针对微小卫星的太阳翼展开机构以及安装方法与流程

本发明涉及航天器技术领域，尤其涉及一种太阳翼展开机构以及安装方法。

背景技术：

太阳翼在空间轨道上将太阳能转换为电能供卫星使用，是卫星的能源基础。由于受运载空间的限制，太阳翼在发射阶段需折叠收拢于卫星侧壁。当卫星与火箭分离后，卫星太阳翼展开成平面状并锁定。

目前常见的太阳翼展开驱动分为两种：有源与无源，有源一般用做可重复折叠解锁式太阳翼机构，在大卫星或载人航天飞船中应用较多，即采用电机驱动展开机构，但也存在相应的代价，如功耗，重量均增大。

而对于微小卫星，普遍采用无源驱动展开太阳翼，如类似卷尺的势能存储机构应变铰链、传统的铰链与绳索联动机构、扭簧式铰链等。其中，应变式铰链在两块太阳翼间安装，需要相对较大的放置空间，即太阳翼中间间隙较大。传统的铰链对于小于50kg的卫星来讲，略显笨重且较为复杂。扭簧式铰链在立方星中应用较多，结构形式多种多样，在太阳翼布片不是特别紧张的情况下，常规的结构形式即可满足，并且普适性较好，但当布片率要求高且体积重量要求极为严格时，常规的结构形式则无法满足，同时两个扭簧式铰链展开机构上下安装时，同轴度很难保证，从而增加了展开阻力与风险。

因此，如何设计一种重量轻、空间小、结构简单，安装方便且工作可靠的太阳翼展开机构对于微小卫星尤为重要。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种重量轻、空间小、安装方便且工作可靠的太阳翼展开机构以及安装方法。本发明具体通过如下技术方案实现：

一种针对微小卫星的太阳翼展开机构，所述展开机构包括：母底座、公底座、旋转轴、t型防冷焊垫、一字垫片、左旋扭簧、右旋扭簧、压簧、锁紧轴、锁紧螺母；所述旋转轴穿过由母底座与公底座相互配合形成的五个同轴耳孔中，所述t型防冷焊垫安装在旋转轴与公底座形成的环形间隙中，所述一字垫片安装在母底座与公底座上下耳孔间；所述左旋扭簧与右旋扭簧穿过旋转轴对称安装，扭簧的伸长臂分别进入母底座与公底座的臂槽内；所述锁紧轴与压簧均安装在公底座的孔中，太阳翼展开过程中，锁紧轴的头部沿着母底座的柱状面做轨迹为圆的运动，展开到位后，在所述压簧的挤压作用下锁紧轴进入母底座的孔内，实现锁紧；所述锁紧螺母安装在旋转轴的两端，防止母底座与公底座沿轴向滑动。

作为本发明的进一步改进，所述母底座具有上中下三个耳孔，公底座具有上下两个耳孔。

作为本发明的进一步改进，所述母底座的上下耳孔上有限位凸起。

作为本发明的进一步改进，所述母底座与公底座的安装面分别具有两个通孔，用于与太阳翼连接。

作为本发明的进一步改进，所述母底座、公底座的材料为钛合金，所述旋转轴、锁紧轴的材料为不锈钢，所述t型防冷焊垫与一字垫片的材料为聚四氟乙烯。

作为本发明的进一步改进，所述展开机构可安装在两折太阳翼之间或者单折太阳翼与结构间。

作为本发明的进一步改进，所述扭簧的材料为弹簧钢或不锈钢。

作为本发明的进一步改进，所述锁紧轴包含导向段、中间段、压簧接入段，导向段带有圆角方便滑入锁紧孔；中间段带有环状槽，在锁紧后借助环状槽拨出锁紧轴解除锁定；压簧接入段是为了防止压簧失稳，将压簧套入锁紧轴的压簧接入段。

作为本发明的进一步改进，所述展开机构进行双重防冷焊设计，即镀层与防冷焊垫，提高可靠性。

作为本发明的进一步改进，所述的旋转轴具有锁紧段，母/公底座以及t型/一字垫片配合段，该轴为变直径台阶轴，两端具有螺纹段，采用锁紧螺母限制旋转轴窜动；该旋转轴螺母安装位置具有限位设计，防止压紧t型垫，增加展开阻力。

作为本发明的进一步改进，所述展开机构两个配套使用，即上下安装。

本发明另提供一种上述太阳翼展开机构的安装方法，所述方法保证成对太阳翼展开机构同轴性，所述方法包括：步骤1：单个展开机构装配；步骤2：将两个展开机构同时安装在工装1上，以侧面基准面靠紧工装1，保证位于同一轴线上；步骤3：将展开机构安装在星体结构上，安装时工装1与展开机构同时安装在星体结构上；步骤4：拆除工装1；步骤5：安装工装2，并将太阳翼侧边基准靠紧工装2；步骤6：连接太阳翼与展开机构；步骤7：拆除工装2。

本发明的有益效果是：本发明的针对微小卫星的太阳翼展开机构，可靠性高、体积与重量小，可提供0-180°任意角度的太阳翼展开，能够极大程度地提高微小卫星太阳翼布片面积；本发明的展开机构安装方法简单，能够减少展开过程阻力，降低因为展开机构不同轴带来的展开失败风险。

