JP6669445B2 - テープばね展開可能構造 - Google Patents

テープばね展開可能構造 Download PDF

Info

Publication number
JP6669445B2
JP6669445B2 JP2015141879A JP2015141879A JP6669445B2 JP 6669445 B2 JP6669445 B2 JP 6669445B2 JP 2015141879 A JP2015141879 A JP 2015141879A JP 2015141879 A JP2015141879 A JP 2015141879A JP 6669445 B2 JP6669445 B2 JP 6669445B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
tape spring
tape
axis
deployable structure
deployable
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2015141879A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2016030595A (ja
Inventor
ヤニク・ボダス
ステファン・ベザン
フランソワ・ギノー
Original Assignee
タレス
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by タレス filed Critical タレス
Publication of JP2016030595A publication Critical patent/JP2016030595A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6669445B2 publication Critical patent/JP6669445B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64GCOSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/222Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles for deploying structures between a stowed and deployed state
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65HHANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H75/00Storing webs, tapes, or filamentary material, e.g. on reels
    • B65H75/02Cores, formers, supports, or holders for coiled, wound, or folded material, e.g. reels, spindles, bobbins, cop tubes, cans, mandrels or chucks
    • B65H75/18Constructional details
    • B65H75/28Arrangements for positively securing ends of material
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65HHANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H75/00Storing webs, tapes, or filamentary material, e.g. on reels
    • B65H75/02Cores, formers, supports, or holders for coiled, wound, or folded material, e.g. reels, spindles, bobbins, cop tubes, cans, mandrels or chucks
    • B65H75/18Constructional details
    • B65H75/28Arrangements for positively securing ends of material
    • B65H75/285Holding devices to prevent the wound material from unwinding
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65HHANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H75/00Storing webs, tapes, or filamentary material, e.g. on reels
    • B65H75/02Cores, formers, supports, or holders for coiled, wound, or folded material, e.g. reels, spindles, bobbins, cop tubes, cans, mandrels or chucks
    • B65H75/34Cores, formers, supports, or holders for coiled, wound, or folded material, e.g. reels, spindles, bobbins, cop tubes, cans, mandrels or chucks specially adapted or mounted for storing and repeatedly paying-out and re-storing lengths of material provided for particular purposes, e.g. anchored hoses, power cables
    • B65H75/38Cores, formers, supports, or holders for coiled, wound, or folded material, e.g. reels, spindles, bobbins, cop tubes, cans, mandrels or chucks specially adapted or mounted for storing and repeatedly paying-out and re-storing lengths of material provided for particular purposes, e.g. anchored hoses, power cables involving the use of a core or former internal to, and supporting, a stored package of material
    • B65H75/44Constructional details
    • B65H75/4402Guiding arrangements to control paying-out and re-storing of the material
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E04BUILDING
    • E04CSTRUCTURAL ELEMENTS; BUILDING MATERIALS
    • E04C3/00Structural elongated elements designed for load-supporting
    • E04C3/005Girders or columns that are rollable, collapsible or otherwise adjustable in length or height
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64GCOSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/42Arrangements or adaptations of power supply systems
    • B64G1/44Arrangements or adaptations of power supply systems using radiation, e.g. deployable solar arrays
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64GCOSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/66Arrangements or adaptations of apparatus or instruments, not otherwise provided for
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65HHANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H2701/00Handled material; Storage means
    • B65H2701/30Handled filamentary material
    • B65H2701/37Tapes
    • B65H2701/373Spring steel
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B65CONVEYING; PACKING; STORING; HANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL
    • B65HHANDLING THIN OR FILAMENTARY MATERIAL, e.g. SHEETS, WEBS, CABLES
    • B65H2701/00Handled material; Storage means
    • B65H2701/50Storage means for webs, tapes, or filamentary material
    • B65H2701/52Integration of elements inside the core or reel
    • B65H2701/528Heating or cooling devices

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Details Of Aerials (AREA)
  • Aerials With Secondary Devices (AREA)

