RU2144890C1

RU2144890C1 - Solar battery

Info

Publication number: RU2144890C1
Application number: RU99110092/28A
Authority: RU
Inventors: А.В. Шолохов; А.М. Дынин; А.В. Марков
Original assignee: Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им.С.П.Королева"
Priority date: 1999-05-11
Filing date: 1999-05-11
Publication date: 2000-01-27

Abstract

FIELD: rocketry and space engineering; deploying photoelectric panels on space objects into working position. SUBSTANCE: according to invention, pleated panels of solar battery are provided with deployable mast in form of truss made from flexible profiles wound on drums. Truss includes folding sections made in form of parallel rectangular frames interconnected by means of these profiles and bracing struts and provided with locks. Edges of adjacent panels are connected with frames of respective sections of truss. Outer of first panel is articulated with base of transport container and outer of last panel is connected with its cover. After deploying the truss and shifting the bracing struts from transportation position to working position, locks operate rigidly connecting the frames with profiles. EFFECT: increased bearing capacity of mast; reduced overall dimensions of device in transport position. 2 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к ракетно-космической технике, а именно к источникам получения энергии, и может быть использовано для раскрытия и удержания в рабочем состоянии фотоэлектрических панелей (ФЭП) преимущественно на космических объектах. The invention relates to rocket and space technology, and in particular to sources of energy, and can be used to open and maintain photovoltaic panels (PECs) primarily in space objects.

Известна трансформируемая солнечная батарея (СБ) по заявке ФРГ N 2751273 (B 64 G, 9/00), содержащая складывающиеся "гармошкой" и связанные между собой шарнирно ФЭП. Known convertible solar battery (SB) according to the application of Germany N 2751273 (B 64 G, 9/00), containing folding "accordion" and interconnected articulately FEP.

Известна трансформируемая СБ по заявке Франции N 2289390 (B 64 G, 1/30), также выполненная по схеме "гармошка" и помещенная в специальном кожухе. Known transformable SB according to the application of France N 2289390 (B 64 G, 1/30), also made according to the scheme "accordion" and placed in a special casing.

Недостатком аналогов является малая прочность конструкции СБ на изгиб и кручение при эксплуатационных нагрузках, которые составляют порядка 10...12 g. The disadvantage of analogues is the low strength of the SB design for bending and torsion at operational loads, which are about 10 ... 12 g.

Известно техническое решение, описанное в [1] и принятое в качестве прототипа. Устройство содержит контейнер с крышкой. При этом в контейнере уложен "гармошкой" пакет шарнирно соединенных между собой ФЭП. С первым контейнером соединен второй контейнер с мачтообразующими элементами. В их числе вращающийся внешний полый цилиндр с внутренней винтовой нарезкой, привод вращения внешнего цилиндра. В полости внешнего цилиндра располагаются неподвижная направляющая стойка и уложенная в транспортном положении трансформируемая мачта. Крышка первого контейнера соединена с концом мачты. Known technical solution described in [1] and adopted as a prototype. The device contains a container with a lid. At the same time, a package of pivotally connected photocells is laid in the container with an accordion. A second container with mast-forming elements is connected to the first container. These include a rotating external hollow cylinder with an internal screw thread, and an external cylinder rotation drive. In the cavity of the outer cylinder there is a fixed guide post and a transformable mast laid in the transport position. The lid of the first container is connected to the end of the mast.

При раскрытии СБ привод приводит во вращение внешний цилиндр. При этом винтовая нарезка цилиндра вызывает перемещения вдоль оси цилиндра и принятие рабочего положения элементами мачты. Причем направляющая стойка предотвращает нежелательные вращения упомянутых элементов, оставляя им возможность только продольного, вдоль оси цилиндра, перемещения. При этом приходит в движение связанная с мачтой крышка СБ. Перемещаясь, крышка увлекает за собой панели СБ вплоть до полного раскрытия батареи и формирования токообразующей поверхности ФЭП. When the SB is opened, the drive drives the outer cylinder. In this case, screw cutting of the cylinder causes displacements along the axis of the cylinder and adoption of the working position by mast elements. Moreover, the guide rack prevents unwanted rotation of the above elements, leaving them the possibility of only longitudinal, along the axis of the cylinder, movement. At the same time, the SB cover connected with the mast starts to move. Moving, the lid carries along the SB panels up to the full opening of the battery and the formation of the current-forming surface of the solar cells.

