[发明专利]一种新型柔性太阳电池阵展开装置

说明书

技术领域

本发明属于民用航天技术领域，特别涉及一种新型柔性太阳电池阵展开装置。

背景技术

随着航天技术的发展，航天器的体积和规模日益增大，携带有效载荷日益增多，能量需求也成倍增加，现有的刚性折叠式太阳电池阵已不能满足功率要求。

柔性基板太阳电池阵特别是薄膜太阳电池阵因其质量小、发电效率高和比功率较高而成为新一代太阳电池阵的发展趋势。因此，研究具有高折叠比、高可靠度的新型柔性太阳电池阵展开机构对提高航天器在轨发电功率有重要意义。

根据国内外的航天器成功运用的柔性太阳电池阵的资料，结合相关文献发现现有的柔性展开装置主要存在以下问题：（1）现有的柔性太阳电池阵其展开方式多为逐步展开，所需驱动电机数量较多，不能同步展开，如美国专利US6983914；（2）柔性太阳电池阵的展开机构复杂，含有大量的绳索机构，降低了机构的可靠性，如中国专利CN101428690A；（3）现有柔性太阳电池阵展开机构的折叠比小，展开面积较小，不能满足航天器的大功率需求；（4）无法方便地调整同步机构的预紧力，不能实时获得绳索张力的数值；（5）仅有一套展开驱动装置，在驱动装置故障时，不能可靠展开，如1990年美国哈勃太空望远镜的故障（参考：【冯刚,安翔,张铎.空间站大面积太阳翼热分析[J].强度与环境,2001(1):54-61】）。（6）中国专利CN101013732介绍的可自旋展开的薄膜太阳电池阵结构的复杂度高，可靠性低；薄膜依靠自旋离心力展开，增加了航天器整体动平衡的调节难度。

发明内容

针对上述现有技术的存在的问题，本发明提出一种新型柔性太阳电池阵展开装置，其特征在于，该装置由同步伸展机构与中央驱动机构两部分组成；

所述同步伸展机构由柔性太阳电池阵帆板、展开机构、铰链机构、驱动机构、同步机构、锁定机构、顶盘、电阻式角位移传感器以及微型拉力传感器组成；

柔性太阳电池阵帆板通过螺栓与展开机构连接；铰链机构与顶盘、展开机构连接；铰链机构集成了驱动机构、锁定机构；顶盘连接中央驱动机构以及展开机构；电阻式角位移传感器安装在柔性太阳电池阵帆板之间，与展开机构同轴；微型拉力传感器与预紧力微调计串联安装于同步机构的同步带上；

所述中央驱动机构由伺服电机、传动系统、传动拉杆、丝杠以及盘型丝杠螺母组成；

伺服电机通过伺服电机安装座与顶盘连接；伺服电机输出轴通过联轴器与传动系统输入轴相连；传动系统输出轴通过联轴器与丝杠相连；传动拉杆沿周向与盘型丝杠螺母铰接，另一端与展开机构铰接。

所述柔性太阳电池阵帆板为一面涂有非结晶硅的环状柔性薄膜基板材料，可以拆卸与更换；柔性太阳电池阵帆板由顶盘向外顺次编号为0号，1号，2号，3号，4号，0号柔性太阳电池阵帆板的尺寸为：外径×内径×厚度为1381.8mm×381.82mm×1mm，1号柔性太阳电池阵帆板的尺寸为：外径×内径×厚度为2587.8mm×1587.8mm×1mm，2号柔性太阳电池阵帆板的尺寸为：外径×内径×厚度为3791.8mm×2791.8mm×1mm，3号柔性太阳电池阵帆板的尺寸为：外径×内径×厚度为4995.8mm×3995.8mm×1mm，4号柔性太阳电池阵帆板的尺寸为：外径×内径×厚度为6231.8mm×5231.8mm×1mm。

所述展开机构由沿顶盘周向等距分布的12条折叠肋系组成，每条折叠肋系由顶盘向外5根刚性肋板顺次组成，分别为第一刚性肋板，第二刚性肋板，第三刚性肋板，第四刚性肋板，第五刚性肋板，刚性肋板采用铝合金5032材料，刚性肋板的尺寸为532mm×60mm×30mm。

所述铰链机构中公铰与母铰通过铰链转轴相连，铰链转轴一端安装铰链转轴固定螺母实现轴向固定；滑销插入滑销固定架上的通孔，并安装滑销固定螺母实现相对固定；滑销转轴穿过滑销固定架的另一通孔及母铰上相应的通孔，并安装滑销转轴固定螺母实现与母铰的相连；滑销弹簧片与滑销转轴固连；平面涡卷弹簧外档杆与母铰固结。

所述驱动机构为安装于铰链机构中的平面涡卷弹簧；平面涡卷弹簧采用非接触型外端回转式，与铰链转轴固接，在柔性太阳电池阵帆板收拢时，处于压缩状态；释放后，平面涡卷弹簧驱动柔性太阳电池阵帆板展开。

所述锁定机构采用安装在铰链机构上的凸轮柱销式锁定机构，能重复锁定与解锁；当整个柔性太阳电池阵展开形成平面阵列时，滑销在平面涡卷弹簧的驱动下插入母铰链上的凹槽内，完成锁定。