RU2703800C1

RU2703800C1 - Solar battery panel

Info

Publication number: RU2703800C1
Application number: RU2018142732A
Authority: RU
Inventors: Вадим Евгеньевич Ануфриенко; Андрей Анатольевич Байбородов; Татьяна Семеновна Васильева; Владимир Ильич Кузоро; Елена Александровна Григорьева; Михаил Вячеславович Волков
Original assignee: Акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва"
Priority date: 2018-12-03
Filing date: 2018-12-03
Publication date: 2019-10-22

Abstract

FIELD: astronautics.

SUBSTANCE: invention relates to design of panels of solar battery of unfolding type for artificial earth satellite – spacecraft. Solar battery panel comprises a frame made of carbon-fiber plastic pipes and fittings, and a net-band made of strings elastically stretched in orthogonal directions with the required pitch for arrangement and fixation of the photogenerating part. Frame tubes feature a triangular cross-section. Pipe walls have a lattice structure with cell size allowing to mount the cable inside pipes and frame fittings. Pipes are optionally reinforced at fitting points.

EFFECT: invention provides the possibility of reducing weight, as well as high technological effectiveness of the structure.

4 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к конструкциям панелей солнечной батареи (СБ) раскрывающегося типа для искусственного спутника Земли - космического аппарата (КА), служащей для размещения и закрепления фотогенерирующей части (ФГЧ) для преобразования солнечной энергии в электрическую.The invention relates to designs of a drop-down type of solar panel (SB) panels for an artificial Earth satellite - a spacecraft (SC), which is used to place and fix a photogenerating part (FGP) for converting solar energy into electrical energy.

Из существующего уровня техники известно несколько видов конструкций панелей СБ, содержащих раму и сетеполотно для размещения и закрепления ФГЧ.From the current level of technology there are several types of designs of SB panels containing a frame and a net for placing and securing a filter plate.

Одним из видов несущей конструкции панелей СБ является рама из труб с натянутым по периметру сетеполотном (патент RU 2190900 С2, H01L 31/042, 10.10.2002), также рама из труб с сетеполотном, выполненным из струн, натянутых в ортогональных направлениях с необходимым шагом (RU 2297077 C1, H01L 31/042, 10.04.2007).One of the types of supporting structures for SB panels is a frame made of pipes with a net-strip stretched around the perimeter (patent RU 2190900 C2, H01L 31/042, 10.10.2002), and also a frame of pipes with a net-band made of strings stretched in orthogonal directions with the required pitch (RU 2297077 C1, H01L 31/042, 04/10/2007).

Другим видом несущей конструкции панелей СБ является рама из профилей по периметру в виде швеллера и внутренних перегородок в виде тавра, сквозь которые через отверстия пропущены струны и закреплены в профилях по периметру (патент RU 2085450 C1, B64G 1/44, 27.07.1997).Another type of supporting structure of SB panels is a frame made of perimeter profiles in the form of a channel and internal partitions in the form of a tee, through which strings are passed through holes and fixed in perimeter profiles (patent RU 2085450 C1, B64G 1/44, 07.27.1997).

Также известна конструкция (патент RU 2220477 С2, H01L 31/042, 27.12.2003), содержащая раму и сетеполотно для размещения и закрепления фотоэлектрических преобразователей, которое в упруго натянутом состоянии закреплено на раме. Сетеполотно выполнено из струн, пересекающихся в ортогональных направлениях, поверх которых в узлах их пересечения прикреплена подложка с наклеенными на нее фотоэлектрическими преобразователями. Сами струны облегают трубы периметра рамы поверх бобышек, прилегающих к трубам рамы и приподнимающих уровень сетеполотна над рамой для увеличения зоны установки фотоэлектрических преобразователей на панели. Рама выполнена из углепластиковых труб, соединенных фитингами. Данная конструкция принята за прототип.Also known is a design (patent RU 2220477 C2, H01L 31/042, 12/27/2003) containing a frame and a grid for placing and fixing photoelectric converters, which are mounted in an elastic tension state on the frame. The mesh is made of strings intersecting in orthogonal directions, on top of which a substrate with photoelectric converters glued to it is attached to the nodes of their intersection. The strings themselves fit the pipes of the frame perimeter over the bosses adjacent to the pipes of the frame and raise the level of the net canvas above the frame to increase the installation area of the photoelectric converters on the panel. The frame is made of carbon fiber pipes connected by fittings. This design is taken as a prototype.

