RU187288U1 - Трансформируемый каркас - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области трансформируемых элементов конструкций космических аппаратов, в частности к каркасам солнечных батарей и антенн.

Сборный трансформируемый каркас состоит из секций 1, имеющих форму равновеликих трапеций, попарно соединенных по малым и большим основаниям упругими шарнирами 2 с образованием лент, а ленты объединены соединительными элементами в форме двух типов равнобедренных треугольников 3 в складчатую структуру типа модифицированного z-гофра, которая в развернутом состоянии имеет плоскую поверхность, а в конечном сжатом состоянии образует блок с цилиндрической поверхностью, при этом механизмы развертывания выполнены в виде упругих шарниров в форме скобы с двумя фиксированными положениями, соответствующими компактному и развернутому состоянию каркаса (виды А и Б соответственно). Само раскрытие каркаса реализуется за счет упругих сил, накопленных в упругих шарнирах, объединяющих секции в каркас.

Предлагаемый трансформируемый каркас имеет повышенную компактность при выведении на орбиту при силовом корпусе космического аппарата цилиндрической формы в силу того, что его конструкция является складчатой структурой типа модифицированного z-гофра, а значит, при складывании из развернутого положения в компактное размеры каркаса сокращаются сразу в двух направлениях: перпендикулярно оси космического аппарата и вдоль оси космического аппарата.

При раскрытии предлагаемого каркаса из компактного положения в рабочее развернутое динамическое влияние процесса раскрытия на точность стабилизации космического аппарата является минимальным. Трансформируемый каркас имеет высокое массовое совершенство и упрощенный механизм развертывания, т.к. развертывание осуществляется за счет простых по конструкции упругих шарниров с исключением электро-пневмо-механических приводов. 1 ил.

Description

Полезная модель относится к области трансформируемых элементов конструкций космических аппаратов, в частности к каркасам солнечных батарей и антенн.

Известна саморазворачивающаяся солнечная батарея (патент США 3690080 Solar array with self-erecting, self-rigidizing roll-up sheets, опубл. 12 сентября 1972).

Данная панель состоит из отдельных секций, соединенных между собой шарнирами, которые удерживают панель в сложенном состоянии в процессе транспортировки и разворачивают в плоскость. Разворачивание конструкции осуществляется за счет гибких элементов, которые закреплены на ребрах отдельных элементов и находятся в плоском состоянии, когда панель находится в сложенном состоянии. По мере разворачиваниия за счет энергии упругости гибкие элементы скручиваются в трубчатые балки и обеспечивают таким образом жесткость солнечной батареи в конечном развернутом состоянии.

Недостатком такой конструкции является низкая компактность в сложенном состоянии, сложный механизм развертывания, имеющий большой вес.

Известна солнечная батарея (патент США 5487791 Stowable and self-deployable parallelogram-type panel array, опубл. 30 января 1996 г.).

Панель данной батареи состоит из двух рядов секций, имеющих прямоугольную форму и соединенных между собой шарнирами. Каждый ряд при трансформировании имеет форму линейного гофра с меняющейся амплитудой. Между собой ряды секций находятся в противофазе, соединены по узлам с образованием пантографа. Данная батарея крепится к космическому аппарату и в сложенном состоянии имеет форму блока. Шарниры, расположенные между панелями, имеют привод, за счет которого осуществляется разворачивание конструкции в космосе и который может быть реализован, например, в виде скрученной пружины.

Недостатками данной конструкции являются низкая компактность панелей солнечной батареи в сложенном состоянии, а также большое количество структурных элементов механизма развертывания и, как следствие, увеличение общей массы конструкции и снижение ее надежности.

Известна конструкция солнечной батареи, установленной на космическом аппарате «Экспресс-000» (Спутниковая платформа «Экспресс-1000». Учебное пособие / под ред. В.А. Бабука, Н.А. Тестоедова, Санкт-Петербург, 2015). Ее каркас состоит из двух прямоугольных секций, шарнирно соединенных между собой с возможностью складывания.

Недостатком данной конструкции является низкая компактность в сложенном состоянии, т.к. сложенный пакет по своим габаритам не может быть меньше размеров в плане одной секции; кроме этого, такие каркасы при раскрытии оказывают существенное вредное динамическое влияние на стабилизацию космического аппарата.

Известен каркас солнечной батареи (Крылов А.В., Чурилин С.А. Моделирование раскрытия солнечных батарей различных конфигураций. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. «Машиностроение», 2011, №1. С. 106-112).

Данный каркас состоит из прямоугольных секций, шарнирно соединенных между собой по боковым кромкам с возможностью складывания, имеющий конфигурацию топологического дерева с дополнительными боковыми секциями и снабженный системой тросовой синхронизации.

Недостатком является низкая компактность конструкции, сложная система синхронизации раскрытия и снижения динамического влияния на точность стабилизации космического аппарата.

Известен каркас солнечной батареи (Патент RU 2247683 С1 «Модульная конструкция космического аппарата», авторов Медведева А.А., Недайводы А.К., Радугина И.С. и др., опубл. 10.03.2005, бюл. №7), состоящий из прямоугольных секций, шарнирно связанных между собой по кромкам с возможностью складываться с пониженным вредным динамическим влиянием на точность стабилизации космического аппарата за счет повышенной жесткости их конструкции и использования привода раскрытия солнечных батарей с устройством динамической разгрузки или пологим законом нарастания управляющего момента.

Недостатком данной конструкции являются низкая компактность солнечной батареи в сложенном состоянии при выведении на орбиту, сложность и большой вес привода раскрытия с устройством динамической разгрузки для повышения точности стабилизации космического аппарата.

Данная конструкция принята за прототип.

