RU200653U1

RU200653U1 - Solar spacecraft battery deployment device

Info

Publication number: RU200653U1
Application number: RU2020119043U
Authority: RU
Inventors: Семён Андреевич Зоммер; Станислав Игоревич Немчанинов; Валентин Иванович Парафейник
Original assignee: Акционерное общество «Информационные спутниковые системы» имени академика М.Ф. Решетнёва»
Priority date: 2020-06-09
Filing date: 2020-06-09
Publication date: 2020-11-03

Abstract

Полезная модель относится к космической технике, а именно к конструкциям солнечных батарей, и может быть использована в системах энергосбережения космических аппаратов (КА).Технической проблемой, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является недостаточная максимальная мощность СБ.Техническая проблема решается за счет того, что устройство раскрытия батареи солнечной космического аппарата содержит гармоникобразно сложенные панели БС, соединенные между собой и со звеньями гармоникобразно сложенного пантографа, соединенного со штангой, корневой шарнирный узел которой соединен с космическим аппаратом, все соединения реализованы в виде шарнирных узлов,штанга является многозвенной конструкцией, звенья которой соединены между собой шарнирным узлом, крайнее звено штанги соединено с пакетом панелей БС и центральным звеном пантографа шарнирными узлами; шарнирные узлы, соединяющие панели СБ между собой, и шарнирные узлы, соединяющие панели СБ со звеньями пантографа и расположенные в центре каждого звена, имеют каждый по две оси вращения, обеспечивающие противоположно направленное вращения соседних панелей и соседних звеньев пантографа; на каждое звено пантографа при раскрытии приходится несколько раскрываемых им панелей БС; корневой шарнир штанги, промежуточный шарнир штанги и шарнир между штангой и центральным звеном пантографа соединены тросовой передачей; устройство снабжено приводом раскрытия штанги и пантографа.Техническим результатом полезной модели является обеспечение ориентации всех панелей в одной плоскости в рабочем положении солнечной батареи и минимизация перемещения центра масс всей конструкции во время раскрытия как за счет использования пакета жестких панелей СБ, расположенных симметрично по обе стороны от оси штанги, и шарнирно связанных между собой и через пантограф со штангой, которая крепится к космическому аппарату, так и за счет построения кинематической схемы и конструкции шарнирных узлов, позволяющих обеспечивать параллельность всех панелей в рабочем положении.The utility model relates to space technology, namely to the structures of solar batteries, and can be used in energy-saving systems for spacecraft (SC). The technical problem to be solved by the claimed utility model is the insufficient maximum power of the SB. The technical problem is solved due to the fact that the device for disclosing the battery of a solar spacecraft contains harmonically folded BS panels, connected to each other and to the links of a harmonically folded pantograph connected to a rod, the root hinge of which is connected to the spacecraft, all connections are implemented in the form of hinged nodes, the rod is a multi-link structure, the links of which are connected to each other by a hinge assembly, the extreme link of the rod is connected to the stack of BS panels and the central link of the pantograph by hinged nodes; the hinge nodes connecting the SB panels to each other, and the hinge nodes connecting the SB panels with the pantograph links and located in the center of each link, each have two rotation axes, providing oppositely directed rotation of the adjacent panels and adjacent pantograph links; for each link of the pantograph when opening, there are several BS panels that it opens; the root hinge of the bar, the intermediate hinge of the bar and the hinge between the bar and the central link of the pantograph are connected by a cable transmission; the device is equipped with a drive for opening the rod and pantograph. The technical result of the utility model is to ensure the orientation of all panels in the same plane in the working position of the solar battery and to minimize the displacement of the center of mass of the entire structure during deployment, both by using a package of rigid SB panels located symmetrically on both sides the axis of the rod, and pivotally connected to each other and through a pantograph with a rod, which is attached to the spacecraft, and due to the construction of the kinematic diagram and the design of the hinge units, allowing to ensure the parallelism of all panels in the working position

Description

Полезная модель относится к космической технике, а именно к конструкциям солнечных батарей (СБ), и может быть использована при создании космического аппарата (КА).The utility model relates to space technology, namely to the structures of solar cells (SB), and can be used to create a spacecraft (SC).

