一种基于带状弹簧的新型太阳帆板展开与支撑机构的制作方法
【专利摘要】一种基于带状弹簧的新型太阳帆板展开与支撑机构属于应用于卫星太阳能电池阵的展开机构领域，目的在于解决现有技术存在的展开刚度低、基频低的问题。本发明包括太阳帆板、卷簧驱动铰链、卫星星体、支杆铰链、下支杆、带状弹簧和上支杆；太阳帆板和卫星星体通过卷簧驱动铰链连接，带状弹簧两端分别通过转接件与上支杆和下支杆连接，上支杆通过支杆铰链与所述太阳帆板连接，下支杆通过支杆铰链与所述卫星星体连接；卷簧驱动铰链中的卷簧、所述带状弹簧和所述支杆铰链提供展开力矩实现太阳帆板的展开。本发明的太阳帆板、卫星星体与上支杆和下支杆组成的整体构成一个空间四面体的稳定支撑结构，提升系统在展开状态下基频和刚度。
【专利说明】一种基于带状弹簧的新型太阳帆板展开与支撑机构
【技术领域】
[0001]本发明属于应用于卫星太阳能电池阵的展开机构领域，特别是涉及一种“敏捷小卫星”上的基于带状弹簧的新型太阳帆板展开与支撑机构。
【背景技术】
[0002]太阳能帆板展开机构是空间对地观测卫星的重要分系统之一，历史上因展开机构机械故障而无法正常工作的案例达到数十例。因此在航天卫星工程中，太阳能帆板展开机构是设计、试验的重点部分。
[0003]现有的对地观测卫星为传统大型推扫类对地观测卫星，适用于此类观测卫星的太阳能帆板展开机构利用卷簧、扭簧等储能元件的铰链机构，在卫星发射到预定轨道后，实现自动展开、自动锁定的功能。
[0004]参见附图1所示的太阳能帆板展开机构，包括太阳帆板1、卷簧驱动铰链2和卫星星体3，在帆板展开过程中，主要驱动力矩来源于卷簧驱动铰链2的卷簧预紧力矩，并靠卷簧驱动铰链2的锁紧机构来实现帆板的锁紧。这种太阳能帆板展开机构存在帆板展开刚度较低的问题。
[0005]近些年来各国争相提出“敏捷对地观测小卫星”的新概念，由于“敏捷小卫星”的姿态不停的变化，调姿频率非常高，这就对太阳帆板的展开基频提出了更高的要求，传统的太阳能帆板展开机构只靠两个卷簧驱动铰链来锁紧太阳帆板，形成悬臂结构，基频较低、刚度较低，不能满足敏捷对地观测小卫星对刚度和基频的要求，传统卫星展开机构部分阻尼比为0.1%?0.5%，阻尼比较低，因此需要研制一种展开基频高、刚度高、阻尼比高的新型帆板展开与支撑机构。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于解决现有技术存在的展开刚度低、基频低、阻尼比低的问题，提出一种高稳定性的基于带状弹簧的新型太阳帆板展开与支撑机构，满足敏捷对地观测小卫星的使用要求。
[0007]为实现上述目的，本发明的一种基于带状弹簧的新型太阳帆板展开与支撑机构包括太阳帆板、卷簧驱动铰链、卫星星体、支杆铰链、下支杆、带状弹簧和上支杆；
[0008]所述太阳帆板和卫星星体通过卷簧驱动铰链连接，带状弹簧两端分别通过转接件与所述上支杆和所述下支杆连接，所述上支杆通过支杆铰链与所述太阳帆板连接，所述下支杆通过支杆铰链与所述卫星星体连接；所述卷簧驱动铰链中的卷簧、带状弹簧和支杆铰链提供展开力矩实现太阳帆板的展开。
[0009]所述带状弹簧为两个相对排列的弧形弯曲片，实现正向弯曲或反向弯曲180°并可以回弹至原形状。
[0010]所述带状弹簧两端分别通过转接件与所述上支杆和所述下支杆连接具体为:所述下支杆与所述转接件粘连在一起，所述带状弹簧与所述转接件通过两个压紧块压紧并用螺钉固定，所述上支杆和带状弹簧的连接方式与下支杆与带状弹簧的连接方式相同。
[0011]所述下支杆与支杆铰链之间有垫块，可以通过调整垫块的厚度来适当调整杆长，上支杆和支杆铰链的连接方式相同。
[0012]所述支杆铰链包括公铰和母铰，所述公铰通过轴、关节轴承、挡圈与所述母铰配合连接，实现公铰绕母铰转动，所述公铰两侧分别安装有扭簧。
[0013]本发明的积极效果:本发明的一种基于带状弹簧的新型太阳帆板展开与支撑机构用原理简单的带状弹簧替代了容易出现问题的复杂铰链机构，带状弹簧起到了能够弯曲180°的铰链机构作用，机构零件少，原理简单，相比于数十个零件组成的铰链机构，使得支撑机构由复杂变简单，可靠性大幅提升；用两端的支杆铰链通过螺钉固定在太阳帆板和卫星星体上，使得太阳帆板、卫星星体与上支杆和下支杆组成的整体构成一个空间四面体的稳定支撑结构，提升系统在展开状态下基频和刚度；与传统的帆板展开系统相比，用空间四面体结构代替了悬臂结构，展开状态下阻尼比达到3%、稳定性高，满足“敏捷小卫星”姿控系统的基频需求，并在受到扰动产生振动时，能更快的恢复平稳状态。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为现有技术中太阳帆板展开机构结构示意图；
[0015]图2为本发明的展开与支撑机构结构示意图；
[0016]图3为本发明的展开与支撑机构结构收拢状态时的结构示意图；
[0017]图4为本发明的带状弹簧使用方式示意图；
