一种基于牵引方式控制的太阳帆展开机构

本发明属于空间展开机构，具体地说是一种基于牵引方式控制的太阳帆展开机构。

背景技术：

1、空间太阳帆展开机构是一种利用太阳光压进行推进的先进太空技术，它具有高效、环保的特点，可以长期持续推进、紧凑和重量轻等优点；且其灵活性好，可以设计成各种形状和大小，适应于不同的任务需求，因此它成为一种具有潜力的推进技术，为未来太空探索和宇宙飞行提供了新的可能性。

2、空间太阳帆展开机构广泛应用于深空探测任务、太阳观测任务以及未来的星际航行。它为探索太阳系的外行星、彗星和小行星提供了一种高效的推进方法，同时在太阳活动观测和未来星际探索中具有潜在应用价值。展开机构在太阳帆的部署和收起过程中扮演着重要角色，不正确的展开可能导致太阳帆无法正常工作，甚至损坏整个航天器。

3、目前现有的太阳帆展开装置的帆桁与太阳帆薄膜在展开时，不能很好地同步展开，且太阳帆薄膜展开后不能很好地张紧，从而影响太阳帆的正常工作。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明的目的在于提供一种基于牵引方式控制的太阳帆展开机构。

2、本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

3、一种基于牵引方式控制的太阳帆展开机构，包括双帆桁轮毂安装框架、双帆轮毂安装架、步进电机、中央传动轴、钢带轮、钢带、卷设有帆桁的帆桁轮毂、用于控制帆桁伸展方向的定位组件、卷设有太阳帆薄膜的双帆轮毂；

4、所述中央传动轴安装于所述双帆桁轮毂安装框架的内侧中部，所述中央传动轴通过所述步进电机带动转动，所述钢带轮设置于所述中央传动轴上，所述双帆桁轮毂安装框架的内侧且在所述中央传动轴的两侧对称位置上各转动设有帆桁轮毂，每个所述帆桁轮毂分别与所述钢带轮通过钢带连接，所述钢带的一端固定于钢带轮上，所述钢带另一端缠绕过所述钢带轮若干圈后固定于对应的帆桁轮毂上，每个所述帆桁轮毂上卷设有两组帆桁、分为帆桁a及帆桁b，每个所述帆桁轮毂的帆桁a的伸展方向与同一个帆桁轮毂的帆桁b的伸展方向呈固定夹角，其中一个所述帆桁轮毂的帆桁a的伸展方向与另一个所述帆桁轮毂的帆桁a的伸展方向相反，其中一个所述帆桁轮毂的帆桁b的伸展方向与另一个所述帆桁轮毂的帆桁b的伸展方向相反，各所述帆桁的最外端均设有帆桁支架；

5、所述双帆轮毂安装架安装于所述双帆桁轮毂安装框架的下侧，所述双帆轮毂安装架上与各所述帆桁轮毂对应的位置上分别设有双帆轮毂支撑芯轴，每个所述双帆轮毂支撑芯轴上套设有一个所述双帆轮毂，每个所述双帆轮毂上卷设有两组太阳帆薄膜，每组所述太阳帆薄膜分别对应连接一个所述帆桁a上的帆桁支架及与该帆桁a相邻的一个帆桁b上的帆桁支架，每个所述帆桁b与相邻的帆桁a之间均对应设有太阳帆薄膜；

6、每个所述双帆轮毂上还设有两个卷簧线轴，每个所述卷簧线轴分别通过牵引线与对应的一个所述帆桁上的帆桁支架连接，所述牵引线设置于所述太阳帆薄膜上被帆桁支架拉动的外边缘上。

7、所述双帆桁轮毂安装框架包括框架顶板、框架底板及若干个支撑柱，各所述支撑柱分别支撑设置于框架顶板及框架底板之间，所述中央传动轴及两个所述帆桁轮毂分别转动设置于框架顶板及框架底板之间。

8、所述定位组件包括若干个导向杆，所述框架顶板上及框架底板上靠近各所述帆桁延伸出双帆桁轮毂安装框架处均设有导向杆调节槽，所述框架顶板上的导向杆调节槽的设置位置与框架底板的导向杆调节槽的设置位置上下相互对应，每上下相互对应的两个所述导向杆调节槽之间穿设有同一个所述导向杆，每个所述导向杆均与邻近的一个所述支撑柱之间形成帆桁伸展出口、并对对应的一个帆桁的外侧面起到限位作用。

