一種基于帶狀彈簧的新型太陽帆板展開與支撐機構的制作方法
【專利摘要】一種基于帶狀彈簧的新型太陽帆板展開與支撐機構屬于應用于衛星太陽能電池陣的展開機構領域，目的在于解決現有技術存在的展開剛度低、基頻低的問題。本發明包括太陽帆板、卷簧驅動鉸鏈、衛星星體、支桿鉸鏈、下支桿、帶狀彈簧和上支桿；太陽帆板和衛星星體通過卷簧驅動鉸鏈連接，帶狀彈簧兩端分別通過轉接件與上支桿和下支桿連接，上支桿通過支桿鉸鏈與所述太陽帆板連接，下支桿通過支桿鉸鏈與所述衛星星體連接；卷簧驅動鉸鏈中的卷簧、所述帶狀彈簧和所述支桿鉸鏈提供展開力矩實現太陽帆板的展開。本發明的太陽帆板、衛星星體與上支桿和下支桿組成的整體構成一個空間四面體的穩定支撐結構，提升系統在展開狀態下基頻和剛度。
【專利說明】一種基于帶狀彈簧的新型太陽帆板展開與支撐機構
【技術領域】
[0001]本發明屬于應用于衛星太陽能電池陣的展開機構領域，特別是涉及一種“敏捷小衛星”上的基于帶狀彈簧的新型太陽帆板展開與支撐機構。
【背景技術】
[0002]太陽能帆板展開機構是空間對地觀測衛星的重要分系統之一，歷史上因展開機構機械故障而無法正常工作的案例達到數十例。因此在航天衛星工程中，太陽能帆板展開機構是設計、試驗的重點部分。
[0003]現有的對地觀測衛星為傳統大型推掃類對地觀測衛星，適用于此類觀測衛星的太陽能帆板展開機構利用卷簧、扭簧等儲能元件的鉸鏈機構，在衛星發射到預定軌道后，實現自動展開、自動鎖定的功能。
[0004]參見附圖1所示的太陽能帆板展開機構，包括太陽帆板1、卷簧驅動鉸鏈2和衛星星體3，在帆板展開過程中，主要驅動力矩來源于卷簧驅動鉸鏈2的卷簧預緊力矩，并靠卷簧驅動鉸鏈2的鎖緊機構來實現帆板的鎖緊。這種太陽能帆板展開機構存在帆板展開剛度較低的問題。
[0005]近些年來各國爭相提出“敏捷對地觀測小衛星”的新概念，由于“敏捷小衛星”的姿態不停的變化，調姿頻率非常高，這就對太陽帆板的展開基頻提出了更高的要求，傳統的太陽能帆板展開機構只靠兩個卷簧驅動鉸鏈來鎖緊太陽帆板，形成懸臂結構，基頻較低、剛度較低，不能滿足敏捷對地觀測小衛星對剛度和基頻的要求，傳統衛星展開機構部分阻尼比為0.1%?0.5%，阻尼比較低，因此需要研制一種展開基頻高、剛度高、阻尼比高的新型帆板展開與支撐機構。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在于解決現有技術存在的展開剛度低、基頻低、阻尼比低的問題，提出一種高穩定性的基于帶狀彈簧的新型太陽帆板展開與支撐機構，滿足敏捷對地觀測小衛星的使用要求。
[0007]為實現上述目的，本發明的一種基于帶狀彈簧的新型太陽帆板展開與支撐機構包括太陽帆板、卷簧驅動鉸鏈、衛星星體、支桿鉸鏈、下支桿、帶狀彈簧和上支桿；
[0008]所述太陽帆板和衛星星體通過卷簧驅動鉸鏈連接，帶狀彈簧兩端分別通過轉接件與所述上支桿和所述下支桿連接，所述上支桿通過支桿鉸鏈與所述太陽帆板連接，所述下支桿通過支桿鉸鏈與所述衛星星體連接；所述卷簧驅動鉸鏈中的卷簧、帶狀彈簧和支桿鉸鏈提供展開力矩實現太陽帆板的展開。
[0009]所述帶狀彈簧為兩個相對排列的弧形彎曲片，實現正向彎曲或反向彎曲180°并可以回彈至原形狀。
