专利名称：桁架式可刚化充气展开的太阳电池阵的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种卫星或载人飞船等空间飞行器上使用的可展开的太阳电池阵，具体涉及一种桁架式可刚化充气展开的太阳电池阵。
背景技术：
太阳电池阵是卫星等空间飞行器的主要电源形式，在卫星、载人飞船、空间站等空间飞行器中的应用已非常广泛。现代飞行器技术的发展，需要越来越大面积的太阳电池阵提供更高能量的电源供应。传统的展开式太阳电池阵主要采用机械式刚性结构，此展开支撑结构是由很多刚性构件通过连接机构、控制展开机构和锁紧机构连接而成，在使用中存在结构复杂、易出故障、展开可靠性差、整体重量重、折叠效率低的问题，对于采用大面积的平面框架式展开结构的太阳电池阵来说，还存在结构刚度和基频随结构尺寸增大而降低，易引起与卫星主体共振，对太阳电池阵姿态控制较难的问题。从上述分析可以看出，设计出性能稳定，使用安全、可靠，高结构刚度的大面积太阳电池阵对卫星等飞行器的发展和使用起着至关重要的作用。
发明内容
本发明的目的是为解决传统的展开式太阳电池阵采用机械式刚性结构，在使用中存在结构复杂、易出故障、展开可靠性差、整体重量重、折叠效率低的问题及采用大面积的平面框架式展开结构存在结构刚度和基频随结构尺寸增大而降低，易引起与卫星主体共振，对太阳电池阵姿态控制较难问题而提供的一种桁架式可刚化充气展开的太阳电池阵。它包括基板、太阳电池板2；它还包括可刚化充气展开的桁架3、系带4、充气管道5、导线6、控制阀7、充气端接盘8、连接盘9、卡箍10；所述的桁架3由一组桁架单元首尾连接并用卡箍10固定构成，每个桁架单元的相同平面内放置有基板，基板与桁架单元之间通过系带4固定连接，基板的上端面具有太阳电池板2，桁架3的首端与充气端接盘8固定连接，导线6的一端通过充气端接盘8与主支撑管上的电加热层3-6相连接，充气管道5的一端通过充气端接盘8装在主支撑管内，充气管道5上装有控制阀7，桁架3的尾端与连接盘9固定连接。
本发明具有以下有益效果一、本发明由可刚化充气展开的桁架单元首尾相连组装而成的桁架作为主体结构，在相同平面的桁架单元内装置基板，基板以系带的连接方式与可刚化充气展开的桁架单元相连接，因而在使用时具有容易折叠、折叠效率高、发射体积小的优点。二、本发明由于采用可刚化充气展开的桁架式太阳电池阵，解决了传统的展开式太阳电池阵采用机械式刚性结构，在使用中存在结构复杂、易出故障、展开可靠性差、整体重量重、折叠效率低的问题及采用大面积的平面框架式展开结构的太阳电池阵存在结构刚度和基频随结构尺寸增大而降低，易引起与卫星主体共振，对太阳电池阵姿态控制较难的问题。三、本发明由于在充气管道上装有控制阀，可控制充气管道充入到桁架内部的气体流量和流速，使桁架的充气展开过程较为稳定。四、由于桁架是由桁架单元首尾连接组装而成的，采用此结构可方便的构建一百平米以上的大尺寸太阳电池阵列，并且桁架还具有组装及拆卸方便的优点。五、本发明还可在桁架单元内的两面或三面放置太阳帆板，也可用于平面天线，因而具有较广的使用范围。六、本发明具有结构简单、展开可靠性高、整体重量轻、折叠效率高、发射体积小、易于发射的优点，可满足卫星等空间飞行器电源供电的需要。
图1是本发明的整体结构图(基板采用刚性基板单元1-1)，图2是本发明的整体结构图(基板采用柔性基板单元1-2)，图3是桁架3与充气端接盘8和连接盘9固定连接的结构图，图4是桁架单元的结构图，图5是主支撑管的结构图，图6是副支撑管的结构图，图7是斜拉管的结构图，图8是充气端接盘8的主视图，图9是图8的A-A剖面图，图10是连接盘9的主视图，图11是图10的B-B剖面图，图12是六通连接管件的结构图。
具体实施例方式
具体实施方式
一结合图1、图3、图5、图9、图11说明本实施方式，本实施方式由基板、太阳电池板2、可刚化充气展开的桁架3、系带4、充气管道5、导线6、控制阀7、充气端接盘8、连接盘9、卡箍10组成；所述的桁架3由一组桁架单元首尾连接并用卡箍10固定构成，每个桁架单元的相同平面内放置有基板，基板与桁架单元之间通过系带4固定连接，基板的上端面具有太阳电池板2，桁架3的首端与充气端接盘8固定连接，导线6的一端通过充气端接盘8与主支撑管上的电加热层3-6相连接，充气管道5的一端通过充气端接盘8装在主支撑管内，充气管道5上装有控制阀7，桁架3的尾端与连接盘9固定连接。