Недостатком прототипа, как и в случае других аналогов, является малая несущая способность мачты СБ на изгиб и кручение, а также увеличенные габариты СБ из-за специального контейнера для мачты СБ. The disadvantage of the prototype, as in the case of other analogues, is the low bearing capacity of the SB mast for bending and torsion, as well as the increased dimensions of the SB due to the special container for the SB mast.

Задачей изобретения является увеличение несущей способности мачты СБ, а также уменьшение габаритов устройства. The objective of the invention is to increase the bearing capacity of the mast SB, as well as reducing the dimensions of the device.

Указанная задача решается тем, что солнечная батарея содержит контейнер с крышкой, уложенный "гармошкой" пакет фотоэлектрических панелей, разворачивающуюся мачту, причем мачта выполнена в виде фермы, образованной основанием контейнера, крышкой и формообразующими профилями, одни концы которых закреплены на периферии крышки, а другие - на соответствующих барабанах. При этом формообразующие профили выполнены упругими и намотанными на упомянутые барабаны, а ферма состоит из складывающихся секций, каждая из которых выполнена в виде двух, лежащих в параллельных плоскостях, прямоугольных рамок с замками, жестко связанных между собой упомянутыми упругими профилями и подкосами, замки соединяют рамки и профили. Внешние кромки каждых двух смежных фотоэлектрических панелей шарнирно соединены с рамками. Внешняя кромка первой панели соединена шарнирно с основанием контейнера, а внешняя кромка последней панели шарнирно соединена с крышкой. This problem is solved in that the solar battery contains a container with a lid, an accordion-packed package of photovoltaic panels, an expandable mast, the mast being made in the form of a truss formed by the base of the container, a lid and forming profiles, some ends of which are fixed on the periphery of the lid, and others - on the respective drums. In this case, the forming profiles are made elastic and wound on the said drums, and the truss consists of folding sections, each of which is made in the form of two rectangular frames with locks rigidly interconnected by the said elastic profiles and struts, the locks connect the frames and profiles. The outer edges of each two adjacent photovoltaic panels are pivotally connected to the frames. The outer edge of the first panel is pivotally connected to the base of the container, and the outer edge of the last panel is pivotally connected to the lid.

Изобретение поясняется чертежами:
на фиг. 1 изображен общий вид предлагаемой СБ в исходном (транспортном) положении;
на фиг. 2, 3, 4 представлены различные виды раскрытой СБ: вид спереди (фиг. 2), вид сбоку (фиг. 3), вид снизу (фиг. 4), на фиг. 5 представлен общий вид раскрытой СБ. На чертежах представлены:
1 - контейнер;
2 - крышка контейнера;
3 - фотоэлектрическая панель;
4, 5, 6, 7 - формообразующие профили;
8, 9, 10, 11 - барабаны;
12 - рамка;
13 - замок;
14 - подкос.The invention is illustrated by drawings:
in FIG. 1 shows a General view of the proposed SB in the initial (transport) position;
in FIG. 2, 3, 4, various views of the open SB are presented: front view (Fig. 2), side view (Fig. 3), bottom view (Fig. 4), in FIG. 5 presents a General view of the disclosed SB. The drawings show:
1 - container;
2 - container cover;
3 - photovoltaic panel;
4, 5, 6, 7 - forming profiles;
8, 9, 10, 11 - drums;
12 - frame;
13 - castle;
14 - strut.