[0010]所述帶狀彈簧兩端分別通過轉接件與所述上支桿和所述下支桿連接具體為:所述下支桿與所述轉接件粘連在一起，所述帶狀彈簧與所述轉接件通過兩個壓緊塊壓緊并用螺釘固定，所述上支桿和帶狀彈簧的連接方式與下支桿與帶狀彈簧的連接方式相同。
[0011]所述下支桿與支桿鉸鏈之間有墊塊，可以通過調整墊塊的厚度來適當調整桿長，上支桿和支桿鉸鏈的連接方式相同。
[0012]所述支桿鉸鏈包括公鉸和母鉸，所述公鉸通過軸、關節軸承、擋圈與所述母鉸配合連接，實現公鉸繞母鉸轉動，所述公鉸兩側分別安裝有扭簧。
[0013]本發明的積極效果:本發明的一種基于帶狀彈簧的新型太陽帆板展開與支撐機構用原理簡單的帶狀彈簧替代了容易出現問題的復雜鉸鏈機構，帶狀彈簧起到了能夠彎曲180°的鉸鏈機構作用，機構零件少，原理簡單，相比于數十個零件組成的鉸鏈機構，使得支撐機構由復雜變簡單，可靠性大幅提升；用兩端的支桿鉸鏈通過螺釘固定在太陽帆板和衛星星體上，使得太陽帆板、衛星星體與上支桿和下支桿組成的整體構成一個空間四面體的穩定支撐結構，提升系統在展開狀態下基頻和剛度；與傳統的帆板展開系統相比，用空間四面體結構代替了懸臂結構，展開狀態下阻尼比達到3%、穩定性高，滿足“敏捷小衛星”姿控系統的基頻需求，并在受到擾動產生振動時，能更快的恢復平穩狀態。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1為現有技術中太陽帆板展開機構結構示意圖；
[0015]圖2為本發明的展開與支撐機構結構示意圖；
[0016]圖3為本發明的展開與支撐機構結構收攏狀態時的結構示意圖；
[0017]圖4為本發明的帶狀彈簧使用方式示意圖；
[0018]圖5為本發明的帶狀彈簧與上支桿和下支桿連接方式結構示意圖；
[0019]圖6為本發明的支桿鉸鏈結構示意圖；
[0020]其中:1、太陽帆板，2、卷簧驅動鉸鏈，3、衛星星體，4、支桿鉸鏈，5、下支桿，6、帶狀彈簧，7、上支桿，8、壓緊塊，9、轉接件，10、公鉸，11、母鉸，12、扭簧，13、墊塊。
【具體實施方式】
[0021]下面結合附圖對本發明的實施方式作進一步說明。
[0022]參見附圖2，本發明的一種基于帶狀彈簧6的新型太陽帆板I展開與支撐機構包括太陽帆板1、卷簧驅動鉸鏈2、衛星星體3、支桿鉸鏈4、下支桿5、帶狀彈簧6和上支桿7 ；
[0023]所述太陽帆板I和衛星星體3通過卷簧驅動鉸鏈2連接，帶狀彈簧6兩端分別通過轉接件9與所述上支桿7和所述下支桿5連接，所述上支桿7通過支桿鉸鏈4與所述太陽帆板I連接，所述下支桿5通過支桿鉸鏈4與所述衛星星體3連接。
[0024]參見附圖3，本發明收攏狀態所述太陽帆板I與所述衛星星體3平行，所述上支桿7與所述下支桿5處于折疊狀態，卷簧驅動鉸鏈2轉動90°，使卷簧處于壓縮儲能狀態，支桿兩端鉸鏈轉動45°，帶狀彈簧6彎曲180°，處于壓縮狀態。展開過程中，卷簧驅動鉸鏈2提供主要的展開力矩，支桿鉸鏈4和帶狀彈簧6也具有一定的輔助功能，輔助提供展開力矩。
[0025]參見附圖4，所述帶狀彈簧6為兩個相對排列的弧形彎曲片，其原理類似于鋼卷尺，能夠正向彎曲或反向彎曲180°并可以回彈至原形狀，正向彎曲所需扭矩遠小于反向彎曲扭矩，帶狀彈簧6展開后彎曲剛度較高，不易彎折。兩片相對排列組成的機構，兩個方向彎曲剛度均較高，經計算，能夠滿足支撐剛度要求。
