一种可控有序充气展开自支撑式太阳帆结构的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及航天领域，尤其涉及一种可控有序充气展开自支撑式太阳帆结构。
【背景技术】
[0002] 进入21世纪后，深空探测领域越发受到人类的重视。太阳帆航天器作为新型的飞 行器，不需要推进系统就可以实现飞行器的加速运动，太阳帆飞行器是通过与太阳光子之 间的动量交换而获得飞行动力。而这种推进资源是无穷无尽的，推进的持续力只依赖于太 阳帆薄膜与致动器的寿命和光源的距离。在深空探测领域具有很高的研宄价值。为了提供 航天器足够的推进力，航天器需要足够大的太阳帆帆面。充气展开太阳帆结构以其质量轻、 展开面积大等特点，在深空探测领域具有较好的应用前景。现有技术无法在轨可靠稳定地 将太阳帆帆面展开，存在稳定性差的问题。
【发明内容】
[0003] 针对现有的太阳帆帆面支撑臂结构存在的上述问题，从而提供一种旨在可在轨靠 稳定地将太阳帆帆面展开的可控有序充气展开自支撑式太阳帆结构。
[0004] 一种可控有序充气展开自支撑式太阳帆结构，包括：
[0005] 支架，所述支架由四个缠绕轴、一立方柱和一八边形底座组成，所述立方柱设置于 所述八边形底座的中心位置，所述缠绕轴设置于所述八边形底座的边缘上，且相邻两个所 述缠绕轴之间的距离相等；
[0006] 四组帆面，每个所述帆面均包括一个顶点和两个端点，所述帆面是由两条曲线方 X f 程均为：Λ=孕'coshf;以及一条曲线方程为：）;= Lcosh 7的三条曲线围成的帆面；其 K \h) 中，h表示曲线的拱深度，-1/12彡h彡1/8, -1/2彡X彡1/2, 1表示曲线两侧端点之间的 距离，Ii1表示曲线的拱深度，-I ^l2彡h# 1夕8, -I1/2彡X1S 1夕2, I1表示曲线两侧端点 之间的距离；每个所述帆面对应一所述缠绕轴，分别采用预设折叠方式将所述帆面收拢于 所述帆面对应的所述缠绕轴上，所述帆面的顶点固定于所述缠绕轴上；
[0007] 四个充气瓶，均设置于所述立方柱的内侧；
[0008] 四个充气伸展臂，每个所述充气伸展臂对应一所述充气瓶，所述充气瓶用以为所 述充气伸展臂充气，所述充气伸展臂的进气端连接与所述充气伸展臂对应的所述充气瓶， 相邻两个所述帆面的相邻端点均连接于同一所述充气伸展臂的伸展末端的连接杆，四个充 气伸展臂设置在立方柱的四个面上，且展开的伸展臂处于缠绕轴中间，即每个所述充气伸 展臂与相邻两个所述缠绕轴之间的距离相同。
[0009] 优选的，所述帆面的顶点处设置有一个内径与缠绕轴外径相同的托环，所述托环 内的帆面部分为4n个（η多3)锯齿状薄膜围成的圆形开口，所述圆形开口的半径与所述缠 绕轴的半径相同，4η个所述锯齿薄膜固定于所述缠绕轴上。
[0010] 优选的，所述托环位于帆面顶点处，和缠绕轴相连。
[0011] 优选的，所述充气伸展臂的伸展段包括两个子伸展臂和一压紧控制器，两个所述 子伸展臂均采用卷曲折叠，展开后两个所述子伸展臂的相接触的两个面分别采用毛面和勾 面子伸展臂子伸展臂子伸展臂。
[0012] 优选的，所述压紧控制器有两个定位轮和支架组成，其中两个定位轮分别压住相 应的子伸展臂上，并通过连杆连接在子伸展臂的端头。
[0013] 优选的，所述充气伸展臂的伸展段还包括四个半圆形的蜂窝块，每两个所述蜂窝 块以预设距离相对设置，所述子伸展臂沿两个所述蜂窝块缠绕压缩，所述充气伸展臂的伸 展末端设置于两个所述蜂窝块之间。
[0014] 子伸展臂优选的，所述帆面还包括：
[0015] 加强部，设置于所述帆面的外延；
[0016] 绳索，设置于所述加强部的边缘。
[0017] 优选的，所述充气伸展臂的伸展末端通过连接杆与相邻两个所述帆面的相邻端点 连接。
[0018] 优选的，所述连接杆的两端均设置有旋转轴，相邻两个所述帆面的相邻端点均分 别通过弹性连接绳与所述旋转轴连接。
[0019] 上述技术方案的有益效果：
[0020] 在本技术方案中，采用由三条曲线构成的近似三角形的帆面，可使帆面在展开时 受的拉力分布均匀，可稳定且平稳的在轨展开；帆面的顶点处设置的4η个锯齿围成的圆形 开口可保证帆面的顶点与的结构特点，可以提高展开后充气伸展臂的直线度和展开后支撑 结构刚度，是单个伸展臂结构刚度的2倍，并提高了展开臂的稳定强度。
【附图说明】
[0021] 图1为本发明四组所述帆面的展开结构示意图；
[0022] 图2a为本发明一个所述帆面的一种曲线计算的示意图；
[0023] 图2b为本发明一个所述帆面的另一种曲线计算的示意图；
[0024] 图3为本发明所述帆面与缠绕轴连接展开结构示意图；
