用于太阳能电池阵列的收放装置及收放方法、浮空器与流程

本发明属于航空航天技术领域，具体涉及一种用于太阳能电池阵列的收放装置及收放方法、浮空器。

背景技术：

在临近空间技术领域中，为了实现浮空器平台的持久驻空，选用循环能源是常用的技术途径。太阳能电池阵列作为循环能源系统的重要组成部件，常常需要详细设计太阳能电池阵列与浮空器的连接方式。比如，在飞艇上升、驻空、下降过程中，为了柔性太阳能电池阵列不受外力破碎而影响功率输出，太阳能电池阵列需在飞艇的不同飞行模式下，保持完全展开、完全收回等不同状态，这就需要一种能实现浮空器用太阳能电池阵列收放结构装置及方法。

技术实现要素：

本发明提出了一种用于太阳能电池阵列的收放装置及收放方法、浮空器，通过使用本发明所述的用于太阳能电池阵列的收放装置及收放方法、浮空器，能够有效地对太阳能电池阵列进行展开和回收，合理的分配在不同飞行阶段的太阳能电池阵列的展开形式，显著提高太阳能电池阵列的输出率和利用率，有效地降低了浮空器在回收过程中太阳能电池组件的大面积碎裂程度。

本发明提出了一种用于太阳能电池阵列的收放装置，其中包括：

固定部件，所述固定部件用于固定整个收放装置；

可转动部件，所述可转动部件套设于所述固定部件的外侧面，并能够绕所述固定部件的轴线进行旋转；

弹性连接件，所述弹性连接件设于所述固定部件和所述可转动部件之间，所述固定部件和所述可转动部件分别与所述弹性连接件的两端相连接，且所述可转动部件绕所述固定部件的轴线发生转动后，所述弹性连接件能够产生回收拉力，所述可转动部件在回收拉力的作用下能够旋转至原位；

柔性连接板，用于固定连接所述太阳能电池阵列，所述柔性连接板层绕在所述可转动部件的表面，其一端固定连接在所述可转动部件上，通过转动所述可转动部件，所述柔性连接板能够伸出或缩回；以及

动力牵引装置，用于牵引所述柔性连接板，所述动力牵引装置通过连接件与所述柔性连接板的另一端相连接，通过牵引所述柔性连接板能够使所述太阳能电池阵列展开。

进一步地，如上所述的用于太阳能电池阵列的收放装置，其中所述固定部件的中间部分为圆柱状结构，其两端面均设有径向尺寸大于所述圆柱状结构的径向尺寸的挡板，所述圆柱状结构的圆周外表面上设有能够与所述弹性连接件的一端形状匹配连接的第一连接端口。

进一步地，如上所述的用于太阳能电池阵列的收放装置，其中所述可转动部件为圆筒状结构，其轴向尺寸小于所述圆柱状结构的轴向尺寸，所述可转动部件的圆周内表面上设有能够与所述弹性连接件的另一端形状匹配连接的第二连接端口。

进一步地，如上所述的用于太阳能电池阵列的收放装置，其中所述可转动部件的圆周外表面上与所述第二连接端口间隔180°处设有第三连接端口，所述第三连接端口用于固定连接所述柔性连接板。

进一步地，如上任一项所述的用于太阳能电池阵列的收放装置，其中所述柔性连接板包括毡布和多个杆件，多个所述杆件成网状的布置在所述毡布的表面，用于固定所述太阳能电池阵列。

进一步地，如上任一项所述的用于太阳能电池阵列的收放装置，其中所述固定部件和所述可转动部件之间还设有滚动轴承，所述可转动部件通过所述滚动轴承能够沿所述固定部件的轴线进行转动。