Description

本発明は、巻き上げ式かつ展開可能な柔軟構造用のテープばね展開可能構造に関する。本発明は特に、軌道上で展開する必要がある宇宙探査器材、より具体的にはアンテナ、太陽光発電機、熱スクリーン、バッフルまたは望遠鏡等の衛星用宇宙探査器材の分野で応用される。
宇宙探査で展開可能な、例えば太陽光発電機タイプの構造は一般に、互いに連結された剛性パネルからなり、これらのパネルは収納位置にあるときは互いに積み重ねられている。これらの構造には、完全に制御された動的な挙動を示す利点があるが、単位面積当たりの慣性および質量が高いという短所がある。更に、剛性構造は、収納位置にある場合にランチャのキャップ下でかなり大きいスペースを占有する。ランチャのキャップ下で展開可能構造に割り当てられるスペースの量が制限されているため、これらの展開可能構造が展開位置で呈する表面積を最適化すべく、これらが収納位置にあるときに占有するスペースを減らすことが重要である。
柔軟な織物、および当該織物の同一平面に固定されたテープばねを含む展開可能な柔軟平面構造がある。織物およびテープばねは、収納位置において心棒の回りに巻かれている。柔軟平面構造の展開は、心棒が回転自在である場合にテープばねの自発的巻き戻しにより自律的になされる。
実際、テープばねは、円弧の曲率半径が第1の面が凸で第2の面が凹である円弧状の断面を有する柔軟テープとして宇宙探査分野で知られ、これらのテープは、基本的に自身の弾性エネルギーにより巻かれた状態から巻き戻された状態に遷移可能である。自身の特性を有する各種のテープがある。単安定テープは展開された自然の位置を有し、収納位置に保持される必要がある。単安定テープばねは従って、巻き戻された状態に復帰すべく自然に展開する傾向がある。単安定テープの展開は往々にして無秩序であって制御されていない。双安定テープは2個の自然な位置(収納位置および展開位置)を有し、断面が完全に平らである場合は収納位置に保持される必要がない。双安定テープの展開は線形であって制御されている。しかし、両方の場合において、展開の開始に際して、その動作が激しく衝撃が生じる恐れがあり、これはテープばね全体が、その全長にわたり、同時に伸張する傾向を有し、柔軟膜、計器、アンテナ等の周辺要素またはテープばねに固定された要素が損傷するという問題が生じることを意味する。従来型のテープばねは従って、展開を制御する観点で問題を孕んでいる恐れがある。この種の構造の展開速度を調整すべく利用可能な多くの方法がある。例えば、仏国特許出願第12/03300号明細書に記述されたような電動モーター装置を用いる調整、または仏国特許第0803986号明細書および米国特許第7856735号明細書に記述されたようなハイブリッドテープばねを用いた熱調整が挙げられる。
仏国特許第0803986号明細書 米国特許第7856735号明細書
更に、テープばねの剛性は、応力軸に応じて変化する。テープばねの凸面に掛かる力Fはテープばねを撓ませる傾向を示すのに対し、同じ力が凹面に掛かっても影響を及ぼさず、これは柔軟構造が展開された状態で不安定になるという問題を引き起こす。従って展開された状態における安定性の問題に対処するには、追加的な保持手段によりテープばねを展開位置に保持し続けるか、またはどの方向から軌道力が掛かってもテープばねが軌道力の下で安定し続けるようにテープばねを過剰設計することが必要である。
従って、テープばねは、収納された構成で、可能な限り小型であることが必要であり、すなわち、可能な限り巻き半径が小さいことが必要である。当該パラメータは、テープの物理的特性によりもたらされ、一般に巻き半径は自身の曲率半径にほぼ等しい。複合テープの場合、層の積み重ね順序および/または繊維の方向を変えることにより変更できる。展開状態において可能な限り高い剛性が求められ、すなわちテープばねの終端が可能な限り遠方に組み込まれていること合わせて断面が可能な限り大きく且つ閉じていることを意味する。
本発明は、柔軟な巻き上げ式かつ展開可能な構造用の展開可能構造を提案することにより上述の問題の全てまたは一部の軽減を試みるものであり、僅かなスペースしか占有せず、製造が簡単であり、展開可能構造がランチャのキャップ下に収納された際の体積を最適化し、展開の制御および再巻き上げを可能にすると共に、展開時に構造に剛性および安定性を与える利点がある。
この目的のため、本発明の一主題は、
・支持部と、
・支持部に固定されていて、軸Zの回りに巻かれた巻き状態から展開状態に遷移可能なテープばねとを含み、
・支持部に対してZ軸の回りを回転可能であって、テープばねの展開を制御すべくテープばねと第1の接触を形成可能な可動アームとを更に含むことを特徴とする展開可能構造である。
一実施形態によれば、テープばねが2個の終端を有し、テープばねが自身の2個の終端間で支持部上の固定点に固定されていて、アームがテープばねの展開を制御すべくテープばねと第2の接触を形成可能であり、第1の終端が第1の方向においてZ軸に垂直な第1の軸に沿って固定点に対して展開可能であり、第2の終端が第1の方向とは異なる第2の方向においてZ軸に垂直な第2の軸に沿って展開可能である。
有利には、2個の終端は同時に展開可能である。
別の実施形態によれば、本発明による展開可能構造は、心棒およびZ軸にほぼ平行なシャフトを更に含んでいてよく、心棒はシャフトに固定されていて、テープばねは心棒の回りに巻かれている。
別の実施形態によれば、アームは2個のローラーを搭載し、当該ローラーはテープばねと接触し、且つ当該ローラーはテープばねを誘導可能である。
有利には、当該ローラーは、テープばねを局所的に加熱可能な加熱ローラーであってよい。
有利には、展開可能構造は、アームのZ軸回りの回転自由度をロックするロック手段を更に含んでいてよい。
有利には、Z軸回りの回転自由度をロックするロック手段は、テープばねの一部がシャフトにはめ込むものであってよい。