附图说明

图1是本发明的展开机构展开60°时的结构示意图；

图2是沿本发明的展开机构锁紧轴线与旋转轴线的剖视图；

图3是本发明的展开机构收拢时的俯视图；

图4是本发明的展开机构展开时的俯视图；

图5是本发明的展开机构的装配方法流程图；

图6是本发明的展开机构的装配过程示意图。

具体实施方式

下面结合附图说明及具体实施方式对本发明进一步说明。

如图1-2所示，本发明的针对微小卫星的太阳翼展开机构包括包括母底座1、公底座2、旋转轴3、右旋扭簧4、左旋扭簧5、锁紧螺母6、t型防冷焊垫7、一字垫片8、锁紧轴9、压簧10。整个展开机构进行双重防冷焊设计，即镀层与防冷焊垫，提高可靠性。

母底座1与公底座2通过旋转轴3连接，旋转轴3穿过公母底座，在旋转轴3的两端，即公底座耳孔与旋转轴环状间隙内安装t型防冷焊垫7，在公底座2与母底座1上下耳孔之间安装一字垫片8。该展开机构一般两个配套使用，即上下安装，太阳翼压紧时，锁紧轴9位于母底座1中间耳孔外侧，太阳翼通过压紧机构固定在星体结构侧面，解锁后，在左右旋扭簧存储势能的作用下驱动太阳翼展开，锁紧轴9沿着中间耳孔外侧做圆形轨迹运动，到位后锁紧轴9进入母底座1的锁紧孔中。

母底座1具有上中下三个耳孔，其中中间耳孔提供锁紧轴9的滑动圆柱曲面，该曲面在展开到位后具有与锁紧轴9配合的锁紧孔，即展开固定角度时，在压簧的作用下，将锁紧轴推入锁紧孔内完成锁定。耳孔与旋转轴3、锁紧轴9与锁紧孔等均采用h8\f7小间隙配合，母底座1上下耳孔根据实际展开角度的需要，设计相应的限位凸起，如图3所示，以60°为例进行说明，完全展开后，限位工作如图4所示。实际工作时，可根据具体的角度设计突起位置。

公底座2具有上下两个耳孔，该耳孔与旋转轴3具有较大的环状间隙，t型防冷焊垫7可安装在其中，安装后三者之间为h8\f7小间隙配合。公底座2的中间位置，即与母底座1中间耳孔相对的位置设置锁紧轴与压簧安装孔，安装孔上表面开操作槽，用于锁紧后锁紧轴的拔出。

所述的母底座1与公底座2安装面分别具有两个通孔，用于与太阳翼连接。

所述的旋转轴3与锁紧轴9可与母底座1、公底座2选取不同的材料，防止冷焊，此实例中给出的底座均选用钛合金，轴类零件可选取不锈钢，同时为了增加展开的可靠性，可在轴的外侧涂覆镀层。

依照本发明的较佳实施例，所述展开机构，其展开状态最大包络(即展开180°时)为32×58mm，两折展开式太阳翼安装后间距为1mm，展开机构的重量＜25g。

依照本发明的较佳实施例，所述母底座、公底座的底座厚度为2mm，为了减轻重量，可对两种底座进行结构减重优化，材料可选用钛合金，同时底座的底面与侧面为基准面。

依照本发明的较佳实例，所述旋转轴、锁紧轴可选用不锈钢材料，防止与底座产生冷焊，同时为了防止冷焊，在母底座与公底座间增加非金属t型防冷焊垫与一字垫片，该垫片的材料可选用聚四氟乙烯等。

依照本发明较佳实例，所述展开机构可安装在两折太阳翼之间或者单折太阳翼与结构间。

依照本发明较佳实例，所述的旋转轴具有锁紧段，母/公底座以及t型/一字垫片配合段，该轴为变直径台阶轴，两端具有螺纹段，采用锁紧螺母限制旋转轴窜动；该旋转轴螺母安装位置具有限位设计，防止压紧t型垫，增加展开阻力。

依照本发明的较佳实例，所述扭簧可选用弹簧钢或不锈钢，根据实际所需的驱动裕度设计参数，所述压簧仅提供锁紧轴轴向力，推动力裕度设计时考虑锁紧轴轴向摩擦力即可。

依照本发明的较佳实例，所述锁紧轴包含导向段、中间段、压簧接入段，导向段带有圆角方便滑入锁紧孔；中间段带有环状槽，可在锁紧后借助环状槽拨出锁紧轴解除锁定，主要用于地面操作，压簧接入段是为了防止压簧失稳，将压簧套入锁紧轴的压簧接入段。

本发明同时给出了一种保证展开铰链安装同轴性的工装设计与安装方法。参考图5与图6所示的流程图和示意图，包括工装1(11)、星体结构(12)、展开机构(13)、工装2(14)、太阳翼(15)。具体安装步骤如下所示：

s101：单个展开机构(13)自身装配。

s102：将两个展开机构(13)同时安装在工装1(11)上，以侧面基准面靠紧工装1(11)，保证位于同一轴线上。

s103：将展开机构(13)安装在星体结构(12)上，安装时工装1(11)与展开机构(12)同时安装在星体结构上(12)。

s104：并拆除工装1(11)。

s105：安装工装2(14)，并将太阳翼(15)侧边基准靠紧工装2(14)。

s106：连接太阳翼(15)与展开机构(12)。

s107：拆除工装2(14)。

如太阳翼(15)外侧还连接太阳翼，展开机构安装方法类似。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。