进一步地，如上任一项所述的用于太阳能电池阵列的收放装置，其中所述弹性连接件是涡卷弹簧。

进一步地，如上任一项所述的用于太阳能电池阵列的收放装置，其中所述动力牵引装置包括伺服电机、拉索和限位机构，所述伺服电机通过所述拉索与所述柔性连接板的另一端相连接，所述伺服电机通过所述拉索牵引所述柔性连接板对所述太阳能电池阵列进行展开，且所述太阳能电池阵列展开到预设位置时，所述限位机构能够停止对所述太阳能电池阵列的继续展开。

本发明还提出了一种浮空器，其中，所述浮空器包括如上任一项所述的用于太阳能电池阵列的收放装置。

本发明还提出了一种用于对如上任一项所述的用于太阳能电池阵列的收放装置进行收放的收放方法，其中包括以下步骤：

根据展开所述太阳能电池阵列的需要向所述动力牵引装置发出展开指令；

所述动力牵引装置根据所述展开指令牵引所述柔性连接板伸出，并对所述太阳能电池阵列进行展开，直至预设位置；

所述可转动部件带动所述弹性连接件绕所述固定部件的轴线进行转动，同时，使所述弹性连接件形成回收拉力；

根据回收所述太阳能电池阵列的需要向所述动力牵引装置发出回收指令；

所述动力牵引装置根据所述回收指令降低拉力，所述弹性连接件依靠自身的回收拉力带动所述可转动部件绕所述固定部件的轴线转动，直至完全收回。

通过使用本发明所述的收放装置和收放方法，在所述固定部件和所述可转动部件之间设置弹性连接件，当浮空器驻空期间，利用所述动力牵引装置牵引所述柔性连接板伸出，并对所述太阳能电池阵列进行展开，同时，在所述弹性连接件上形成回收拉力；在浮空器回收阶段或夜晚阶段，降低所述动力牵引装置的拉力，在所述弹性连接件上的回收拉力作用下，所述可转动部件绕所述固定部件的轴线旋转，并带动所述柔性连接板的回缩，实现所述太阳能电池阵列的回收，合理的分配在不同飞行阶段的太阳能电池阵列的展开形式，显著提高太阳能电池阵列的输出率和利用率，有效地降低了浮空器在回收过程中太阳能电池组件的大面积碎裂程度。

通过利用所述伺服电机和所述可转动部件对所述柔性连接板的两端进行固定，可实现太阳能电池阵列在浮空器平台中的可靠固定，同时，也提高了所述太阳能电池阵列展开和回收过程的可靠性。

通过在所述毡布上设置多个杆件，将所述太阳能电池阵列分割成多块，进一步加强了所述太阳能电池阵列和毡布的连接强度，防止太阳能电池阵列在运行和回收阶段发生掉落，降低设备的损坏率。

通过设置限位机构，当所述太阳能电池阵列展开到一定程度时，自动停止运动，防止伸出长度过长，导致回缩过程不到位，造成设备的损坏。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明的实施例的整体结构示意图；

图2为图1中所示实施例中可转动部件的结构示意图；

图3为图1中所示实施例中太阳能电池组件在毡布上的结构示意图。

附图中各标号表示如下：

10：固定部件；

20：可转动部件；

30：涡卷弹簧；

40：毡布；

50：伺服电机；

60：滚动轴承；

70：太阳能电池阵列；

80：主线缆。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

图1为本发明的实施例的整体结构示意图。如图1所示，一种用于太阳能电池阵列的收放装置，其中包括：

固定部件10，所述固定部件10用于固定整个收放装置。

可转动部件20，所述可转动部件20套设于所述固定部件10的外侧面，并能够绕所述固定部件10的轴线进行旋转。

弹性连接件30，所述弹性连接件30设于所述固定部件10和所述可转动部件20之间，所述固定部件10和所述可转动部件20分别与所述弹性连接件30的两端相连接，且所述可转动部件20绕所述固定部件10的轴线发生转动后，所述弹性连接件30能够产生回收拉力，所述可转动部件20在回收拉力的作用下能够旋转至原位。