別の実施形態によれば、本発明による展開可能構造は、各々が2個の終端を含む2個の2次テープばねを含んでいてよく、2個の2次テープばねの一方の第1の終端がテープばねの第1の終端から一定の距離で固定されていて、当該2次テープばねの第2の終端がアームの一方の終端に固定されている。
有利には、2次テープばねは平坦なブレードであってもよい。
有利には、当該構造は、回転駆動モーターを介して衛星のプラットフォームに固定された展開可能な関節型マストを更に含んでいてよい。
本発明はまた、少なくとも1個の展開可能構造を含む衛星に関する。
添付の図面に例示する一実施形態の詳細説明を精査することにより本発明への理解が深まり、更なる利点が明らかになろう。
本発明による展開可能構造の、Z軸に垂直な平面上の断面を示す図である。 本発明による展開可能構造の、Z軸に垂直な平面上の断面を示す図である。 本発明による展開可能構造の、Z軸に垂直な平面上の断面を示す図である。 本発明による展開可能構造を、当該展開可能構造の断面図において示す。 本発明による展開可能構造を、当該展開可能構造の断面図において示す。 本発明による展開可能構造を、当該展開可能構造の断面図において示す。 本発明による展開可能構造を、当該展開可能構造の断面図において示す。 本発明による展開可能構造を、当該展開可能構造の断面図において示す。 第1の実施形態による展開可能構造の等角図(図4a)、および第1の実施形態による展開可能構造の断面図(図4b)である。 半展開位置(図5a)および展開位置(図5b)における展開可能構造、並びに一実施形態による展開可能構造の断面(図5c)を示す。 一実施形態による展開可能構造の断面を示す。 テープばねを展開位置にロックするロック手段を示す。 テープばねを心棒上でロックするロック手段を、隠れた詳細部分の一部と共に示す。 テープばねの挿入をより堅牢にする別の方法を示す。 2次テープばねを自動的にバックル留めする手段を示す。 本発明による展開可能構造の少なくとも1個を含む衛星を模式的に示す。
簡明を旨として、各種図面の同一要素には同一参考番号を付与している。
図1a、1bおよび1cは、本発明による展開可能構造10の、Z軸に垂直な平面上の断面を示す3図である。展開可能構造10は、支持部16と、支持部16に固定されていて、軸Zの回りに巻かれた巻き状態から延伸軸Xに沿って展開状態に遷移可能なテープばね11とを含んでいる。構造10は、支持部16に対してZ軸の回りに回転可能であって、テープばね11の展開を制御すべくテープばね11と第1の接触を形成可能な可動アーム15を更に含んでいる。第1の接触は、点接触または代替的にZ軸にほぼ平行な軸に沿っていて、テープばね11の幅全体またはテープばね11の幅の一部だけに沿った長手方向接触であってよい。実際、当該テープばねは、当該接触無しではどの軸に沿っても制御されないまま展開され得る。当該接触は、アーム15に搭載された少なくとも1個のローラー20で容易に代替可能である。当該ローラー20は、テープばね11の表面上で回転できるようにZ軸に平行な軸の回りに回転する自由度を有していてよい。アーム15により、選択された調整の種類(ハイブリッドまたは電気的)に応じて変化する抵抗トルクを用いてテープばねの展開の制御が可能になる。当該接触は、有利には、テープばね11を自身の巻かれた部分に保持することに寄与すべくテープばね11の巻かれた部分の近傍に位置している。
本発明による展開可能構造10は、心棒13およびZ軸にほぼ平行なシャフト14を更に含んでいてよい。心棒13はシャフト14に固定されていてよく、テープばね11は心棒13の回りに巻かれていてよい。支持部16は、シャフト14に接続されていてよい。心棒13の存在は必須ではない。しかし、そのような構成により、テープばね11を心棒13とローラー20の間に適切に配置して誘導することができる。
テープばね11は2個の終端81、83を有している。テープばね11は、自身の終端83で支持部16の領域内のシャフト14に固定されている。本発明によれば、テープばね11は、Z軸に垂直なX軸に平行な方向に展開可能である。テープばねは、心棒13の直径に対応する直径の回りに巻かれる。図1cに、完全に展開された位置における展開可能構造10を示す。テープばね11は、X軸に沿って完全に展開されていて、依然として自身の終端でシャフト14に固定されている。
図2a、2bおよび2cは、本発明による展開可能構造10の、Z軸に垂直な平面上の断面を示す3図である。展開可能構造10は、延伸軸Xにほぼ平行な展開および再巻き上げ軸を有する少なくとも1個のテープばね11およびX軸に垂直なZ軸に沿ったシャフト14に搭載された巻き心棒13を含んでいる。テープばね11は2個の終端81、82を有している。テープばね11は、自身の2個の終端81、82の間でシャフト14上で支持部16の固定点(好適にはテープばね11の中央)に固定されている。アーム15は、テープばね11を誘導してその展開を制御すべくZ軸にほぼ平行な軸に沿ってテープばね11と第2の接触を形成することが可能であり、第1の終端81はZ軸に垂直な第1の延伸軸Xに沿って第1の方向に固定点に対して展開可能であり、第2の終端82はZ軸に垂直な第2の軸に沿って第1の方向とは異なる第2の方向に展開可能である。特定の構成において、第2の方向は第1の方向と逆向きであってよい。
テープばね11は、シャフト14に物理的に接続された心棒13の回りに巻かれていてよい。2個の終端81、82は固定点16に対して、各々がX軸に平行な方向に、且つ直径方向に反対側に展開可能である。従って、テープばね12の2個の終端81、82は、同一方向に巻くことにより収納される。本構成により、心棒13の直径に対応する直径の回りにテープばねを巻くことが可能になる。本構成は従って、僅かなスペースしか取らないため収納用に最適化されていて、複数の長さのテープが同時に展開または再巻き上げされるため、巻き戻しの最適化を可能にする。