Из существующего уровня техники известно устройство раскрытия батареи солнечной космического аппарата, описанное в изобретении «Солнечная батарея для спутниковых транспортных средств» (патент US6423895B1, B64G1/44), заключающееся в том, что между двумя панелями размещены гармоникообразно сложенные батареи солнечные, закрепленные на гибкой подложке, концы которых соединены с соответствующей панелью. Панели между собой соединены механизмом раздвижения друг относительно друга, выполненным в виде пантографа, состоящего из перекрещивающихся штанг, и обеспечивающим разворачивание батареи солнечной в плоскость.A device for disclosing a battery of a solar spacecraft described in the invention "Solar battery for satellite vehicles" (patent US6423895B1, B64G1 / 44) is known from the prior art, which consists in the fact that harmonically folded solar batteries fixed on a flexible substrate are placed between two panels whose ends are connected to the corresponding panel. The panels are connected to each other by a sliding mechanism relative to each other, made in the form of a pantograph, consisting of crossing rods, and providing the unfolding of the solar battery in a plane.

Из существующего уровня техники известно изобретение «Солнечная батарея для космического аппарата» (патент WO 99/07017, B64G1/44). Данный аналог представляет собой контейнер, в котором размещены гармоникообразно сложенные створки фотопреобразователей (ФП). Раскрытие СБ происходит с помощью механизма, выполненного в виде пантографа, состоящего из перекрещивающихся штанг, на концах которых крепятся створки ФП.From the prior art, the invention "Solar battery for a spacecraft" is known (patent WO 99/07017, B64G1 / 44). This analogue is a container in which harmonically folded shutters of photoconverters (FP) are placed. The SB opens with the help of a mechanism made in the form of a pantograph, consisting of intersecting rods, at the ends of which the FP flaps are attached.

Недостатком описанных выше устройств является отсутствие штанги, обеспечивающей необходимое расстояние от корпуса космического аппарата для исключения затенения площади батареи солнечной элементами конструкции КА и как следствие снижение максимальной мощности батареи солнечной. Так же недостатком конструкций является то, что при разворачивании батареи солнечной большой площади в плоскость, центр масс батареи солнечной смещается в направлении от аппарата, что ужесточает требования к жесткости и прочности конструкции и, как следствие, к росту габаритов и массы конструкции.The disadvantage of the devices described above is the absence of a rod providing the required distance from the spacecraft body to avoid shading of the battery area by the solar elements of the spacecraft design and, as a consequence, a decrease in the maximum power of the solar battery. Also, the disadvantage of the structures is that when the solar battery of a large area is unfolded into a plane, the center of mass of the solar battery shifts in the direction from the apparatus, which increases the requirements for the rigidity and strength of the structure and, as a consequence, increases the dimensions and weight of the structure.

Из существующего уровня техники наиболее близким к заявленному решению (прототипом) является устройство раскрытия батареи солнечной космического аппарата, описанное в статье: "The qualification test program of the envisat solar array mechanism" под авторством R. Zwanenburg, компании "Fokker Space & Systems, P.O.Box 32070, 2303 DB Leiden, The Netherlands", заключающееся в том, что конструкция содержащая штангу, From the existing prior art, the closest to the claimed solution (prototype) is a solar spacecraft battery deployment device described in the article: "The qualification test program of the envisat solar array mechanism" by R. Zwanenburg, Fokker Space & Systems, PO Box 32070, 2303 DB Leiden, The Netherlands ", which consists in the fact that a structure containing a barbell,

корневой шарнирный узел которой соединен с космическим аппаратом, а концевой шарнирный узел соединен с первой панелью из пакета гармоникообразно сложенных панелей, соединенных между собой шарнирными узлами. При этом каждая панель пакета соединена шарнирным узлом с соответствующим звеном гармоникобразно сложенного пантографа, таким образом, что при раскрытии панели и звенья пантографа образуют две перпендикулярные плоскости, а в раскрытом положении остаются под углом друг к другу, обеспечивая заданную жесткость конструкции.the root hinge node of which is connected to the spacecraft, and the end hinge node is connected to the first panel from the package of harmonically folded panels, interconnected by hinge nodes. In this case, each panel of the package is connected by a hinge assembly with the corresponding link of a harmonically folded pantograph, so that when the panel and pantograph links are opened, they form two perpendicular planes, and in the open position they remain at an angle to each other, providing a given structural rigidity.