柔性连接板，用于固定连接所述太阳能电池阵列70，所述柔性连接板层绕在所述可转动部件20的表面，其一端固定连接在所述可转动部件20上，通过转动所述可转动部件20，所述柔性连接板能够进行伸出或缩回。

动力牵引装置，用于牵引所述柔性连接板，所述动力牵引装置通过连接件与所述柔性连接板的另一端相连接，通过牵引所述柔性连接板对所述太阳能电池阵列70进行展开。

本实施例中，所述固定部件10固定连接在浮空器平台上，用以对整个收放装置进行安装和定位。

进一步地，所述固定部件10的中间部分为圆柱状结构，其两端面均设有径向尺寸大于所述圆柱状结构的径向尺寸的挡板，所述圆柱状结构的圆周表面上设有能够与所述弹性连接件的一端形状匹配连接的第一连接端口。如图1所示。将固定部件10设置成圆柱状结构，方便所述可转动部件20绕所述固定部件10的轴线进行旋转，且所述可转动部件20和所述固定部件10发生相对转动后，所述弹性连接件能够绕所述固定部件10发生转动，且产生回收拉力。所产生的回收拉力用于对所述太阳能电池阵列70进行回收。

进一步地，所述挡板为圆柱形挡板，且所述挡板的端面上设有多个沿其端面圆心均匀分布的通孔。

为了进一步节省空间，可以将挡板设置成圆柱形挡板，并连接两端面的外圆表面，设置相应的壳体，类似与卷尺结构，便于对所述可转动部件20上的柔性连接板进行旋转回收，合理利用空间，减少空间占用率。同时，端面的外圆表面设置多个通孔，在满足拉伸强度的情况下，可以进一步减轻收放装置的重量，以便降低整个浮空器的重量。

本实施例中，所述固定部件10采用航空铝材材料。航空铝材具有耐腐蚀，重量轻等优点，在航空航天领域内都有着广泛的应用。

进一步地，本实施例中，所述可转动部件20对应所述固定部件10的形状设置为圆筒状结构，其轴向尺寸小于所述圆柱状结构的轴向尺寸，所述可转动部件20的圆周内表面上设有能够与所述弹性连接件的另一端形状匹配连接的第二连接端口。如图2所示。将所述可转动部件20的轴向尺寸设计成小于所述圆柱状结构的轴向尺寸，便于所述可转动部件20相对所述固定部件10发生转动，防止可转动部件20的边缘与固定部件10的端面发生摩擦，造成不必要的能源损失。

进一步地，所述可转动部件20的圆周外表面上与所述第二连接端口间隔180°处设有第三连接端口，所述第三连接端口用于固定连接所述柔性连接板。将柔性连接板与第三连接端口进行固定连接，可以增强柔性连接板的固定强度，同时提高太阳能电池板70在展开和收回过程中的可靠性。

本实施例中，所述可转动部件20采用航天铝材制成。

进一步地，本实施例中所述弹性连接件是涡卷弹簧30。根据实际需要，也可以选用其他形式的弹簧，条件满足能够提供足够的回收拉力即可，如发条扭簧等。

进一步地，本实施例中所述柔性连接板包括毡布40和多个杆件，多个所述杆件成网状的布置在所述毡布40的表面，用于固定所述太阳能电池阵列70。其中，所述毡布40采用浮空器囊体材料制成。

如图3所示，所述太阳能电池阵列70在毡布40上的连接方式可采用搭扣的连接形式，并在其底部设置多个魔术贴，通过魔术贴将太阳能电池组件70与毡布40相连接，提高太阳能电池阵列70与毡布40之间连接的可靠性。同时，在太阳能电池阵列70的一端连接有主线缆80，主线缆80用于将太阳能电池阵列70产生的电能输送给其他用电设备

进一步地，为了降低能耗，减少所述可转动部件20和固定部件10相对转动过程中摩擦造成的能量损耗，所述固定部件10和可转动部件20之间还设有滚动轴承60，所述可转动部件20通过滚动轴承60能够沿所述固定部件10的轴线进行转动。