更に、2個の終端81、82は同時に展開可能である。
図2cに、完全に展開された位置における展開可能構造10を示す。テープばね11は、軸Xに沿って完全に展開されていて、依然として自身の中央で界面16に固定されている。
図3に、本発明による展開可能構造10の、Z軸に垂直な平面上の断面を各々3aおよび3bと表記された2図で示す。柔軟構造用の巻き上げ式かつ展開可能なテープバネ展開可能構造10は、各々が第1のテープばね11の延伸軸Xに対して任意の角をなす展開および再巻き上げ軸を有する少なくとも2個のテープばね11、12を含んでいる。
図4aに展開可能構造10の等角図を示し、図4bに展開可能構造の断面を示す。アーム15は、支持部16の領域内でシャフト14の回りを回転しながら誘導される。アーム15は、シャフト14にほぼ平行であって且つシャフト14に対して互いに対称となり得る2個の接触を形成していてよく、アームはテープばね11の展開を制御可能である。
図4bにおいて、展開可能構造10は、アーム15に搭載された少なくとも2個のローラー20、21を更に含んでいる。ローラー20、21は、テープばね11と接触している。アーム15は、Z軸回りの回転自由度を有している。ローラー20、21は、テープばね11を誘導可能である。2個のローラー20、21は特に、テープばね11が心棒13と同期して正確に巻き戻されるようにすると共に、アーム15がモーター駆動された場合、例えば柔軟構造が衛星に搭載されているときに、テープばねを地上で、または飛行中に再巻き上げ可能にする。また、ローラー20、21によりアーム15とテープばね11の間の摩擦を抑えることができる。
本発明は、テープばねを展開可能にするモーター駆動された第1の構造(例えばカーボン繊維製)、および印加される温度に応じて展開を促進または制限する調整部(熱弾性を有するかまたは特に主テープを下回る転移温度を有する材料製)からなるハイブリッドテープばねに応用できる。材料の粘性が温度に応じて変化する自然現象を利用することにより、展開を調整する際の高い信頼性および反復性が保証される。
ハイブリッドテープばねを使用する場合、テープばねが展開方向だけに駆動されるため、単にテープばねの力だけを用いて再巻き上げを行うのは、不可能である点に注意されたい。テープばねの再巻き上げを可能にするには、電動モーター装置を追加する必要がある。その結果、1回限りの展開が望まれる場合、ハイブリッドまたは電動調整および/またはモーター駆動を行うことが可能である。テープばねを複数回展開することを想定している場合、従って調整および/または駆動は電動でなければならない。
テープばね11の展開を調整すべく、ハイブリッドテープばねを使用する場合、心棒13を加熱することが可能である。有利には、ローラー20、21は加熱ローラーであってよい。加熱ローラーにより、テープばねを2箇所、すなわち各々のアンカーポイントで局所的に暖めることができるため、図1bに模式的に示すように、テープばねを展開させると共に心棒13を回転させ(矢印でZ軸回りの回転を示す)、これによりテープばねの断面が暖められ、次いでローラー20、21と接触するようになる。加熱ローラーによる局所的加熱により、当該構造の展開を調整することが可能になる。また、加熱が局所的であるため、テープばね全体および/または心棒13全体を加熱する必要がなく、従って当該構成は省エネルギーを実現する。この特徴は、特に衛星での使用に有用である。
図5a、5bおよび5cに、半展開位置および展開位置における展開可能構造50、および第1の実施形態による2個の展開可能構造10を含む展開可能構造50を切った断面を示す。展開可能構造50は少なくとも1個の柔軟膜30を含んでいてよい。図5a、5bおよび5cにおいて、本発明による展開可能構造10は各々2個のテープばね41、42を含んでいる。柔軟膜30は、例えば太陽電池、電波を反射する金属セル、熱スクリーンまたは光学スクリーンを製造するための絶縁要素、その他の任意の装置等、展開対象要素を支持することを目的としていてよい。柔軟膜30はテープばね41、42に固定されている。柔軟膜30は、例えば接着、リベット留め、ステープル留め、縫合により自身がテープばねに固定された横方向の紐により強く張ることができる。
図5cに、第1の実施形態による2個の展開可能構造10、および柔軟膜30を含む展開可能構造50の断面を示す。図5cにおいて、心棒13はシャフト14に固定されている。アーム15は、Z軸回りの回転自由度を有している。本実施形態は、加熱ローラーに電力を供給するためにスリップリング型または螺旋巻きケーブル型の回転式電力供給系統を必要とする。これは、シャフト14に対して固定されていてスリップリングを使用しない加熱心棒13の系統により適している。また、図6に示すような別の実施形態を考慮することも可能である。
展開可能構造50を2個のテープばねを有するものとして示したことに注意されたい。しかし、特に柔軟膜をより良好に支持すべく、または柔軟膜の表面積が極めて大きい場合に、本発明を3個以上、例えば3または4個のテープばねを有する展開可能構造に応用することが可能である。
図6は、第1の実施形態による2個のテープばね11、12を含む展開可能構造50を切った断面図である。図6において、心棒13はシャフト14に固定されていて、両者はZ軸回りの回転自由度を有している。アーム15は固定されている。
本実施形態は、加熱ローラーに電力を供給するためのスリップリングまたは螺旋巻きケーブル型の回転式電力供給系統を必要としない。本実施形態では、テープばねの回転を補償する必要が一切無い。しかし、展開可能構造10の展開終了時点で各テープばねの回転をロックする必要がある。
図7に、展開位置にあるテープばねのZ軸回りの回転自由度をロックする手段を示す。Z軸回りの回転自由度をロックする手段は、テープばねの一部をシャフト14に挿入するものである。心棒13の領域において、テープばね11は、心棒13に固定された面の僅かに窪んだ形状であるためシャフト14に挿入される初期位置に復帰することができる。換言すれば、テープばね11は、鍵のようにシャフト14に挿入される。テープばねのZ軸回りの回転は従ってロックされる。