Недостатками прототипа являются:The disadvantages of the prototype are:

- применяемые в раме трубы круглого сечения имеют одинаковую жесткость во всех направлениях, при этом основные напряжения - изгибные в плоскости рамы. Соответственно, существует запас по жесткости сечения в других направлениях, что приводит к избыточной массе рамы;- pipes of circular cross section used in the frame have the same stiffness in all directions, while the main stresses are bending in the plane of the frame. Accordingly, there is a margin of rigidity for the cross section in other directions, which leads to an excess mass of the frame;

- закрепление струн осуществляется при помощи бобышек, а закрепление электрических кабелей осуществляется при помощи кронштейнов, установленных на трубах, что снижает технологичность;- the strings are fixed using bosses, and the electric cables are fixed using brackets mounted on pipes, which reduces manufacturability;

- для обеспечения прочности соединения фитинг-труба необходимо увеличивать толщину стенки трубы в месте установки фитинга, что ведет к утолщению всей трубы в целом и, как следствие, к увеличению массы рамы.- to ensure the strength of the connection of the fitting pipe, it is necessary to increase the thickness of the pipe wall at the place of installation of the fitting, which leads to a thickening of the entire pipe as a whole and, as a result, to an increase in the mass of the frame.

Задачи, на решение которых направлено заявляемое изобретение, заключаются в обеспечении уменьшения массы, а также повышении технологичности конструкции.The tasks to be solved by the claimed invention are directed are to provide a reduction in mass, as well as an increase in the manufacturability of the structure.

Поставленные задачи решаются за счет того, что в панели солнечной батареи, содержащей раму, выполненную из углепластиковых труб и фитингов, и сетеполотно, выполненное из струн, упруго натянутых в ортогональных направлениях с необходимым шагом для размещения и закрепления фотогенерирующей части, трубы рамы имеют треугольное сечение; стенки труб имеют решетчатую конструкцию с размерами ячеек, позволяющими монтировать кабель внутри труб и фитингов рамы; трубы при необходимости выполнены с усилением в местах установки фитингов. При этом трубы, установленные по периметру рамы, предпочтительно выполнять с сечением в виде прямоугольного треугольника. Трубы, установленные внутри рамы, предпочтительно выполнять с сечением в виде равнобедренного или равностороннего треугольника. При выполнении труб с усилением в качестве усиливающих конструкций желательно применены бандажи.The tasks are solved due to the fact that in the solar panel panel containing a frame made of carbon fiber pipes and fittings, and a mesh board made of strings elastically stretched in orthogonal directions with the necessary step to accommodate and fix the photo-generating part, the frame pipes have a triangular section ; the walls of the pipes have a lattice design with mesh sizes that allow you to mount the cable inside the pipes and frame fittings; pipes, if necessary, are made with reinforcement at the places of installation of fittings. In this case, the pipes installed around the perimeter of the frame are preferably made with a cross section in the form of a right triangle. Pipes installed inside the frame, it is preferable to perform with a cross section in the form of an isosceles or equilateral triangle. When making pipes with reinforcement, reinforcing structures are preferably used bandages.

