基于形状记忆聚合物复合材料的柔性太阳能电池阵及其展开方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于形状记忆聚合物复合材料的柔性太阳能电池阵及其展开方法。
【背景技术】
[0002]随着航天器功能的增多，对能源供应的要求日益提高，太阳能电池阵也逐步变大。但又由于航天事业的特殊性，又要求航天器部件必须轻量化，占用体积小。在此背景下，作为空间太阳能电池发展的新方向，柔性太阳能电池阵薄膜因其质量轻，易折叠，大收纳比等优点必然在未来的航空航天领域发挥其巨大的作用。但现有关于柔性太阳能电池阵薄膜在空间太阳能电池的应用很少，存在展开控制过程不够稳定、可靠性差，柔性太阳能电池阵薄膜展开驱动技术不够成熟的问题。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是为了解决现有的柔性太阳能电池阵薄膜在空间太阳能电池的应用存在展开控制过程不够稳定、可靠性差，柔性太阳能电池阵薄膜展开驱动技术不够成熟的问题，而提出一种基于形状记忆聚合物复合材料的柔性太阳能电池阵及其展开方法。
[0004]基于形状记忆聚合物复合材料的柔性太阳能电池阵，所述柔性太阳能电池阵包括:一组柔性太阳能电池单元；每个柔性太阳能电池单元包括支撑架、供电主体、加热层和柔性太阳能电池阵单板，且支撑架的一端与供电主体固定连接，另一端为自由端，支撑架的一侧面板附着加热层，加热层表面粘接一块柔性太阳能电池阵单板；加热层由供电主体带有的电源供能；
[0005]其中，所述支撑架包括纵向结构和加强筋层，纵向结构为一组平行排列的纵梁，加强筋层为一组平行排列的加强筋，纵梁与加强筋之间垂直固定。
[0006]基于形状记忆聚合物复合材料的柔性太阳能电池阵的展开方法，纵向结构与横向的加强筋相互垂直排布构成支撑架，支撑架表面附着加热层，加热层表面粘接一组柔性太阳能电池阵单板，支撑架的一端与供电主体固定；通过加热层对支撑架进行驱动，控制供电主体所带的电源为加热层供电，加热层升温使形状记忆聚合物复合材料层合板制作的纵向结构变软，将支撑架与柔性太阳能电池阵单板同时由自由端向供电主体端卷曲直至成卷状，之后加热层被断电，停止加热，纵向结构冷却变硬，得到卷状的柔性太阳能电池阵单板；当加热层再次升温后，卷状的卷状的柔性太阳能电池阵单板恢复至平直状态，完成空间卷状的柔性太阳能电池阵单板的展开。
[0007]本发明的有益效果为:
[0008]本发明采用形状记忆聚合物复合材料层合板制成的支撑架结构，故在支撑架的一侧表面上覆盖加热层，得到覆盖有加热层的支撑架；然后在支撑架表面粘接柔性太阳能电池阵单板，将粘接有柔性太阳能电池阵单板的支撑架的一端夹持固定于供电主体，另一端为自由端，得到带有展开驱动结构的柔性太阳能电池阵单板。应用热驱动方式进行加热驱动具有驱动简单的优点，本发明能够克服传统充气式或机械式空间可展开结构存在的机械结构复杂、不稳定、易受冲击损坏等缺陷。
[0009]本发明提供了一种柔性太阳能电池阵在太空中的展开方法，通过热驱动方式进行加热驱动然后控制加热装置升温，支撑架的自由端向支撑架的固定端卷曲，直至柔性太阳能电池阵单板弯曲成卷状，之后冷却得到固化成卷状的柔性太阳能电池阵单板；加热层再次升温后，卷状的柔性太阳能电池阵单板恢复至平直状态，完成空间柔性太阳能电池阵单板的展开。在展开过程中体现了本发明的运动稳定性和可靠性高的优点，而且具有密度低，质量轻，成本低的优点。形状记忆聚合物复合材料使用材料自身的性质完成其展开功能，只需要安置加热元件而不需要其他驱动件与机械机构，结构简单。由于形状记忆聚合物材料性质稳定，展开机理简单，其展开过程可靠性高，依靠材料的变形回复过程进行展开，所以展开过程回复力平稳。由于没有复杂驱动件，在冲击与震荡下只要承载结构不被破坏，机构就能够进行展开与正常工作。
【附图说明】
[0010]图1为本发明的结构示意图；
【具体实施方式】
[0011]【具体实施方式】一:
[0012]本实施方式的基于形状记忆聚合物复合材料的柔性太阳能电池阵，结合图1所示，所述柔性太阳能电池阵包括:一组柔性太阳能电池单元；每个柔性太阳能电池单元包括支撑架1、供电主体2、加热层3和柔性太阳能电池阵单板4，且支撑架I的一端与供电主体2固定连接，另一端为自由端，支撑架I的一侧面板附着加热层3，加热层3表面粘接一块柔性太阳能电池阵单板4 ;加热层3由供电主体2带有的电源5供能；
[0013]其中，所述支撑架I包括纵向结构和加强筋层，纵向结构为一组平行排列的纵梁6，加强筋层为一组平行排列的加强筋7，纵梁6与加强筋7之间垂直固定。
[0014]【具体实施方式】二:
[0015]与【具体实施方式】一不同的是，本实施方式的基于形状记忆聚合物复合材料的柔性太阳能电池阵，所述纵梁的根数为2-5根；所述纵梁的横截面为矩形、椭圆形、圆形或拱形；其中，所述桁架的横截面为拱形时，拱形的圆弧角为1° -180°，所述拱形的壁厚为0.01_5mmo
[0016]【具体实施方式】三:
[0017]与【具体实施方式】一或二不同的是，本实施方式的基于形状记忆聚合物复合材料的柔性太阳能电池阵，所述纵向结构采用形状记忆聚合物复合材料层合板制作，形状记忆聚合物复合材料层合板为纤维增强形状记忆聚合物复合材料或颗粒增强形状记忆聚合物复合材料，形状记忆聚合物复合材料层合板内部包嵌的增强相为玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、硼纤维、石墨粉、镍粉、或碳纳米管中的一种。
[0018]【具体实施方式】四:
[0019]与【具体实施方式】三不同的是，本实施方式的基于形状记忆聚合物复合材料的柔性太阳能电池阵，所述纵向结构为矩形板或一组平行排列的桁架。
[0020]【具体实施方式】五:
[0021]与【具体实施方式】四不同的是，本实施方式的基于形状记忆聚合物复合材料的柔性太阳能电池阵，所述桁架的根数为2-5根；且所述桁架的横截面为矩形、椭圆形、圆形或拱形。
[0022]【具体实施方式】六:
[0023]与【具体实施方式】一、二、四或五不同的是，本实施方式的基于形状记忆聚合物复合材料的柔性太阳能电池阵，所述加强筋7的根数为1-30根，且加强筋7的横截面为矩形、圆形、拱形或三角形中的一种，所述加强筋7选用铁、铝合金、亚克力板以及纤维增强形状记忆聚合物复合材料中的一种制作而成。
[0024]【具体实施方式】七:
[0025]与【具体实施方式】六不同的是，根本实施方式的基于形状记忆聚合物复合材料的柔性