Предлагаемая солнечная батарея содержит контейнер 1 с крышкой 2, уложенный "гармошкой" пакет фотоэлектрических панелей 3. Разворачивающаяся мачта выполнена в виде фермы, образованной контейнером 1, крышкой 2 и формообразующими профилями 4, 5, 6, 7, одни концы которых закреплены на периферии крышки 2, а другие - на барабанах 8, 9, 10, 11. При этом профили 4, 5, 6, 7 выполнены упругими и намотаны на барабаны 8, 9, 10, 11. Причем ферма состоит из складывающихся секций, каждая из которых выполнена в виде двух лежащих в параллельных плоскостях прямоугольных рамок 12 с замками 13, профилями 4, 5, 6, 7, подкосами 14 и образует жесткую конструкцию. При этом замки 13 соединяют рамки 12 и профили 4, 5, 6, 7. Внешние кромки каждых двух смежных фотоэлектрических панелей 3 шарнирно соединены с рамками 12. При этом внешняя кромка первой панели 3 соединена шарнирно с контейнером 1, а внешняя кромка последней панели 3 шарнирно соединена с крышкой 2. При раскрытии СБ приводы одновременно приводят во вращение барабаны 8, 9, 10, 11. При этом происходит сматывание профилей 4, 5, 6, 7 с барабанов, крышка 2 перемещается относительно контейнера 1, увлекая за собой панели 3. Одновременно формируются (из транспортного положения) подкосы 14. Когда подкосы сформируются полностью, они инициируют перемещение рамки 12. При этом приводятся в действие замки 13, соединяющие рамку 12 с профилями 4, 5, 6, 7. На этом заканчивается формирование первой секции фермы. Дальнейшее вращение барабанов 8, 9, 10, 11 приводит к образованию (по описанному принципу) следующих секций фермы. И так до полного раскрытия батареи и формирования токообразующей поверхности из фотоэлектрических панелей 3. The proposed solar battery contains a container 1 with a cover 2, an “accordion” pack of photovoltaic panels 3. The unfolding mast is made in the form of a truss formed by a container 1, a cover 2 and forming profiles 4, 5, 6, 7, one ends of which are fixed on the periphery of the cover 2, and others on drums 8, 9, 10, 11. Moreover, profiles 4, 5, 6, 7 are made elastic and wound on drums 8, 9, 10, 11. Moreover, the farm consists of folding sections, each of which is made in the form of two rectangular frames 12 s lying in parallel planes locks 13, profiles 4, 5, 6, 7, struts 14 and forms a rigid structure. The locks 13 connect the frames 12 and profiles 4, 5, 6, 7. The outer edges of each two adjacent photovoltaic panels 3 are pivotally connected to the frames 12. The outer edge of the first panel 3 is pivotally connected to the container 1, and the outer edge of the last panel 3 pivotally connected to cover 2. When the SB is opened, the drives simultaneously rotate the drums 8, 9, 10, 11. At the same time, the profiles 4, 5, 6, 7 are reeled from the drums, the cover 2 moves relative to the container 1, dragging the panels 3 . Simultaneously formed (from the transport floor burns) struts 14. When the struts are fully formed, they initiate the movement of the frame 12. In this case, the locks 13 are connected, connecting the frame 12 with the profiles 4, 5, 6, 7. This completes the formation of the first section of the truss. Further rotation of the drums 8, 9, 10, 11 leads to the formation (according to the described principle) of the following sections of the farm. And so on until the battery is fully opened and the current-forming surface is formed from photovoltaic panels 3.

Известно (см. , например, [2] стр. 78-158), что при изгибных и крутящих нагружениях несущей конструкции вклад того или иного конструктивного элемента в суммарную прочность конструкции пропорционален кубу расстояния от этого элемента до нейтральной линии изгиба или кручения. В этой связи, особенно при жестких ограничениях на массу несущей конструкции, наиболее эффективным способом увеличения несущей способности является максимально возможное удаление друг от друга конструктивных элементов мачты. Понятно, что применительно к СБ для указанных целей желательно размещение элементов мачты по периферии изделия, что реализовано в предлагаемом техническом решении. It is known (see, for example, [2] p. 78-158) that under bending and twisting loads of the supporting structure, the contribution of a structural element to the total structural strength is proportional to the cube of the distance from this element to the neutral line of bending or torsion. In this regard, especially under severe restrictions on the mass of the supporting structure, the most effective way to increase the bearing capacity is to remove as far as possible the structural elements of the mast from each other. It is clear that in relation to the SB for these purposes, it is desirable to place mast elements on the periphery of the product, which is implemented in the proposed technical solution.