9、所述定位组件包括设置于所述双帆桁轮毂安装框架的内侧的若干个压板，每个所述压板的一端均延伸至靠近邻近的一个所述帆桁轮毂处、并设有压紧滚轮，各所述压紧滚轮分别抵接于所述帆桁轮毂上卷设的帆桁的表面上。

10、所述步进电机安装于所述双帆桁轮毂安装框架上，所述步进电机的驱动轴通过传动齿轮组带动所述中央传动轴，所述传动齿轮组包括主动齿轮、惰齿轮及从动齿轮，所述主动齿轮安装于所述步进电机的驱动轴上，所述从动齿轮安装于所述中央传动轴上，所述惰齿轮转动设置于所述双帆桁轮毂安装框架上，所述惰齿轮分别与所述主动齿轮及从动齿轮啮合。

11、每个所述帆桁轮毂的下端均连接有卷簧盘，所述卷簧盘的内侧设有卷簧a，所述卷簧a的一端与所述卷簧盘连接，所述卷簧a的另一端与邻近的一个所述双帆轮毂支撑芯轴连接。

12、本发明还包括锁紧组件，所述锁紧组件包括推拉驱动件、锁杆、拉簧a及锁紧齿轮，每个所述帆桁轮毂的上端均设有一个所述锁紧齿轮，所述推拉驱动件安装于所述双帆桁轮毂安装框架上，所述推拉驱动件的驱动端与所述锁杆连接，所述锁杆的两端靠近各所述锁紧齿轮处均设有与所述锁紧齿轮配合使用的锁紧齿形面，所述拉簧a的一端与所述双帆桁轮毂安装框架连接，所述拉簧a的另一端与所述锁杆连接，所述拉簧a的长度方向平行于所述推拉驱动件的驱动端的伸缩方向。

13、每个所述帆桁上的帆桁支架与相邻的所述太阳帆薄膜之间均通过拉簧b连接。

14、每个所述卷簧线轴均包括一个卷簧线轴外壳体，每个所述卷簧线轴外壳体的内部固定有卷簧b的一端，所述卷簧b的另一端连接所述牵引线的一端，所述牵引线另一端在卷簧线轴外壳体外周缠绕若干圈后与对应的一个所述帆桁上的帆桁支架连接。

15、每个所述双帆轮毂的顶面内侧均开设有卷簧线轴安装槽，各所述卷簧线轴均通过线轴支架安装于对应的所述双帆轮毂的卷簧线轴安装槽中，各所述卷簧线轴安装槽的侧面上均开设有若干个牵引线穿过孔。

16、本发明的优点与积极效果为：

17、本发明将太阳帆薄膜的外侧与帆桁最外端的帆桁支架进行连接，在展开帆桁的同时同步展开太阳帆薄膜，增强了太阳帆展开机构的同步能力，且通过卷簧线轴及牵引线的设置，可使得太阳帆薄膜在与帆桁同步展开的同时能够可靠地张开张紧。

技术特征：

1.一种基于牵引方式控制的太阳帆展开机构，其特征在于：包括双帆桁轮毂安装框架、双帆轮毂安装架、步进电机（1）、中央传动轴（2）、钢带轮（3）、钢带（4）、卷设有帆桁（001）的帆桁轮毂（5）、用于控制帆桁（001）伸展方向的定位组件、卷设有太阳帆薄膜（002）的双帆轮毂（6）；

2.根据权利要求1所述的一种基于牵引方式控制的太阳帆展开机构，其特征在于：所述双帆桁轮毂安装框架包括框架顶板（11）、框架底板（12）及若干个支撑柱（13），各所述支撑柱（13）分别支撑设置于框架顶板（11）及框架底板（12）之间，所述中央传动轴（2）及两个所述帆桁轮毂（5）分别转动设置于框架顶板（11）及框架底板（12）之间。

3.根据权利要求2所述的一种基于牵引方式控制的太阳帆展开机构，其特征在于：所述定位组件包括若干个导向杆（14），所述框架顶板（11）上及框架底板（12）上靠近各所述帆桁（001）延伸出双帆桁轮毂安装框架处均设有导向杆调节槽（15），所述框架顶板（11）上的导向杆调节槽（15）的设置位置与框架底板（12）的导向杆调节槽（15）的设置位置上下相互对应，每上下相互对应的两个所述导向杆调节槽（15）之间穿设有同一个所述导向杆（14），每个所述导向杆（14）均与邻近的一个所述支撑柱（13）之间形成帆桁伸展出口、并对对应的一个帆桁（001）的外侧面起到限位作用。