[0026]參見附圖5，所述帶狀彈簧6兩端分別通過轉接件9與所述上支桿7和所述下支桿5連接具體為:所述下支桿5與所述轉接件9粘連在一起，所述帶狀彈簧6與所述轉接件9通過兩個壓緊塊8壓緊并用螺釘固定，上支桿7部分也用同樣連接方式連接。
[0027]參見附圖6，所述上支桿7與支桿鉸鏈之間有墊塊13，可以通過調整墊塊13的厚度來適當調整桿長，下支桿5和支桿鉸鏈4的連接方式相同。
[0028]所述支桿鉸鏈4包括公鉸10和母鉸11，所述公鉸10通過軸、關節軸承、擋圈與所述母鉸11配合連接，實現公鉸10繞母鉸11轉動，所述公鉸10兩側分別安裝有扭簧12，其主要作用是消除關節軸承徑向間隙并提供一定的展開力矩。
[0029]以上為本發明的【具體實施方式】，但絕非對本發明的限制。
【權利要求】
1.一種基于帶狀彈簧的新型太陽帆板展開與支撐機構，包括太陽帆板(I)、卷簧驅動鉸鏈(2 )和衛星星體(3 )，所述太陽帆板(I)和衛星星體(3 )通過卷簧驅動鉸鏈(2 )連接； 其特征在于，所述展開與支撐機構還包括支桿鉸鏈(4)、下支桿(5)、帶狀彈簧(6)和上支桿(7);所述帶狀彈簧(6)兩端分別通過轉接件(9)與所述上支桿(7)和所述下支桿(5)連接，所述上支桿(7 )通過支桿鉸鏈(4 )與所述太陽帆板(I)連接，所述下支桿(5 )通過支桿鉸鏈(4)與所述衛星星體(3)連接；卷簧驅動鉸鏈(2)中的卷簧、所述帶狀彈簧(6)和所述支桿鉸鏈(4)提供展開力矩實現太陽帆板(I)的展開。
2.根據權利要求1所述的一種基于帶狀彈簧的新型太陽帆板展開與支撐機構，其特征在于，所述帶狀彈簧(6)為兩個相對排列的弧形彎曲片，實現正向彎曲或反向彎曲180°并可以回彈至原形狀。
3.根據權利要求1所述的一種基于帶狀彈簧的新型太陽帆板展開與支撐機構，其特征在于，所述帶狀彈簧(6 )兩端分別通過轉接件(9 )與所述上支桿(7 )和所述下支桿(5 )連接具體為:所述下支桿(5 )與所述轉接件(9 )粘連在一起，所述帶狀彈簧(6 )與所述轉接件(9 )通過兩個壓緊塊(8)壓緊并用螺釘固定，所述上支桿(7)和帶狀彈簧(6)的連接方式與下支桿(5)與帶狀彈簧(6)的連接方式相同。
4.根據權利要求1所述的一種基于帶狀彈簧的新型太陽帆板展開與支撐機構，其特征在于，所述上支桿(7)與支桿鉸鏈(4)之間有墊塊(13)，通過調整墊塊(13)的厚度來適當調整桿長，下支桿(5)和支桿鉸鏈(4)的連接方式與相同上支桿(7)與支桿鉸鏈(4)的連接方式相同。
5.根據權利要求1所述的一種基于帶狀彈簧的新型太陽帆板展開與支撐機構，其特征在于，所述支桿鉸鏈(4)包括公鉸(10)和母鉸(11)，所述公鉸(10)通過軸、關節軸承、擋圈與所述母鉸(11)配合連接，實現公鉸(10)繞母鉸(11)轉動，所述公鉸(10)兩側分別安裝有扭簧(12)。
【文檔編號】H02S20/30GK103482084SQ201310384757
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年8月29日 優先權日:2013年8月29日
【發明者】金光, 謝曉光, 王棟, 張雷, 谷松 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所