Следует также иметь в виду, что, при необходимости, приводом ориентации мачта предлагаемой СБ может быть сориентирована оптимальным образом относительно направления ожидаемого нагружения (например, при стыковке космического модуля или доразгоне орбитального блока с СБ на борту). Это дополнительно увеличивает возможности мачты, как несущей конструкции СБ. Мачта прототипа таким свойством не обладает. Отсутствие, в отличие от прототипа, в предлагаемом изобретении специализированного контейнера для мачты снижает общие габариты СБ, а компактность конфигурации предлагаемой СБ (см. фиг. 1) позволяет оптимально разместить ее в грузовом отсеке орбитального блока. Так, предлагаемая конструкция позволяет, по меньшей мере, удвоить число экземпляров СБ, которые можно разместить в грузовом отсеке корабля "Шаттл" при сборке международной станции "Альфа" по сравнению с конструкцией - прототипом, используемой в настоящее время на станции "Мир". It should also be borne in mind that, if necessary, with the orientation drive, the mast of the proposed SB can be oriented optimally with respect to the direction of the expected loading (for example, when the space module is docked or when the orbital block is loaded with the SB on board). This additionally increases the capabilities of the mast, as the supporting structure of the SB. The prototype mast does not have this property. The absence, in contrast to the prototype, in the proposed invention of a specialized mast container reduces the overall dimensions of the SB, and the compact configuration of the proposed SB (see Fig. 1) allows it to be optimally placed in the cargo compartment of the orbital block. Thus, the proposed design allows at least double the number of SB copies that can be placed in the cargo compartment of the Shuttle during the assembly of the international Alpha station, compared with the prototype structure currently used at Mir station.

Как следует из описания, предлагаемая СБ компактна в исходном (транспортном) положении и после эксплуатации может быть снова уложена в исходное положение. Причем мачта СБ имеет максимально возможную, при прочих равных условиях, несущую способность. As follows from the description, the proposed SB is compact in its original (transport) position and after operation can be again laid in its original position. Moreover, the SB mast has the maximum possible, other things being equal, bearing capacity.

Предложенное решение может быть использовано также в качестве мобильных наземных СБ. Например, на базе грузового автомобиля или транспортной тележки, обеспечивая таким образом электроснабжение в местах бедствий, землетрясений, боевых действий, палаточных городков и т.д. The proposed solution can also be used as a mobile ground-based SB. For example, on the basis of a truck or a transport trolley, thus providing electricity in places of disaster, earthquakes, hostilities, tent camps, etc.

Литература
1. Б. В. Вершинина "Автоматизированная система электроснабжения космической станции", Обзор по материалам отечественной и зарубежной печати, Центр научно-технической информации "Поиск", ГОНТИ-4, 1990 г., стр. 11-15.Literature
1. B.V. Vershinin, “Automated Power System for a Space Station,” Review on Materials of Domestic and Foreign Press, Center for Scientific and Technical Information “Search”, GONTI-4, 1990, pp. 11-15.

2. В.И.Феодосьев, Сопротивление материалов, 1979 г. 2. V.I. Feodosiev, Resistance of materials, 1979

Claims

A solar battery containing a container with a lid, a package of photovoltaic panels laid according to the accordion pattern, and a swiveling mast, characterized in that the mast is made in the form of a truss formed by the base of the container, a lid and shape-forming profiles, one end of which is fixed to the periphery of the lid, and others on the drums, while the forming profiles are made elastic and wound on the drums, and the farm includes folding sections, each of which is made in the form of two lying in parallel planes angular frames interconnected by said forming profiles and struts and provided with locks for rigidly connecting the frames to these profiles after forming struts from the transport position, the outer edges of adjacent photovoltaic panels being connected to the frames of the corresponding truss sections, the outer edge of the first panel being pivotally connected to the base of the container and the outer edge of the last panel is pivotally connected to the cover.