図8に、テープばねを心棒13上でロックする手段の、シャフト14に挿入されたテープばねの湾曲の詳細を含むいくつかの表に見えない詳細事項を示す等角図を示す。
図9に、テープばねをより堅牢に挿入する別の方法を示す。本構成は、固定されたローラー20、21を搭載するアーム15を有する図8に提案するものと同様であり、Z軸の回りに回転可動なシャフト14、心棒13、およびテープばね11、12を備えている。
テープばね11および心棒13は各々2個の終端を有している。展開可能構造10は、各々が2個の終端を有する2個の2次テープばね61、62を含み、2個の2次テープばね61の一方の第1の終端71は、テープばね11の第1の終端81から一定の距離で固定されている。2次テープばね61の第2の終端72は、心棒13の終端91に固定されている。同様に、第2の2次テープばね62の第1の終端73は、テープばね11の第2の終端82から一定の距離で固定されている。2次テープばね62の第2の終端74は、心棒13の終端92に固定されている。テープばねの一部、心棒の一部、および2次テープばねで構成された各アセンブリは、展開位置において、展開されたテープばねに優れた剛性を与える三角形構造を形成する。
図9において、アーム15を破線で示しているが、上述のように局所的加熱によりテープばねの良好な誘導およびテープばねの展開を可能にすべく加熱ローラー20、21に接続されていることは極めて明らかである。従って、テープばねの展開を調整および制御することができる。
2次テープばねは、断面が凸状であるかまたは平坦なブレードであるテープばねあってよい。
展開状態にあるテープばねは、良い引っ張り強度、更には良好な圧縮強度(一定限度内の)をもたらす。従って、上述のように「支柱」のように単独で使用できる。しかし、挿入により嵩張るため、細片と比較して収納性はあまり良くない。
収納位置におけるスペースを節約して巻き上げを可能にすべく、テープばねに代えてケーブル、平坦ブレード、または柔軟細片を用いることが考えられる。しかし、これらは引っ張り機能しか有していない。従って、(図9に示すように)主テープばねの剛性を利用して逆向きに配置してペアとして機能させる必要がある。その理由は、主テープばねにトルクが掛かった場合は一方の柔軟細片が力に抗するのに対し、逆方向にトルクが掛かった場合は反対側の柔軟細片が機能するからである。
2次テープばねは、テープばね11上で三角形の系統を構成する。
柔軟構造30を図9に示す状態に再巻き上げしたい場合に必要なのは、1個または複数の当該2次テープばねが、テープばね61の中央で自身の軸に垂直な力を加えることにより初期状態と同様に巻き上げるようにバックル留めされることだけである。
図10に、2次テープばね61、62を自動的にバックル留めする手段96を示す。バックル留めする力は、当該構造を巻き戻し可能にするモーターにより得られてよい。当該モーターは、ケーブルまたは細片94を介してテープばね61、62を駆動する滑車93に接続されている。滑車93が停止部品95を介して心棒13と接触した場合に、モーターが当該構造を巻き戻すべく心棒13を駆動する。
図11に、柔軟膜30および少なくとも2個の展開可能構造10を備えた少なくとも1個の展開可能構造50を含む衛星100を示す。展開可能構造50は、例えば、回転駆動モーターを介して衛星100のプラットフォームに固定された展開可能な関節型マスト110を更に含んでいる。図10において、柔軟膜30は完全に展開されている。衛星100は第2の柔軟膜30を含んでいる。2個の展開可能構造50は、衛星100の両側に1個ずつ配置されている。柔軟構造50は、衛星100に対してT字状の構成(図2に示す構成)に、すなわち主長手方向が関節型マスト110に垂直に配置されていてよい。柔軟構造はまた、衛星100に対してI字状(図1に示す構成)に、すなわち主長手方向が関節型マスト110の延長線にあるように配置されていてよい。
一般に、実用に際して、展開可能構造50は1回だけの展開に用いられる。しかし、更なる任務要件が生じている。特に、衛星の低軌道から高軌道への移送または牽引である。ドッキング時に、輸送機を操縦するために、可能な限り慣性力を小さくすることが求められ、これは大型の展開可能構造が存在するのは望ましくないことを意味する。また、ドッキング予定の衛星群と一切接触しないようにする必要がある。その結果、展開可能構造を巻き上げることが好ましい。衛星がドッキングした際に、当該構造を再び展開することができる。
本発明により、組み立てる構成要素が少ないため組み立てが簡単になる。テープばねの巻き戻しが良好に制御される。具体的には、テープばねはローラー20、21により誘導され得、ローラー20、21が加熱ローラーである場合は局所的に加熱可能であり、従って展開を調整することができる。
最後に、2個の安定な位置(巻き上げられた位置および展開された位置)を有するテープばねの双安定性質(ハイブリッドまたはそれ以外)により積み重ねがなされるため積み重ねは自律的であってもよい。
しかし、本発明はまた、非ハイブリッドまたは非双安定テープばねにも応用できる。
その場合、展開は、(熱可塑性/加熱ローラー)のペアリングに代えて(テープばねのトルクを抑制する)電動モーター装置により調整される。
10、50 展開可能構造
11、12、41、42 テープばね
13 心棒
14 シャフト
15 アーム
16 支持部
20、21 ローラー
30 柔軟膜
61、62 2次テープばね
71、72、73、74 終端
81、82、83 終端
91、92 終端
93 滑車
94 ケーブル
95 停止部品
96 バックル留め手段
100 衛星
110 関節型マスト

