同轴设置，在下箱体展开锁定机构(7)展开时，上箱体展开锁定机构(6)跟随展开进而锁定；
上箱体展开锁定机构(6)，包括：公铰链(61)、母铰链(62)、转动轴(63)和锁定杆(64)；其中，公铰链(61)和母铰链(62)通过转动轴(63)形成转动副，具有转动展收的功能；公铰链(61)与上箱体(31)连接，母铰链(62)与伸展臂(21)连接；展开到位后，锁定杆(64)锁定；
下箱体展开锁定机构(7)，包括：固定端(71)、转动端(72)、驱动传动组件(73)和锁定机构(74)；其中，驱动传动组件(73)提供驱动力矩，使转动端(72)绕固定端(71)旋转运动；锁定机构(74)在转动端(72)旋转运动至设定位置后，实现对转动端(72)的锁止。
10.根据权利要求1所述的可分步二次展开的大面积柔性太阳电池翼，其特征在于，压紧释放装置(5)，包括：火工装置(51)、压紧杆组件(52)和分离组件(53)；其中，火工装置(51)、压紧杆组件(52)和分离组件(53)依次连接；在发射段，通过施加在压紧杆组件(52)上的预紧力，将伸展机构(2)和二次展开柔性太阳电池阵压紧在舱体侧壁上；入轨后，火工装置(51)解锁，压紧杆组件(52)在分离组件(53)作用下抽出，实现大面积柔性太阳电池翼与舱体的解锁分离。
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