本实施方式中，充气端接盘8的外圆周端面上具有环形凹槽8-1，连接盘9的外圆周端面上具有环形槽9-1，桁架3的首端装在充气端接盘8的外壁上并用粘接剂粘接，再将卡箍10固定装在充气端接盘8外壁上的环形凹槽8-1内；桁架3的尾端装在连接盘9的外壁上并用粘接剂粘接，再将卡箍10固定装在连接盘9外壁上的环形槽9-1内，采用上述结构用以对桁架3的轴向固定。
本实施方式中的充气端接盘8的端面上具有供充气管道5通过的轴向孔8-2和供导线6通过的轴孔8-3。
本实施方式中，为减轻桁架3的整体重量，充气端接盘8沿轴向加工有凹孔8-4，连接盘9沿轴向加工有凹槽9-2；为使桁架3的首端与充气端接盘8固定牢固，充气端接盘8上加工有凸台8-5；为使桁架3的尾端与连接盘9固定牢固，连接盘9上加工有台肩9-3。
具体实施方式
二结合图3说明本实施方式，本实施方式的桁架单元由三角形支撑架3-1和主支撑管组成；所述的主支撑管由第一主支撑管3-2、第二主支撑管3-3和第三主支撑管3-4组成；第一主支撑管3-2的尾端装在三角形支撑架3-1中的第一六通连接管件3-1-1上的主管接头3-1-1-1的管壁上并通过卡箍10固定连接，第二主支撑管3-3的尾端装在三角形支撑架3-1中的第二六通连接管件3-1-2上的主管接头3-1-2-1的管壁上并通过卡箍10固定连接，第三主支撑管3-4的尾端装在三角形支撑架3-1中的第三六通连接管件3-1-3上的主管接头3-1-3-1的管壁上并通过卡箍10固定连接。采用此结构的桁架单元可方便的组成面积较大的桁架3。其它组成及连接关系与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
三结合图3、图12说明本实施方式，本实施方式的三角形支撑架3-1由副支撑管和六通连接管件组成；所述的六通连接管件由第一六通连接管件3-1-1、第二六通连接管件3-1-2、第三六通连接管件3-1-3组成；所述的副支撑管由垂直管3-1-4、第一斜管3-1-5、第二斜管3-1-6组成；第一六通连接管件3-1-1和第二六通连接管件3-1-2上下对称放置，第三六通连接管件3-1-3放置在第一六通连接管件3-1-1和第二六通连接管件3-1-2的正后方，第一六通连接管件3-1-1上的垂直管接头3-1-1-2通过卡箍10与垂直管3-1-4的一端固定连接，第二六通连接管件3-1-2上的垂直管接头3-1-2-2通过卡箍10与垂直管3-1-4的另一端固定连接，第一六通连接管件3-1-1上的斜管接头3-1-1-3通过卡箍10与第一斜管3-1-5的一端固定连接，第三六通连接管件3-1-3上的第一斜管接头3-1-3-2通过卡箍10与第一斜管3-1-5的另一端固定连接，第二六通连接管件3-1-2上的斜管接头3-1-2-3通过卡箍10与第二斜管3-1-6的一端固定连接，第三六通连接管件3-1-3上的第二斜管接头3-1-3-3通过卡箍10与第二斜管3-1-6的另一端固定连接。
本实施方式中，为使三角形支撑架3-1本身固定牢固及三角形支撑架3-1与主支撑管和各斜拉管之间固定牢固，将六通连接管件上的各管接头的外管壁上加工出环形固定槽3-1-12。
本实施方式中的六通连接管件采用刚性材料制成，容易集成大尺寸太阳电池阵，并且容易加工、减小加工难度。其它组成及连接关系与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
四结合图1、图3说明本实施方式，本实施方式的基板为刚性基板，所述的刚性基板由一组刚性基板单元1-1组成；刚性基板单元1-1放置在桁架单元内，相邻两个刚性基板单元1-1之间及刚性基板单元1-1与桁架单元上的第一主支撑管3-2、第二主支撑管3-3及垂直管3-1-4之间通过系带4固定连接。采用此连接结构不仅可保持基板整体平整，同时还便于折叠，展开后刚度高。其它组成及连接关系与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