Проблемой является создание трансформируемой конструкции, способной складываться до минимальных габаритов и компактно укладываться на корпус космического аппарата цилиндрической формы при выводе на орбиту с минимальным вредным динамическим влиянием раскрытия на точность стабилизации космического аппарата.

Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, заключается в повышении компактности в сложенном виде при выведении на орбиту при силовом корпусе космического аппарата цилиндрической формы, упрощении механизма развертывания и кинематики развертывания солнечной батареи с исключением электромеханических, электрических, пневмогидравлических приводов, а также снижении динамического влияния процесса раскрытия каркаса на точность стабилизации космического аппарата.

Технический результат достигается тем, что в трансформируемом каркасе солнечной батареи, состоящем из плоских секций, соединенных между собой шарнирами и механизмами развертывания панелей, новым является то, что каркас состоит из секций, имеющих форму равновеликих трапеций, попарно соединенных по малым и большим основаниям упругими шарнирами с образованием лент, а ленты объединены соединительными элементами в форме двух типов равнобедренных треугольников в складчатую структуру типа модифицированного z-гофра, которая в развернутом состоянии имеет плоскую поверхность, а в конечном сжатом состоянии образует блок с цилиндрической поверхностью, при этом механизмы развертывания выполнены в виде упругих шарниров в форме скобы с двумя фиксированными положениями, соответствующими компактному и развернутому состоянию каркаса.

Сущность полезной модели показана на Фиг. 1.

Здесь: 1 - секции каркаса, имеющие форму трапеций; 2 - упругие шарниры; 3 - соединительные элементы в форме равнобедренных треугольников; 4 - корпус космического аппарата в виде цилиндра; Фиг. 1, а - корпус космического аппарата с каркасом в компактном (сложенном) состоянии; Фиг. 1, б, и Фиг. 1, в - корпус космического аппарата с трансформируемым каркасом на этапах его развертывания; Фиг. 1, г - корпус космического аппарата с полностью развернутым каркасом; Фиг. 1, д - разметка, соответствующая складчатой структуре типа модифицированного z-гофра; Фиг. 1, е - упругий шарнир: А - в сложенном состоянии, Б - в развернутом состоянии.

Сборный трансформируемый каркас (Фиг. 1) состоит из секций 1, имеющих форму равновеликих трапеций, попарно соединенных по малым и большим основаниям упругими шарнирами 2 с образованием лент, а ленты объединены соединительными элементами в форме двух типов равнобедренных треугольников 3 в складчатую структуру типа модифицированного z-гофра, которая в развернутом состоянии имеет плоскую поверхность, а в конечном сжатом состоянии образует блок с цилиндрической поверхностью, при этом механизмы развертывания выполнены в виде упругих шарниров в форме скобы с двумя фиксированными положениями, соответствующими компактному и развернутому состоянию каркаса (виды А и Б соответственно).

Секции каркаса в форме равновеликих трапеций могут быть выполнены как сэндвич-панели с сотовым заполнителем многостеночных панелей, рам с натянутыми по площади струнами. Крепление каркаса к корпусу космического аппарата должно включать моментные узлы, один из которых должен быть фиксированным, а остальные узлы должны обеспечивать скольжение элементов каркаса вдоль направляющей на его боковой поверхности, чтобы была возможность реализации трансформирования складчатой структуры в двух направлениях, в том числе вдоль оси корпуса.

Само раскрытие каркаса реализуется за счет упругих сил, накопленных в упругих шарнирах, объединяющих секции в каркас.

Предлагаемый трансформируемый каркас имеет повышенную компактность при выведении на орбиту по двум причинам: его конструкция является складчатой структурой типа модифицированного z-гофра, а значит, при складывании из развернутого положения в компактное размеры каркаса сокращаются сразу в двух направлениях: перпендикулярно оси космического аппарата и вдоль оси космического аппарата (в существующих прототипах размеры сокращаются только в перпендикулярном к оси космического аппарата направлении, а вдоль оси остаются прежними); в сложенном виде каркас принимает цилиндрическую форму, что обеспечивает плотное прилегание к силовому корпусу космического аппарата цилиндрической формы.

При раскрытии предлагаемого каркаса из компактного положения в рабочее развернутое динамическое влияние процесса раскрытия на точность стабилизации космического аппарата является минимальным. В отличие от прототипов складчатая структура типа модифицированноно z-гофра в любом промежуточном положении трансформирования является статически стабильной, т.е. все моменты от упругих шарниров уравновешены относительно срединной поверхности каркаса, а силы раскрытия сводятся в одну срединную плоскость каркаса. Таким образом, ускорение и самодвижение раскрытия происходят только в срединной плоскости каркаса и уравновешиваются таким же движением трансформируемого каркаса, расположенного с симметрично противоположной стороны корпуса.

Трансформируемый каркас имеет высокое массовое совершенство и упрощенный механизм развертывания, т.к. развертывание осуществляется за счет простых по конструкции упругих шарниров с исключением электропневмомеханических приводов.

Claims (1)

1. Трансформируемый каркас солнечной батареи, состоящий из плоских секций, соединенных между собой шарнирами, и механизмов развертывания секций, отличающийся тем, что каркас состоит из секций, имеющих форму равновеликих трапеций, попарно соединенных по малым и большим основаниям упругими шарнирами с образованием лент, а ленты объединены соединительными элементами в форме двух типов равнобедренных треугольников в складчатую структуру типа модифицированного z-гофра, которая в развернутом состоянии имеет плоскую поверхность, а в конечном сжатом состоянии образует блок с цилиндрической поверхностью, при этом механизмы развертывания выполнены в виде упругих шарниров в форме скобы с двумя фиксированными положениями, соответствующими компактному и развернутому состоянию каркаса.

Images