[0018]图5为本发明的带状弹簧与上支杆和下支杆连接方式结构示意图；
[0019]图6为本发明的支杆铰链结构示意图；
[0020]其中:1、太阳帆板，2、卷簧驱动铰链，3、卫星星体，4、支杆铰链，5、下支杆，6、带状弹簧，7、上支杆，8、压紧块，9、转接件，10、公铰，11、母铰，12、扭簧，13、垫块。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
[0022]参见附图2，本发明的一种基于带状弹簧6的新型太阳帆板I展开与支撑机构包括太阳帆板1、卷簧驱动铰链2、卫星星体3、支杆铰链4、下支杆5、带状弹簧6和上支杆7 ；
[0023]所述太阳帆板I和卫星星体3通过卷簧驱动铰链2连接，带状弹簧6两端分别通过转接件9与所述上支杆7和所述下支杆5连接，所述上支杆7通过支杆铰链4与所述太阳帆板I连接，所述下支杆5通过支杆铰链4与所述卫星星体3连接。
[0024]参见附图3，本发明收拢状态所述太阳帆板I与所述卫星星体3平行，所述上支杆7与所述下支杆5处于折叠状态，卷簧驱动铰链2转动90°，使卷簧处于压缩储能状态，支杆两端铰链转动45°，带状弹簧6弯曲180°，处于压缩状态。展开过程中，卷簧驱动铰链2提供主要的展开力矩，支杆铰链4和带状弹簧6也具有一定的辅助功能，辅助提供展开力矩。
[0025]参见附图4，所述带状弹簧6为两个相对排列的弧形弯曲片，其原理类似于钢卷尺，能够正向弯曲或反向弯曲180°并可以回弹至原形状，正向弯曲所需扭矩远小于反向弯曲扭矩，带状弹簧6展开后弯曲刚度较高，不易弯折。两片相对排列组成的机构，两个方向弯曲刚度均较高，经计算，能够满足支撑刚度要求。
[0026]参见附图5，所述带状弹簧6两端分别通过转接件9与所述上支杆7和所述下支杆5连接具体为:所述下支杆5与所述转接件9粘连在一起，所述带状弹簧6与所述转接件9通过两个压紧块8压紧并用螺钉固定，上支杆7部分也用同样连接方式连接。
[0027]参见附图6，所述上支杆7与支杆铰链之间有垫块13，可以通过调整垫块13的厚度来适当调整杆长，下支杆5和支杆铰链4的连接方式相同。
[0028]所述支杆铰链4包括公铰10和母铰11，所述公铰10通过轴、关节轴承、挡圈与所述母铰11配合连接，实现公铰10绕母铰11转动，所述公铰10两侧分别安装有扭簧12，其主要作用是消除关节轴承径向间隙并提供一定的展开力矩。
[0029]以上为本发明的【具体实施方式】，但绝非对本发明的限制。
【权利要求】
1.一种基于带状弹簧的新型太阳帆板展开与支撑机构，包括太阳帆板(I)、卷簧驱动铰链(2 )和卫星星体(3 )，所述太阳帆板(I)和卫星星体(3 )通过卷簧驱动铰链(2 )连接； 其特征在于，所述展开与支撑机构还包括支杆铰链(4)、下支杆(5)、带状弹簧(6)和上支杆(7);所述带状弹簧(6)两端分别通过转接件(9)与所述上支杆(7)和所述下支杆(5)连接，所述上支杆(7 )通过支杆铰链(4 )与所述太阳帆板(I)连接，所述下支杆(5 )通过支杆铰链(4)与所述卫星星体(3)连接；卷簧驱动铰链(2)中的卷簧、所述带状弹簧(6)和所述支杆铰链(4)提供展开力矩实现太阳帆板(I)的展开。
2.根据权利要求1所述的一种基于带状弹簧的新型太阳帆板展开与支撑机构，其特征在于，所述带状弹簧(6)为两个相对排列的弧形弯曲片，实现正向弯曲或反向弯曲180°并可以回弹至原形状。
3.根据权利要求1所述的一种基于带状弹簧的新型太阳帆板展开与支撑机构，其特征在于，所述带状弹簧(6 )两端分别通过转接件(9 )与所述上支杆(7 )和所述下支杆(5 )连接具体为:所述下支杆(5 )与所述转接件(9 )粘连在一起，所述带状弹簧(6 )与所述转接件(9 )通过两个压紧块(8)压紧并用螺钉固定，所述上支杆(7)和带状弹簧(6)的连接方式与下支杆(5)与带状弹簧(6)的连接方式相同。
4.根据权利要求1所述的一种基于带状弹簧的新型太阳帆板展开与支撑机构，其特征在于，所述上支杆(7)与支杆铰链(4)之间有垫块(13)，通过调整垫块(13)的厚度来适当调整杆长，下支杆(5)和支杆铰链(4)的连接方式与相同上支杆(7)与支杆铰链(4)的连接方式相同。
5.根据权利要求1所述的一种基于带状弹簧的新型太阳帆板展开与支撑机构，其特征在于，所述支杆铰链(4)包括公铰(10)和母铰(11)，所述公铰(10)通过轴、关节轴承、挡圈与所述母铰(11)配合连接，实现公铰(10)绕母铰(11)转动，所述公铰(10)两侧分别安装有扭簧(12)。
【文档编号】H02S20/30GK103482084SQ201310384757
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年8月29日 优先权日:2013年8月29日
【发明者】金光, 谢晓光, 王栋, 张雷, 谷松 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所