Недостатком описанного выше устройства является то, что панели в раскрытом положении не лежат в одной плоскости, что приводит к снижению максимальной мощности батареи солнечной, так как панели расположены не перпендикулярно световому потоку. The disadvantage of the above device is that the panels in the open position do not lie in the same plane, which leads to a decrease in the maximum power of the solar battery, since the panels are not perpendicular to the luminous flux.

Для заявленной полезной модели выявлены основные общие существенные признаки такие, как: гармоникобразно сложенные панели СБ, соединенные между собой и со звеньями гармоникобразно сложенного пантографа, соединенного со штангой, корневой шарнирный узел которой соединен с космическим аппаратом, все соединения реализованы в виде шарнирных узлов.For the claimed utility model, the main common essential features have been identified, such as: harmonically folded SB panels, connected to each other and to the links of a harmonically folded pantograph connected to a rod, the root hinge of which is connected to the spacecraft, all connections are implemented in the form of hinged nodes.

Технической проблемой, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является недостаточная максимальная мощность СБ. The technical problem to be solved by the claimed utility model is the insufficient maximum power of the SB.

Техническая проблема решается за счет того, что устройство раскрытия батареи солнечной космического аппарата содержит пантограф, состоящий из звеньев с возможностью гармоникообразного сложения, пантограф соединен со штангой, корневой шарнирный узел которой соединен с космическим аппаратом, все соединения реализованы в виде шарнирных узлов, штанга является многозвенной конструкцией, звенья которой соединены между собой шарнирным узлом, крайнее звено штанги соединено с пакетом панелей БС и центральным звеном пантографа шарнирными узлами; шарнирные узлы, соединяющие панели СБ между собой и шарнирные узлы, соединяющие панели СБ со звеньями пантографа и расположенные в центре каждого звена, имеют каждый по две оси вращения, обеспечивающие противоположно направленное вращения соседних панелей и соседних звеньев пантографа; на каждое звено пантографа при раскрытии приходится несколько раскрываемых им панелей БС; корневой шарнир штанги, промежуточный шарнир штанги и шарнир между штангой и центральным звеном пантографа соединены тросовой передачей; устройство снабжено приводом раскрытия штанги и пантографа.The technical problem is solved due to the fact that the device for disclosing the battery of a solar spacecraft contains a pantograph, consisting of links with the possibility of harmonic folding, the pantograph is connected to a bar, the root hinge of which is connected to the spacecraft, all connections are implemented in the form of hinge nodes, the bar is a multi-link structure, the links of which are interconnected by a hinge unit, the extreme link of the bar is connected to the BS panels package and the central link of the pantograph by hinged units; the hinge nodes connecting the SB panels to each other and the hinge nodes connecting the SB panels to the pantograph links and located in the center of each link, each have two rotation axes, providing oppositely directed rotation of the adjacent panels and adjacent pantograph links; for each link of the pantograph when opening, there are several BS panels that it opens; the root hinge of the bar, the intermediate hinge of the bar and the hinge between the bar and the central link of the pantograph are connected by a cable transmission; the device is equipped with a drive for opening the rod and pantograph.

Сущность полезной модели поясняется чертежами.The essence of the utility model is illustrated by drawings.

На фиг. 1,2 представлено механическое устройство батареи солнечной в сложенном положении.FIG. 1.2 shows the mechanical arrangement of the solar battery in the folded position.

На фиг. 3,7 представлены шарнирные соединения между звеном штанги, пантографом и панелями.FIG. Figures 3 and 7 show the hinge connections between the boom link, pantograph and panels.

