大型高承载长寿命可维护对日定向驱动机构及运行方法与流程

本发明属于航天器设计，特别涉及一种大型高承载长寿命可维护对日定向驱动机构及运行方法。

背景技术：

1、航天器以往对功率需求普遍不大于6kw，寿命需求普遍为低轨3～5年，但随着航天技术的发展，航天器对功率和使用寿命的要求日益提高，大型卫星平台传输功率达10kw以上，甚至可达20kw～50kw以上，寿命则要求达到低轨8～15年。大功率意味着需要更大的太阳翼，太阳翼的质量和惯量需要大幅增加，这不仅对对日定向驱动机构的大功率电传输能力提出了更高的需求，也对对日定向驱动机构的驱动和承载能力提出了更高的要求。长寿命意味着需要对日定向驱动机构具备使用寿命更长，更可靠的活动部件润滑方案，同时也对在轨可维护性提出了需求。

2、目前，国内外多采用“电机、减速器、导电环”的对日定向驱动机构方案，在电传输功率、承载能力、驱动能力等方面难以满足高承载、长寿命、可维护的需求。简单地尺寸增大，只能在一定程度上提高传输功率和承载驱动能力，但会存在重量大，能效比低的问题。国际空间站采用了太阳翼和对日定向驱动机构分别发射，在轨组装的方案，大幅降低了对对日定向驱动机构承载能力的需求。而基于目前国内航天技术水平，采用大型太阳翼和对日定向驱动机构一起发射的方案，对对日定向驱动机构的承载能力要求之高是从未有过的。

3、综上，随着空间科学技术的飞速发展，各种大功率长寿命的航天器平台对对日定向驱动机构的传输功率、承载和驱动能力、使用寿命、在轨可维护性等提出了更高、更大的需求。传统形式的对日定向驱动机构很难满足上述需求，因此，必须采用一种新型机械结构的对日定向驱动机构。

技术实现思路

1、为了克服现有技术中的不足，本发明人进行了锐意研究，提供了一种大型高承载长寿命可维护对日定向驱动机构及运行方法，该对日定向驱动机构具有发射段承载能力强、在轨段驱动能力大、制动能力强、传输功率高、运行寿命长、在轨可维护中至少一项特点，适用于大功率长寿命航天器平台。

2、本发明提供的技术方案如下：

3、第一方面，一种大型高承载长寿命可维护对日定向驱动机构，包括：复合材料主结构、舱体接口法兰、桁架接口法兰、包带锁紧释放组件、回转支撑装置和驱动锁定组件；

4、所述复合材料主结构与舱体接口法兰连接，用于在发射段支撑桁架接口法兰；

5、所述舱体接口法兰提供航天器舱体连接接口；

6、所述桁架接口法兰提供舱外负载连接接口；

7、所述包带锁紧释放组件在发射段箍紧复合材料主结构和桁架接口法兰，并于在轨段释放复合材料主结构和桁架接口法兰；

8、所述回转支撑装置顶部连接桁架接口法兰，底部连接舱体接口法兰，用于在发射段和在轨段锁紧支撑桁架接口法兰，并于在轨段为桁架接口法兰提供回转自由度；

9、所述驱动锁定组件安装在舱体接口法兰或桁架接口法兰上，作为动力源与回转支撑装置配合使用，带动桁架接口法兰回转运动。

10、第二方面，一种大型高承载长寿命可维护对日定向驱动机构的运行方法，包括如下步骤：

11、发射段时，复合材料主结构与舱体接口法兰连接，包带锁紧释放组件箍紧复合材料主结构和桁架接口法兰，回转支撑装置顶部锁紧连接桁架接口法兰、底部锁紧连接舱体接口法兰，外部承载链路和内部承载链路均为接通状态，且回转支撑装置为锁紧支撑制动模式；

12、入轨后，包带锁紧释放组件释放复合材料主结构和桁架接口法兰，承载方式由外部承载链路和内部承载链路同时承载切换至仅内部承载链路承载；

13、回转支撑装置顶部维持锁紧连接桁架接口法兰、底部与连接舱体接口法兰转动连接，或者回转支撑装置顶部与桁架接口法兰转动连接、底部维持锁紧连接舱体接口法兰，使回转支撑装置的工作模式相应由锁紧支撑制动模式切换至主回转支撑模式或备回转支撑模式；