通过在固定部件10和可转动部件20之间设置滚动轴承60，可以有效地降低固定部件10和可转动部件20相对转动过程中产生的摩擦，同时，由于滚动轴承60的存在，所述固定部件10和所述可转动部件20之间还产生一个供所述涡卷弹簧30进行形变的空间，保障了收放装置的正常运行。

进一步地，所述动力牵引装置包括伺服电机50、拉索和限位机构，所述伺服电机50通过所述拉索与所述柔性连接板的另一端相连接，所述伺服电机50通过所述拉索牵引所述柔性连接板对所述太阳能电池阵列70进行展开，且当所述太阳能电池阵列70展开到预设位置时，所述限位机构能够停止对所述太阳能电池阵列70继续展开。

所述伺服电机50通过拉索与所述毡布40的另一端相连接，当需要对所述太阳能电池阵列70进行展开时，所述伺服电机50通过拉索带动所述毡布40进行拉伸展开。

所述毡布40的两端分别由伺服电机50和可转动部件20连接固定，有效地增加了所述毡布40连接的可靠性。根据太阳能电池阵列70的展开程度需要，在相应位置设置限位机构。当展开到预设位置时，停止展开，达到要求。同时，也可以采取相应的其他控制系统，当太阳能电池阵列70展开到预设位置时，伺服电机50停止转动，毡布40不再继续运动。

通过设置限位机构，当所述太阳能电池阵列70展开到一定程度时，自动停止运动，防止伸出长度过长，导致回缩过程不到位，造成设备的损坏。

在对太阳能电池阵列70进行展开的过程中，所述伺服电机50的拉力大于所述涡卷弹簧30的回收拉力。当展开到预定位置时，所述伺服电机50的拉力等于所述涡卷弹簧30的回收拉力。当需要对所述太阳能电池阵列70进行回收时，伺服电机50拉力减低至小于所述涡卷弹簧30的回收拉力，涡卷弹簧30带动所述可转动部件20进行反转，实现对太阳能电池阵列70的回收过程。

进一步地，所述动力牵引装置上还设有定位装置，用于固定连接所述伺服电机50和浮空器平台。

本发明还提出了一种浮空器，其中，所述浮空器包括上述所述的收放装置。

本发明还提出了一种用于对上述所述的用于太阳能电池阵列的收放装置进行收放的收放方法，其中包括以下步骤：

根据展开所述太阳能电池阵列70的需要向所述动力牵引装置发出展开指令；

所述动力牵引装置根据所述展开指令牵引所述柔性连接板伸出，并对所述太阳能电池阵列70进行展开，直至预设位置；

所述可转动部件20带动所述弹性连接件绕所述固定部件10的轴线进行转动，同时，使所述弹性连接件形成回收拉力；

根据回收所述太阳能电池阵列70的需要向所述动力牵引装置发出回收指令；

所述动力牵引装置根据所述回收指令降低拉力，所述弹性连接件依靠自身的回收拉力带动所述可转动部件20绕所述固定部件10的轴线转动，直至完全收回。

通过使用本发明所述的收放装置和收放方法，在所述固定部件10和所述可转动部件20之间设置弹性连接件，当浮空器驻空期间，利用动力牵引装置牵引所述柔性连接板伸出，并对所述太阳能电池阵列70进行展开，同时，在所述弹性连接件上形成回收拉力；在浮空器回收阶段或夜晚阶段，降低动力牵引装置的拉力，在所述弹性连接件上的回收拉力作用下，所述可转动部件20绕所述固定部件10的轴线旋转，并带动所述柔性连接板的回缩，实现太阳能电池阵列70的回收，合理的分配在不同飞行阶段的太阳能电池阵列70的展开形式，显著提高太阳能电池阵列70的输出率和利用率，有效地降低了浮空器在回收过程中太阳能电池阵列70的大面积碎裂程度。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。