Claims (10)

  1. ・支持部(16)と、
    ・前記支持部(16)に固定されていて、Z軸の回りに巻かれた巻き状態から展開状態に遷移可能なテープばね(11、12)とを含み、前記テープばねが2個の終端(81、82、83)を有する展開可能構造(10)であって、
    前記支持部(16)に対して前記Z軸の回りを回転可能であって、前記テープばね(11、12)の展開を制御すべく前記テープばね(11、12)と第1の接触を形成可能な可動アーム(15)を更に含むこと、前記テープばね(11、12)が自身の2個の終端間で前記支持部(16)上の単一固定点に固定されていること、前記可動アーム(15)が前記テープばね(11、12)の展開を制御すべく前記テープばね(11、12)と第2の接触を形成可能であること、第1の終端が第1の方向において前記Z軸に垂直な第1の軸に沿って前記単一固定点に対して展開可能であること、および第2の終端が前記第1の方向とは異なる第2の方向において前記Z軸に垂直な第2の軸に沿って同時に展開可能であることを特徴とする展開可能構造(10)。
  2. 心棒(13)および前記Z軸にほぼ平行なシャフト(14)を更に含むこと、前記心棒(13)が前記シャフト(14)に固定されていること、および前記テープばね(11、12)が前記心棒(13)の回りに巻かれていることを特徴とする、請求項1に記載の展開可能構造(10)。
  3. 前記可動アーム(15)が2個のローラー(20、21)を搭載していて、前記ローラーが前記テープばね(11)と接触すること、および前記ローラー(20、21)が前記テープばね(11)を誘導可能であることを特徴とする、請求項2に記載の展開可能構造(10)。
  4. 前記ローラー(20、21)が加熱ローラーであること、および前記ローラー(20、21)が前記テープばね(11)を局所的に加熱可能であることを特徴とする、請求項3に記載の展開可能構造(10)。
  5. 前記可動アーム(15)の前記Z軸回りの回転自由度をロックするロック手段を更に含むことを特徴とする、請求項3または4に記載の展開可能構造(10)。
  6. 前記Z軸回りの回転自由度をロックするロック手段が、前記テープばね(11)の一部を前記シャフト(14)にはめ込むものであることを特徴とする、請求項5に記載の展開可能構造(10)。
  7. 前記可動アーム(15)が2個の終端(91、92)を含み、前記心棒(13)が2個の終端を含んでいて、前記展開可能構造(10)が、2個の2次テープばね(61、62)であって各1個が2個の終端(71、72、73、74)を含む2個の2次テープばね(61、62)を含み、前記2個の2次テープばね(61、62)の一方の第1の終端(71、73)が、前記テープばね(11)の第1の終端(81、83)から一定距離で固定されていること、および前記2次テープばね(61、62)の第2の終端(72、74)が前記心棒(13)の一方の終端(91、92)に固定されていることを特徴とする、請求項5または6に記載の展開可能構造(10)。
  8. 前記2次テープばね(61、62)が平坦なブレードであることを特徴とする、請求項7に記載の展開可能構造(10)。
  9. 回転駆動モーターを介して衛星(100)のプラットフォームに固定された展開可能な関節型マスト(110)を更に含むことを特徴とする、請求項1〜8のいずれか1項に記載の展開可能構造(10)。
  10. 請求項1〜9のいずれか1項に記載の少なくとも1個の展開可能構造(10)を含むことを特徴とする衛星(100)。
JP2015141879A 2014-07-25 2015-07-16 テープばね展開可能構造 Active JP6669445B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1401712A FR3024228B1 (fr) 2014-07-25 2014-07-25 Structure deployable a metre-ruban
FR1401712 2014-07-25