五结合图2、图3说明本实施方式，本实施方式的基板为柔性基板，所述的柔性基板由一组柔性基板单元1-2组成；柔性基板单元1-2与桁架单元上的第一主支撑管3-2、第二主支撑管3-3和垂直管3-1-4之间通过系带4固定连接；所述的柔性基板单元1-2由一层聚合物薄膜或一层树脂预浸纤维织物构成。采用柔性基板单元1-2具有结构简单、重量轻、折叠效率高、折叠体积较小的优点。
本实施方式中，为保持柔性基板单元1-2的平面度，柔性基板单元1-2的外周边采用悬链线1-2-1的结构形式。其它组成及连接关系与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
六结合图2、图3说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式
五的不同点是本实施方式的柔性基板单元1-2由十层聚合物薄膜或十层树脂预浸纤维织物构成。以满足桁架3较大结构尺寸的要求。
具体实施方式
七结合图2、图3说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式
五具体实施方式
六的不同点是本实施方式的柔性基板单元1-2由二十层聚合物薄膜或二十层树脂预浸纤维织物构成。以满足桁架3大结构尺寸的要求。
具体实施方式
八结合图3说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式
一的不同点是本实施方式还增加有斜拉管；所述的斜拉管由第一斜拉管11-1、第二斜拉管11-2和第三斜拉管11-3组成；第一斜拉管11-1放置在由第一主支撑管3-2和第二主支撑管3-3构成的平面的对角线上，第一斜拉管11-1的一端通过卡箍10与第一六通连接管件3-1-1上的第一斜管接头3-1-1-4固定连接，第一斜拉管11-1的另一端通过卡箍10与第二六通连接管件3-1-2上的第一斜管接头3-1-2-4固定连接，第二斜拉管11-2放置在由第二主支撑管3-3和第三主支撑管3-4构成的平面内的对角线上，第二斜拉管11-2的一端通过卡箍10与第二六通连接管件3-1-2上的第二斜管接头3-1-2-5固定连接，第二斜拉管11-2的另一端通过卡箍10与第三六通连接管件3-1-3上的第三斜管接头3-1-3-4固定连接，第三斜拉管11-3放置在由第一主支撑管3-2和第三主支撑管3-4构成的平面内的对角线上，第三斜拉管11-3的一端通过卡箍10与第一六通连接管件3-1-1上的第二斜管接头3-1-1-5固定连接，第三斜拉管11-3的另一端通过卡箍10与第三六通连接管件3-1-3上的第四斜管接头3-1-3-5固定连接。在桁架3的三个平面内沿对角线方向固定装有斜拉管，可保证桁架3稳定，提高桁架3的整体刚度。
具体实施方式
七结合图1、图2、图5说明本实施方式，本实施方式的主支撑管的管壁由内至外依次分别由气体阻隔层3-5、电加热层3-6、热固化层3-7、绝热层3-8和空间环境防护层3-9组成；所述的电加热层3-6由电加热薄膜或排布在一起的耐高温电阻丝制成。主支撑管由多层复合材料层制成，具有重量轻、折叠效率高的优点。
本实施方式中的气体阻隔层3-5由聚合物薄膜制成；电加热层3-6由电加热薄膜或排布在一起的耐高温电阻丝制成，采用此结构的电加热层3-6受热均匀，电加热层3-6通过导线6供电生热；热固化层3-7由环氧树脂预浸碳纤维织物材料制成，加热固化后可保证主支撑管所需要的强度和刚度；空间环境防护层3-9由聚酰亚胺薄膜材料制成，也可以涂敷防护涂层，设置空间环境防护层3-9的作用是可防止主支撑管遭到空间辐射而损害。其它组成及连接关系与具体实施方式
二相同。
具体实施方式
八结合图1、图2、图6说明本实施方式，本实施方式的副支撑管的管壁由内至外依次分别由阻隔层3-1-7、加热层3-1-8、热固层3-1-9、绝热防护层3-1-10和环境防护层3-1-11组成。副支撑管的管壁由多层复合材料层制成，具有重量轻、折叠效率高的优点。