4.根据权利要求1所述的一种基于牵引方式控制的太阳帆展开机构，其特征在于：所述定位组件包括设置于所述双帆桁轮毂安装框架的内侧的若干个压板（16），每个所述压板（16）的一端均延伸至靠近邻近的一个所述帆桁轮毂（5）处、并设有压紧滚轮（17），各所述压紧滚轮（17）分别抵接于所述帆桁轮毂（5）上卷设的帆桁（001）的表面上。

5.根据权利要求1所述的一种基于牵引方式控制的太阳帆展开机构，其特征在于：所述步进电机（1）安装于所述双帆桁轮毂安装框架上，所述步进电机（1）的驱动轴通过传动齿轮组带动所述中央传动轴（2），所述传动齿轮组包括主动齿轮（18）、惰齿轮（19）及从动齿轮（20），所述主动齿轮（18）安装于所述步进电机（1）的驱动轴上，所述从动齿轮（20）安装于所述中央传动轴（2）上，所述惰齿轮（19）转动设置于所述双帆桁轮毂安装框架上，所述惰齿轮（19）分别与所述主动齿轮（18）及从动齿轮（20）啮合。

6.根据权利要求1所述的一种基于牵引方式控制的太阳帆展开机构，其特征在于：每个所述帆桁轮毂（5）的下端均连接有卷簧盘（21），所述卷簧盘（21）的内侧设有卷簧a（22），所述卷簧a（22）的一端与所述卷簧盘（21）连接，所述卷簧a（22）的另一端与邻近的一个所述双帆轮毂支撑芯轴（8）连接。

7.根据权利要求1所述的一种基于牵引方式控制的太阳帆展开机构，其特征在于：还包括锁紧组件，所述锁紧组件包括推拉驱动件（23）、锁杆（24）、拉簧a（25）及锁紧齿轮（26），每个所述帆桁轮毂（5）的上端均设有一个所述锁紧齿轮（26），所述推拉驱动件（23）安装于所述双帆桁轮毂安装框架上，所述推拉驱动件（23）的驱动端与所述锁杆（24）连接，所述锁杆（24）的两端靠近各所述锁紧齿轮（26）处均设有与所述锁紧齿轮（26）配合使用的锁紧齿形面（2401），所述拉簧a（25）的一端与所述双帆桁轮毂安装框架连接，所述拉簧a（25）的另一端与所述锁杆（24）连接，所述拉簧a（25）的长度方向平行于所述推拉驱动件（23）的驱动端的伸缩方向。

8.根据权利要求1所述的一种基于牵引方式控制的太阳帆展开机构，其特征在于：每个所述帆桁（001）上的帆桁支架（7）与相邻的所述太阳帆薄膜（002）之间均通过拉簧b（27）连接。

9.根据权利要求1所述的一种基于牵引方式控制的太阳帆展开机构，其特征在于：每个所述卷簧线轴（9）均包括一个卷簧线轴外壳体，每个所述卷簧线轴外壳体的内部固定有卷簧b的一端，所述卷簧b的另一端连接所述牵引线（10）的一端，所述牵引线（10）另一端在卷簧线轴外壳体外周缠绕若干圈后与对应的一个所述帆桁（001）上的帆桁支架（7）连接。

10.根据权利要求9所述的一种基于牵引方式控制的太阳帆展开机构，其特征在于：每个所述双帆轮毂（6）的顶面内侧均开设有卷簧线轴安装槽，各所述卷簧线轴（9）均通过线轴支架（28）安装于对应的所述双帆轮毂（6）的卷簧线轴安装槽中，各所述卷簧线轴安装槽的侧面上均开设有若干个牵引线穿过孔（601）。

技术总结
本发明属于空间展开机构技术领域，具体地说是一种基于牵引方式控制的太阳帆展开机构，包括双帆桁轮毂安装框架、双帆轮毂安装架、步进电机、中央传动轴、钢带轮、钢带、卷设有帆桁的帆桁轮毂、定位组件、卷设有太阳帆薄膜的双帆轮毂等。本发明由一个中央传动轴通过钢带轮及钢带同时带动两个帆桁轮毂匀速地转动，使每个帆桁轮毂上的两组帆桁分别稳定伸出。将太阳帆薄膜的外侧与帆桁最外端的帆桁支架进行连接，在展开帆桁的同时同步展开太阳帆薄膜，增强了太阳帆展开机构的同步能力，且通过卷簧线轴及牵引线的设置，可使得太阳帆薄膜在与帆桁同步展开的同时能够可靠地张开张紧。

技术研发人员：张福建,吴晨晨,张入铭
受保护的技术使用者：中国科学院沈阳自动化研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15