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2016030595A JP2016030595A (ja) 2016-03-07
JP6669445B2 true JP6669445B2 (ja) 2020-03-18

Family

ID=51688121

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015141879A Active JP6669445B2 (ja) 2014-07-25 2015-07-16 テープばね展開可能構造

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9669949B2 (ja)
EP (1) EP2977323B1 (ja)
JP (1) JP6669445B2 (ja)
CA (1) CA2897024C (ja)
ES (1) ES2799423T3 (ja)
FR (1) FR3024228B1 (ja)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2998876B1 (fr) * 2012-12-05 2015-07-17 Thales Sa Dispositif de deploiement et de reploiement d'une structure flexible, structure deployable flexible et satellite munis d'un tel dispositif
US10263316B2 (en) * 2013-09-06 2019-04-16 MMA Design, LLC Deployable reflectarray antenna structure
US10241293B2 (en) * 2014-09-26 2019-03-26 Massachusetts Institute Of Technology Methods and apparatus for deployable sparse-aperture telescopes
US9856039B2 (en) * 2014-10-08 2018-01-02 Analytical Mechanics Associates, Inc. Extendable solar array for a spacecraft system
US10189583B2 (en) * 2015-05-13 2019-01-29 Analytical Mechanics Associates, Inc. Deployable sheet material systems and methods
FR3048418B1 (fr) * 2016-03-02 2019-04-19 Thales Dispositif de deploiement et de pointage
KR101872612B1 (ko) * 2016-11-10 2018-06-28 한국항공우주연구원 우주 쓰레기 제거용 위성
US10326539B2 (en) * 2017-04-12 2019-06-18 Rohde & Schwarz Gmbh & Co. Kg Test system and test method
FR3070049B1 (fr) * 2017-08-10 2019-09-06 Airbus Defence And Space Sas Procede de fabrication dans l'espace de structures de grandes dimensions
FR3098651B1 (fr) * 2019-07-11 2022-07-08 Thales Sa Dispositif de deploiement tridimensionnel
FR3110552A1 (fr) * 2020-05-20 2021-11-26 Thales Véhicule en orbite avec membrane enroulable et déployable pour le contrôle d’attitude et d’orbite
AU2021310850A1 (en) * 2020-07-21 2023-03-16 Dawn Tech Ltd An electric spiraling piston and systems devices apparatuses and methods utilizing same
CN115367150B (zh) * 2022-08-03 2024-05-17 银河航天(北京)网络技术有限公司 一种剪叉式太阳翼系统