Суть изобретения поясняется чертежами, где изображены: на фиг. 1 - фрагмент панели солнечной батареи, на фиг. 2 - общий вид рамы панели солнечной батареи, на фиг. 3 и 4 - конструктивное исполнение рамы панели солнечной батареи.The essence of the invention is illustrated by drawings, which depict: in FIG. 1 is a fragment of a solar panel panel; FIG. 2 is a general view of a solar panel frame; FIG. 3 and 4 - structural design of the solar panel frame.

Углепластиковые трубы 1 с сечением в виде прямоугольного треугольника установлены по периметру, соединены между собой и с углепластиковыми трубами 2 с сечением в виде равнобедренного треугольника (внутренний набор труб) при помощи фитингов 3, образуя несущую конструкцию, называемую рамой, воспринимающую натяжение струн и суммарные инерционные нагрузки от сетеполотна, выполненного из струн 4, и ФГЧ 5. Применение труб треугольного сечения 1 и 2 обеспечивает достаточный доступ при монтаже ФГЧ 5, что позволяет не применять на их поверхности бобышки в конструкции панели солнечной батареи. В свою очередь опорной поверхностью для струн являются вершины труб 1 и 2 треугольного сечения, располагающиеся в одной плоскости. Сечение и толщина стенок углепластиковых труб выбраны для обеспечения требований, предъявляемых к работе панели солнечной батареи. Трубы 1 и 2 рамы панели СБ выполнены в виде решетчатой конструкции, что позволяет монтировать электрические кабели как снаружи, так и внутри труб 1, 2 и фитингов 3, исключая по необходимости использование кронштейнов, при этом значительно уменьшая вес изделия в целом и повышая технологичность. Решетчатая конструкция стенок труб имеет размеры ячеек, позволяющие монтировать кабель внутри труб и фитингов рамы. При необходимости для обеспечения прочности соединения фитинг-труба в месте установки фитингов 3 в трубы 1 и 2 осуществляют усиление труб 1 и 2, например, бандажами 6.Carbon-fiber pipes 1 with a cross section in the form of a right-angled triangle are installed around the perimeter, connected to each other and with carbon-fiber pipes 2 with a cross-section in the form of an isosceles triangle (inner set of pipes) using fittings 3, forming a supporting structure, called a frame, perceiving string tension and total inertial the load from the net-cloth made of strings 4 and the low-pass filter 5. The use of pipes of triangular section 1 and 2 provides sufficient access for the installation of the low-pressure filter 5, which allows not to use the bean on their surface shki in the construction of the solar panel. In turn, the supporting surface for the strings are the vertices of pipes 1 and 2 of a triangular section located in the same plane. The cross section and wall thickness of the carbon fiber pipes are selected to meet the requirements for the operation of the solar panel. Pipes 1 and 2 of the SB panel frame are made in the form of a lattice structure, which allows you to mount electric cables both outside and inside the pipes 1, 2 and fittings 3, eliminating the need for brackets, while significantly reducing the weight of the product as a whole and increasing manufacturability. The lattice design of the pipe walls has mesh sizes that allow you to mount the cable inside the pipes and frame fittings. If necessary, to ensure the strength of the connection of the fitting pipe at the place of installation of the fittings 3 in the pipes 1 and 2, reinforce the pipes 1 and 2, for example, with bandages 6.

Треугольные трубы 1 и 2, имеющие решетчатую конструкцию, изготавливают методом выкладки на оправку, имеющую требуемое сечение. Так трубы 1 выкладывают на оправку с сечением в виде прямоугольного треугольника, а трубы 2 - на оправку в виде равнобедренного или равностороннего треугольника. Трубы 1 и 2 склеивают с фитингами 3 и усиливают в местах соединения бандажами 6 при необходимости. Струны 4 натягивают на раму. Струны 4 обматывают вокруг труб 1 и 2 и фиксируют клеем. На струны 4 устанавливают ФГЧ 5. Прокладку электрических кабелей, идущих от ФГЧ 5, возможно осуществлять внутри труб 1, 2 и фитингов 3 за счет решетчатой конструкции труб.Triangular pipes 1 and 2, with a lattice design, are made by laying out on a mandrel having the desired cross-section. So pipes 1 are laid out on a mandrel with a cross section in the form of a right triangle, and pipes 2 - on a mandrel in the form of an isosceles or equilateral triangle. Pipes 1 and 2 are glued together with fittings 3 and reinforced at the joints with bandages 6 if necessary. Strings 4 pull on the frame. Strings 4 are wrapped around pipes 1 and 2 and fixed with glue. On the strings 4 set FGP 5. The laying of electrical cables coming from the FGM 5, it is possible to carry out inside the pipes 1, 2 and fittings 3 due to the lattice design of the pipes.