本实施方式中的阻隔层3-1-7由聚合物薄膜制成；加热层3-1-8由电加热薄膜或排布在一起的耐高温电阻丝制成，采用此结构的加热层3-1-8受热均匀，加热层3-1-8通过导线6供电生热；热固层3-1-9由环氧树脂预浸碳纤维织物材料制成，加热固化后可保证副支撑管所需要的强度和刚度；环境防护层3-1-11由聚酰亚胺薄膜材料制成，也可以涂敷防护涂层，设置环境防护层3-1-1 1的作用是可防止副支撑管遭到空间辐射而损害。其它组成及连接关系与具体实施方式
三相同。
具体实施方式
九结合图1、图2、图3、图7说明本实施方式，本实施方式的斜拉管的管壁由内至外依次分别由气体隔离层11-4、电热层11-5、固化层11-6、绝热保护层11-7和空间防护层11-8组成。斜拉管的管壁由多层复合材料层制成，具有重量轻、折叠效率高的优点。
本实施方式中的气体隔离层11-4由聚合物薄膜制成；电热层11-5由电加热薄膜或排布在一起的耐高温电阻丝制成，采用此结构的电热层11-5受热均匀，电热层11-5通过导线6供电生热；固化层11-6由环氧树脂预浸碳纤维织物材料制成，加热固化后可保证斜拉管所需要的强度和刚度；空间防护层11-8由聚酰亚胺薄膜材料制成，也可以涂敷防护涂层，设置空间防护层11-8的作用是可防止斜拉管遭到空间辐射而损害。其它组成及连接关系与具体实施方式
六相同。
折叠方式先折叠第一斜管3-1-5和第二斜管3-1-6，再将第三主支撑管3-4折到与第一主支撑管3-2和第二主支撑管3-3构成的平面上，最后沿桁架3的轴线方向按Z形折叠整体。
权利要求
1.一种桁架式可刚化充气展开的太阳电池阵，它包括基板、太阳电池板(2)；其特征在于它还包括可刚化充气展开的桁架(3)、系带(4)、充气管道(5)、导线(6)、控制阀(7)、充气端接盘(8)、连接盘(9)、卡箍(10)；所述的桁架(3)由一组桁架单元首尾连接并用卡箍(10)固定构成，每个桁架单元的相同平面内放置有基板，基板与桁架单元之间通过系带(4)固定连接，基板的上端面具有太阳电池板(2)，桁架(3)的首端与充气端接盘(8)固定连接，导线(6)的一端通过充气端接盘(8)与主支撑管上的电加热层(3-6)相连接，充气管道(5)的一端通过充气端接盘(8)装在主支撑管内，充气管道(5)上装有控制阀(7)，桁架(3)的尾端与连接盘(9)固定连接。
2.根据权利要求1所述的桁架式可刚化充气展开的太阳电池阵，其特征在于所述的桁架单元由三角形支撑架(3-1)和主支撑管组成；所述的主支撑管由第一主支撑管(3-2)、第二主支撑管(3-3)和第三主支撑管(3-4)组成；第一主支撑管(3-2)的尾端装在三角形支撑架(3-1)中的第一六通连接管件(3-1-1)上的主管接头(3-1-1-1)的管壁上并通过卡箍(10)固定连接，第二主支撑管(3-3)的尾端装在三角形支撑架(3-1)中的第二六通连接管件(3-1-2)上的主管接头(3-1-2-1)的管壁上并通过卡箍(10)固定连接，第三主支撑管(3-4)的尾端装在三角形支撑架(3-1)中的第三六通连接管件(3-1-3)上的主管接头(3-1-3-1)的管壁上并通过卡箍(10)固定连接。
3.根据权利要求2所述的桁架式可刚化充气展开的太阳电池阵，其特征在于所述的三角形支撑架(3-1)由副支撑管、六通连接管件组成；所述的六通连接管件由第一六通连接管件(3-1-1)、第二六通连接管件(3-1-2)、第三六通连接管件(3-1-3)组成；所述的副支撑管由垂直管(3-1-4)、第一斜管(3-1-5)、第二斜管(3-1-6)组成；第一六通连接管件(3-1-1)和第二六通连接管件(3-1-2)上下对称放置，第三六通连接管件(3-1-3)放置在第一六通连接管件(3-1-1)和第二六通连接管件(3-1-2)的正后方，第一六通连接管件(3-1-1)上的垂直管接头(3-1-1-2)通过卡箍(10)与垂直管(3-1-4)的一端固定连接，第二六通连接管件(3-1-2)上的垂直管接头(3-1-2-2)通过卡箍(10)与垂直管(3-1-4)的另一端固定连接，第一六通连接管件(3-1-1)上的斜管接头(3-1-1-3)通过卡箍(10)与第一斜管(3-1-5)的一端固定连接，第三六通连接管件(3-1-3)上的第一斜管接头(3-1-3-2)通过卡箍(10)与第一斜管(3-1-5)的另一端固定连接，第二六通连接管件(3-1-2)上的斜管接头(3-1-2-3)通过卡箍(10)与第二斜管(3-1-6)的一端固定连接，第三六通连接管件(3-1-3)上的第二斜管接头(3-1-3-3)通过卡箍(10)与第二斜管(3-1-6)的另一端固定连接。