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR803986A (fr) 1935-07-03 1936-10-13 épingle pour fixer les tôles avant rivetage
FR1203300A (fr) 1958-09-16 1960-01-18 Genre de construction à plates-formes nues étagées pour aménagement de maisons légères individuelles
US3544041A (en) * 1967-11-07 1970-12-01 Communications Satellite Corp Deployable flexible solar array
US4506446A (en) * 1983-02-22 1985-03-26 Rodger Mitchell Tape measure having two tapes
GB2216870A (en) * 1988-04-08 1989-10-18 Peter Joseph Searle Centre-finding tape measure
US6904722B2 (en) * 2001-02-21 2005-06-14 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Elongated truss boom structures for space applications
US8185783B2 (en) * 2007-11-22 2012-05-22 Microsoft Corporation Split user-mode/kernel-mode device driver architecture
FR2933771B1 (fr) 2008-07-11 2010-08-13 Thales Sa Metre ruban a deploiement thermique et structure deployable comportant ledit metre ruban
US8683755B1 (en) * 2010-01-21 2014-04-01 Deployable Space Systems, Inc. Directionally controlled elastically deployable roll-out solar array
FR2969984B1 (fr) * 2010-12-30 2013-02-08 Thales Sa Générateur solaire deroulable caissonne
FR2969985B1 (fr) * 2010-12-30 2016-09-09 Thales Sa Générateur solaire plan deroulable
FR2998876B1 (fr) * 2012-12-05 2015-07-17 Thales Sa Dispositif de deploiement et de reploiement d'une structure flexible, structure deployable flexible et satellite munis d'un tel dispositif

Also Published As

Publication number Publication date
US20160023781A1 (en) 2016-01-28
US9669949B2 (en) 2017-06-06
EP2977323B1 (fr) 2020-03-25
ES2799423T3 (es) 2020-12-17
CA2897024A1 (en) 2016-01-25
FR3024228A1 (fr) 2016-01-29
EP2977323A1 (fr) 2016-01-27
FR3024228B1 (fr) 2018-02-09
JP2016030595A (ja) 2016-03-07
CA2897024C (en) 2022-06-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6669445B2 (ja) テープばね展開可能構造
JP6668009B2 (ja) 展開可能構造用の収納可能テープばねの内蔵方法およびテープばね展開可能構造
JP6762705B2 (ja) テープバネを用いた伸縮自在展開可能構造
US9604737B2 (en) Directionally controlled elastically deployable roll-out solar array
US9718639B2 (en) Device for unfurling and refurling a flexible structure, and a flexible unfurlable structure and satellite both equipped with such a device
US9611056B1 (en) Directionally controlled elastically deployable roll-out solar array
US8356774B1 (en) Structure for storing and unfurling a flexible material
US9975652B2 (en) Boxed unwindable solar generator
JP2012140120A (ja) 展開可能で平らな太陽発電機
Pellegrino Large retractable appendages in spacecraft
JP2017100714A (ja) 太陽光発電装置の組を含む展開可能構造物、そのような展開可能構造物を展開するシステム、およびそのようなシステムを含む人工衛星
CN110994118A (zh) 一种绳索驱动的伞状卡塞格伦天线主副面平稳展开机构
Firth et al. Advanced dual-pull mechanism for deployable spacecraft booms
Davis et al. Development of compact mechanically driven systems for high strain composite slit-tubes
JP4877809B2 (ja) 展開型アンテナ
US11038252B1 (en) Deployable loop antenna
JP2508066B2 (ja) 膜構造物の展開収納機構

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20180629

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20190530

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190618

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190912

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20200218

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20200227

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6669445

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250