На фиг. 4, 6 представлено механическое устройство батареи солнечной в раскрытом положении.FIG. 4, 6 show the mechanical device of the solar battery in the open position.

На фиг. 5 представлено шарнирное соединение между пакетом панелей и звеном штанги.FIG. 5 shows the pivot joint between the panel stack and a boom link.

На фиг. 8 представлена кинематическая схема процесса раскрытия пантографа и пакета панелей.FIG. 8 shows a kinematic diagram of the process of opening the pantograph and the package of panels.

На фиг. 9, 10 представлен процесс раскрытия.FIG. 9, 10 show the disclosure process.

Устройство раскрытия батареи солнечной космического аппарата, содержит гармоникобразно сложенные панели 1, которые соединены между собой и через пантограф 2 со штангой 3, которая крепится к космическому аппарату (КА) посредством корневого шарнира 4 штанги. Панели расположены симметрично по обе стороны относительно штанги. Штанга 3 является многозвенной конструкцией, звенья которой соединены между собой промежуточным шарниром 5 штанги. При этом крайнее звено штанги соединено с пакетом панелей шарниром 6 и с центральным звеном пантографа шарнирным узлом 7.The device for opening the battery of a solar spacecraft contains harmonically folded panels 1, which are connected to each other and through a pantograph 2 with a rod 3, which is attached to the spacecraft (SC) by means of the root hinge 4 of the rod. The panels are located symmetrically on both sides of the rod. The rod 3 is a multi-link structure, the links of which are interconnected by the intermediate hinge 5 of the rod. In this case, the extreme link of the rod is connected to the package of panels by a hinge 6 and to the central link of the pantograph by a hinge assembly 7.

Пантограф представляет собой гармоникообразно сложенные звенья, соединенные между собой шарнирными узлами 8 и с панелями СБ шарнирными узлами 9. Гармоникообразно сложенные панели соединены между собой шарнирными узлами 10. Корневой шарнир 4 штанги, промежуточный шарнир 5 штанги и шарнир 7 между штангой и центральным звеном пантографа 2 соединены тросовой передачей 11, обеспечивающей синхронное раскрытие звеньев штанги 3 и звеньев пантографа 2. Механическое устройство батареи солнечной закрепляется на корпусе космического аппарата (КА) и удерживается в транспортировочном положении с помощью замков 12. Шарнирные узлы 9, соединяющие звенья пантографа 2 с панелями 1, расположены в центре каждого звена пантографа 2. На каждое звено пантографа 2 при раскрытии приходится несколько раскрываемых им панелей СБ, например, два соседних ШУ 9 раскрывают четыре панелеи СБ. Шарнирные соединения, кроме соединений между панелями, снабжены приводными пружинами раскрытия солнечной батареи.The pantograph is a harmonically folded links, interconnected by hinge nodes 8 and with SB panels by hinge nodes 9. Harmonically folded panels are interconnected by hinge nodes 10. Root hinge 4 of the rod, intermediate hinge 5 of the rod and hinge 7 between the rod and the central link of the pantograph 2 connected by a cable transmission 11, providing synchronous opening of the links of the rod 3 and the links of the pantograph 2. The mechanical device of the solar battery is fixed on the body of the spacecraft (SC) and is held in the transport position by means of locks 12. The hinged assemblies 9 connecting the links of the pantograph 2 with the panels 1, are located in the center of each link of the pantograph 2. For each link of the pantograph 2, upon opening, there are several SB panels that it opens, for example, two adjacent SHU 9 open four SB panels. The hinge joints, in addition to the joints between the panels, are equipped with drive springs for opening the solar battery.