[0025] 图4为本发明所述帆面缠绕于与缠绕轴上的结构示意图；
[0026] 图5为本发明所述充气伸展臂的结构示意图；
[0027] 图6为本发明两个子伸展臂的截面图；
[0028] 图7为本发明展开后的帆面的相邻两个帆面的端点的连接示意图；
[0029] 图8为本发明所述支架的示意图；
[0030]图9为本发明充气伸展臂收拢压缩的示意图。
【具体实施方式】
[0031] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其 他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0032] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相 互组合。
[0033] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
[0034] 如图1至图9所示，一种可控有序充气展开自支撑式太阳帆结构，包括：
[0035] 支架3,支架3由四个缠绕轴3-1、一立方柱3-2和一八边形底座3-4组成，立方柱 设置于八边形底座3-4的中心位置，缠绕轴3-1设置于八边形底座3-4的边缘上，且相邻两 个缠绕轴3-1之间的距离相等；
[0036] 如图2所示，四组帆面1，每个帆面1均包括一个顶点和两个端点，帆面1是由两条 曲线方程均为=iVcoshI;以及一条曲线（顶点对面曲线）方程为：J = Icoshffj的 ?1 \h) 三条曲线围成的帆面1 ;其中，h表示曲线的拱深度，-1/12彡h彡1/8, -1/2彡X彡1/2, 1 表示曲线两侧端点之间的距离，即点（〇，h)为y轴和边缘的交点，Ill表示曲线的拱深度，即 点（〇, hj为yi轴和边缘的交点，-I i/12彡h# 1 1；/8, -1/2彡X1S 1 /2, I1表示曲线两侧 端点之间的距离；每个帆面1对应一缠绕轴3-1，分别采用预设折叠方式将帆面1收拢于帆 面1对应的缠绕轴3-1上，帆面1的顶点固定于缠绕轴3-1上；
[0037] 四个充气瓶4,均设置于立方柱3-2的内侧；
[0038] 四个充气伸展臂2,每个充气伸展臂2对应一充气瓶4,充气瓶4用以为充气伸展 臂2充气，充气伸展臂2的进气端连接与充气伸展臂2对应的充气瓶4,相邻两个帆面1的 相邻端点均连接于同一充气伸展臂2的伸展末端2-3的连接杆2-1，四个充气伸展臂2设置 在立方柱3-2的四个面上，且展开的伸展臂处于缠绕轴中间，即每个充气伸展臂2与相邻两 个缠绕轴3-1之间的距离相同。
[0039] 进一步地，充气瓶4可采用氮气进行充气。
[0040] 在本实施例中，为了克服因充气伸展臂2折叠紧凑度的不同而导致的展开不同 步，采用一个充气瓶4仅为一个充气伸展臂2充气；即充气瓶4的个数和充气伸展臂2的个 数相同；太阳帆的帆面1结构采用边缘为曲线的近似三角形形状，可使帆面1在展开时受的 拉力分布均匀，可在轨可靠稳定地将太阳帆帆面1展开。通过充气瓶4充入气体使充气伸 展臂2可有序展开，同时带动缠绕在缠绕轴3-1上的帆面1展开。太阳帆结构具有重量轻、 收拢体积小、展开有序可控、展开后面积大以及展开后无需保压等特点。
[0041] 如图3和图4所示，在优选的实施例中，帆面1的顶点处设置有一个内径与缠绕轴 3-1外径相同的托环1-3,托环1-3内的帆面部分被修建为4n个（η多3)锯齿状薄膜围成 的圆形开口 1-4,圆形开口 1-4的半径与缠绕轴3-1的半径相同，4η个所述锯齿薄膜固定于 所述缠绕轴3-1上，可防止展开过程中帆面在缠绕轴上的上下移动导致的展开不稳定。
[0042] 进一步地，圆形开口 1-4和托环1-3均采用铝材质制成，锯齿为16个效果最佳。
[0043] 在本实施例中，帆面1的顶点处设置的复数个锯齿围成的圆形开口 1-4可保证帆 面1的顶点与缠绕轴3-1之间无相对运动，降低了该位置的集中应力。
[0044] 如图3和图4所示，在优选的实施例中，托环1-3位于帆面1顶点处，和缠绕轴3-1 相连，该特点是：当帆面1缠绕在缠绕轴3-1上时，起到拖住帆面的作用，可保护展开中帆面 展开过程中不与底座发生摩擦。
[0045] 在本实施例中，托环1-3的直径略大于帆面1完全缠绕于缠绕轴3-1上的直径，即 在帆面1缠绕状态下，可以起到拖扶帆面1的作用，达到限制帆面1初始位移的目的，以保 证太阳帆帆面1可顺利展开。
[0046] 如图5所示，在优选的实施例中，充气伸展臂2的伸展段包括两个子伸展臂2-4和 一压紧控制器2-2,两个子伸展臂2-4均