Панель солнечной батареи работает следующим образом. На этапе выведения космического аппарата панель СБ фиксирована по нескольким фитингам 3 рамы. Основными несущими элементами являются фитинги 3 и трубы 1, 2 рамы, которые в местах соединения фитинг-труба усилены бандажами 6. Инерционная нагрузка от ФГЧ 5 сначала передается на струны 4, а затем на раму, создавая изгибающие моменты в трубах 1 и 2.The solar panel operates as follows. At the stage of launching the spacecraft, the SB panel is fixed by several fittings of 3 frames. The main bearing elements are fittings 3 and pipes 1, 2 of the frame, which are reinforced with bandages at the joints of the fitting pipe 6. The inertial load from the PMF 5 is first transferred to the strings 4, and then to the frame, creating bending moments in the pipes 1 and 2.

При раскрытии панели батареи солнечной картина изгибающих моментов перераспределяется, однако основные несущие элементы остаются прежними, и воспринимают все инерционные нагрузки от ФГЧ 5 и самой панели в целом.When the solar panel panel is opened, the picture of bending moments is redistributed, however, the main load-bearing elements remain the same, and absorb all the inertial loads from the FGP 5 and the panel as a whole.

В результате реализации предложенного технического решения достигается ряд технических эффектов:As a result of the implementation of the proposed technical solution, a number of technical effects are achieved:

- применение труб треугольного сечения с решетчатой конструкцией стенок позволяет исключить из конструкции панели солнечной батареи бобышек и кронштейнов для монтажа электрических кабелей батареи;- the use of pipes of triangular cross-section with a lattice wall design allows you to exclude from the design of the solar panel panel bosses and brackets for mounting electrical cables of the battery;

- решетчатая конструкция стенок труб позволяет размещать электрические кабели внутри труб;- the lattice structure of the walls of the pipes allows you to place electrical cables inside the pipes;

- повышение прочностных характеристик в местах повышенной нагрузки (места соединения фитинг - труба) повышает надежность изделий при их эксплуатации.- increasing the strength characteristics in places of increased load (the place of connection of the fitting - pipe) increases the reliability of the products during their operation.

Таким образом, за счет получения данных технических эффектов выполняется поставленная задача по уменьшению веса изделия и повышению технологичности конструкции.Thus, by obtaining these technical effects, the task is performed to reduce the weight of the product and increase the manufacturability of the design.

Claims

1. The solar panel panel containing a frame made of carbon fiber pipes and fittings, and a mesh board made of strings elastically stretched in orthogonal directions with the necessary step to accommodate and secure the photo-generating part, characterized in that the frame pipes have a triangular section; the walls of the pipes have a lattice design with mesh sizes that allow you to mount the cable inside the pipes and frame fittings; pipes, if necessary, are made with reinforcement at the places of installation of fittings.

2. The solar panel panel according to claim 1, characterized in that the pipes installed around the perimeter of the frame are made with a cross section in the form of a rectangular triangle.

3. The solar panel panel according to claim 1, characterized in that the pipes installed inside the frame are made with a cross section in the form of an isosceles or equilateral triangle.

4. The solar panel panel according to claim 1, characterized in that when performing pipes with reinforcement, bandages are used as reinforcing structures.