Особенностью конструкции шарнирных узлов 9 и 10, соединяющих панели СБ со звеньями пантографа 2 и панели БС между собой, является то, что в конструкции предусмотрено две оси вращения панелей СБ. Т.е. две соседних панели СБ, соединенные общим шарниром, имеют каждая свою ось вращения, вокруг которой происходит противоположно направленное вращение во время раскрытия. В отличие от аналогов, вращение панелей в которых происходит вокруг одной общей оси для двух панелей, применение конструкции шарнирного узла с двумя осями обеспечивает параллельность всех панелей в рабочем положении, при раскрытии их с помощью пантографа.A design feature of the hinge nodes 9 and 10, connecting the SB panels with the links of the pantograph 2 and the BS panel with each other, is that the design provides for two rotation axes of the SB panels. Those. two adjacent panels SB, connected by a common hinge, each have its own axis of rotation around which oppositely directed rotation occurs during opening. Unlike analogs, in which the rotation of the panels occurs around one common axis for two panels, the use of a hinge assembly with two axes ensures the parallelism of all panels in the working position, when they are opened using a pantograph.

Устройство раскрытия батареи солнечной работает следующим образом:The solar battery opening device works as follows:

После срабатывания замков 12 происходит синхронное раскрытие корневого и промежуточного шарнирных узлов штанги 3 и шарнира 7 между штангой и центральным звеном пантографа 2, связанных между собой тросовой передачей 11, при помощи привода, установленного в одном из этих шарнирных соединений. Кинематическая схема конструкции построена таким образом, что при вращении центрального звена пантографа, происходит синхронное раскрытие всех остальных звеньев пантографа и связанных с ними панелями СБ в двух направлениях, симметрично по обе стороны относительно оси штанги. Таким образом, происходит раскрытие пакета панелей в рабочее положение. After the locks 12 are actuated, the root and intermediate hinge nodes of the rod 3 and the hinge 7 between the rod and the central link of the pantograph 2, interconnected by a cable transmission 11, are opened synchronously by means of a drive installed in one of these hinged joints. The kinematic diagram of the structure is built in such a way that when the central link of the pantograph rotates, all other links of the pantograph and the SB panels connected with them open synchronously in two directions, symmetrically on both sides relative to the axis of the bar. Thus, the package of panels is opened to the working position.

Техническим результатом полезной модели является обеспечение ориентации всех панелей в одной плоскости в рабочем положении солнечной батареи и минимизация перемещения центра масс всей конструкции во время раскрытия как за счет использования пакета жестких панелей СБ, расположенных симметрично по обе стороны от оси штанги, и шарнирно связанных между собой и через пантограф со штангой, которая крепится к космическому аппарату, так и за счет построения кинематической схемы и конструкции шарнирных узлов, позволяющих обеспечивать параллельность всех панелей в рабочем положении. The technical result of the utility model is to ensure the orientation of all panels in one plane in the operating position of the solar battery and to minimize the displacement of the center of mass of the entire structure during deployment, both through the use of a package of rigid SB panels, located symmetrically on both sides of the axis of the boom, and hingedly interconnected and through a pantograph with a bar, which is attached to the spacecraft, and due to the construction of the kinematic diagram and the design of the hinge joints, allowing to ensure the parallelism of all panels in the working position.

Claims

1. A device for opening the battery of a solar (BS) spacecraft (SC), containing a pantograph, consisting of links with the possibility of harmonic addition, the pantograph is connected to a bar, the root hinge node of which is connected to the SC, all connections are implemented in the form of hinge nodes, characterized in that the bar is a multi-link structure, the links of which are interconnected by a hinge node, the extreme link of the bar is connected to the set of BS panels and the central link of the pantograph by hinged nodes, hinge nodes connecting the BS panels to each other, and hinge nodes connecting the BS panels to the links in the pantograph and located the center of each link, each have two axes of rotation, providing oppositely directed rotation of adjacent panels and adjacent pantograph links, for each pantograph link, when it is opened, there are several BS panels that it opens, the root hinge of the bar, the intermediate hinge of the bar and the hinge between the bar and the central link of the pantograph connected by a cable transmission, the device is equipped with a drive for opening the rod and pantograph.

2. A device for opening the battery of a solar spacecraft according to claim 1, characterized in that every fourth panel of the package is connected by a hinge assembly with the corresponding link of the pantograph.