14、驱动锁定组件的电机转动，通过传动链，最后驱动桁架接口法兰连同外部负载一起转动，实现对日定向驱动机构在轨运行。

15、根据本发明提供的一种大型高承载长寿命可维护对日定向驱动机构及运行方法，具有以下有益效果：

16、(1)本发明提供的一种大型高承载长寿命可维护对日定向驱动机构及运行方法，采用了基于复合材料主结构、包带锁紧释放组件构成的外部承载链路和基于回转支撑装置的内部承载链路的双发射段承载链路设计，其中外部承载链路轴向拉压刚度1.9～2.3×105n/mm，内部承载链路轴向拉压刚度4.5～7.3×104n/mm。实现了对日定向驱动机构发射段载荷主要通过承载形式为“结构承载”的外部承载链路承载，承载形式为“机构承载”的内部承载链路作为辅助承载，具有大幅提高对日定向驱动机构发射段承载能力，同时避免发射段机构承受过大载荷的优点；

17、(2)本发明提供的一种大型高承载长寿命可维护对日定向驱动机构及运行方法，采用包带锁紧释放组件，以蜗卷弹簧为储能元件，蜗卷弹簧预紧力力矩可根据需求调节，通过绳索组件和滚轮组件等实现以斜向上的方向拉脱条带，对条带除了有一个向上的拉力外，还有一个侧向拉力更利于条带拉脱，可通过调节窝卷弹簧的初始旋转角度实现拉脱力根据需要调节；

18、在限位支架下方设置缓冲组件，缓冲组件采用不锈钢罩和硅橡胶块，利用不锈钢韧性好易变形和硅橡胶柔性好耗能好的特点，能有效减小包带收集产生的冲击；

19、条带收集到限位支架下方，蜗卷弹簧仍有一部分残余力矩，并且该部分力矩在装配过程中可调节，能将包带牢牢限定在限位支架下方；

20、(3)本发明提供的一种大型高承载长寿命可维护对日定向驱动机构及运行方法，采用回转支撑装置锁紧支撑制动模式和驱动锁定组件驱动链路制动模式双制动模式相结合的制动方案，其中回转支撑装置锁紧支撑制动模式制动能力优于510nm，驱动锁定组件驱动链路制动模式制动能力优于290nm，具有高制动能力的特点，能够承受航天器在轨调姿变轨等多工况所产生的外部载荷，此外，还能够在满足在轨承载需求的基础上，满足不同使用场景的应用需求；

21、(4)本发明提供的一种大型高承载长寿命可维护对日定向驱动机构及运行方法，采用由滚环模块和滑环模块组成的滚环电传输装置进行功率和信号的传输，具有传输功率大，信号多的特点，能够满足航天器大功率传输和舱外多设备信号传输的需求；

22、(5)本发明提供的一种大型高承载长寿命可维护对日定向驱动机构及运行方法，驱动锁定组件采用电机驱动，“减速器+末端齿轮副”多级减速的驱动方案，其中力矩电机驱动能力＞1nm，传动减速比可达500以上，考虑传递效率后总输出力矩优于350nm，具有高驱动能力的特点；

23、(6)本发明提供的一种大型高承载长寿命可维护对日定向驱动机构及运行方法，采用三条驱动链路的方案，其中任意一条驱动链路均能满足航天器在轨12年的使用寿命需求。其中第一驱动链路和第二驱动链路共用回转支撑导轨内侧舱体侧导轨，独立使用驱动锁定组件，而第三驱动链路和第一驱动链路、第二驱动链路完全隔离。这种配置方案既能避免传动链发生单点失效，又能大幅减少航天器质量资源需求，还能够大幅延长对日定向驱动机构在轨运行寿命，并提高长寿命可靠性；

24、(7)本发明提供的一种大型高承载长寿命可维护对日定向驱动机构及运行方法，采用航天员参与，在轨补油组件在轨自主补油维护，实现了对日定向驱动机构可定期在轨维护的功能，具有在轨可维护，且操作简单方便的优点，大幅降低了航天员操作难度。对日定向驱动机构在轨可维护功能的实现进一步提高对日定向驱动机构在轨运行寿命和长寿命可靠性。