4.根据权利要求1所述的桁架式可刚化充气展开的太阳电池阵，其特征在于所述的基板为刚性基板，所述的刚性基板由一组刚性基板单元(1-1)组成；刚性基板单元(1-1)放置在桁架单元内，相邻两个刚性基板单元(1-1)之间及刚性基板单元(1-1)与桁架单元上的第一主支撑管(3-2)、第二主支撑管(3-3)及垂直管(3-1-4)之间通过系带(4)固定连接。
5.根据权利要求1所述的桁架式可刚化充气展开的太阳电池阵，其特征在于所述的基板为柔性基板，所述的柔性基板由一组柔性基板单元(1-2)组成；柔性基板单元(1-2)与桁架单元上的第一主支撑管(3-2)、第二主支撑管(3-3)和垂直管(3-1-4)之间通过系带(4)固定连接；所述的柔性基板单元(1-2)由至少一层聚合物薄膜或至少一层树脂预浸纤维织物构成。
6.根据权利要求1所述的桁架式可刚化充气展开的太阳电池阵，其特征在于它还包括斜拉管；所述的斜拉管由第一斜拉管(11-1)、第二斜拉管(11-2)和第三斜拉管(11-3)组成；第一斜拉管(11-1)放置在由第一主支撑管(3-2)和第二主支撑管(3-3)构成的平面的对角线上，第一斜拉管(11-1)的一端通过卡箍(10)与第一六通连接管件(3-1-1)上的第一斜管接头(3-1-1-4)固定连接，第一斜拉管(11-1)的另一端通过卡箍(10)与第二六通连接管件(3-1-2)上的第一斜管接头(3-1-2-4)固定连接，第二斜拉管(11-2)放置在由第二主支撑管(3-3)和第三主支撑管(3-4)构成的平面内的对角线上，第二斜拉管(11-2)的一端通过卡箍(10)与第二六通连接管件(3-1-2)上的第二斜管接头(3-1-2-5)固定连接，第二斜拉管(11-2)的另一端通过卡箍(10)与第三六通连接管件(3-1-3)上的第三斜管接头(3-1-3-4)固定连接，第三斜拉管(11-3)放置在由第一主支撑管(3-2)和第三主支撑管(3-4)构成的平面内的对角线上，第三斜拉管(11-3)的一端通过卡箍(10)与第一六通连接管件(3-1-1)上的第二斜管接头(3-1-1-5)固定连接，第三斜拉管(11-3)的另一端通过卡箍(10)与第三六通连接管件(3-1-3)上的第四斜管接头(3-1-3-5)固定连接。
7.根据权利要求2所述的桁架式可刚化充气展开的太阳电池阵，其特征在于所述的主支撑管的管壁由内至外依次分别由气体阻隔层(3-5)、电加热层(3-6)、热固化层(3-7)、绝热层(3-8)和空间环境防护层(3-9)组成；所述的电加热层(3-6)由电加热薄膜或排布在一起的耐高温电阻丝制成。
8.根据权利要求3所述的桁架式可刚化充气展开的太阳电池阵，其特征在于所述的副支撑管的管壁由内至外依次分别由阻隔层(3-1-7)、加热层(3-1-8)、热固层(3-1-9)、绝热防护层(3-1-10)和环境防护层(3-1-11)组成。
9.根据权利要求6所述的桁架式可刚化充气展开的太阳电池阵，其特征在于所述的斜拉管的管壁由内至外依次分别由气体隔离层(11-4)、电热层(11-5)、固化层(11-6)、绝热保护层(11-7)和空间防护层(11-8)组成。
全文摘要
桁架式可刚化充气展开的太阳电池阵，它涉及一种空间飞行器上使用的可展开的太阳电池阵。本发明解决了传统的展开式太阳电池阵采用机械式刚性结构，存在结构复杂、展开可靠性差、折叠效率低的问题及采用大面积的平面框架式展开结构存在结构刚度和基频随结构尺寸增大而降低的问题。本发明的桁架3由一组桁架单元首尾连接构成，每个桁架单元的相同平面内放置有基板并通过系带4固接，基板的上端面具有太阳电池板2，桁架3的首端与充气端接盘8固接，导线6的一端与主支撑管上的电加热层3－6相连接，充气管道5的一端装在主支撑管内，充气管道5上装有控制阀7，桁架3的尾端与连接盘9固接。本发明具有结构简单、折叠效率高、发射体积小的优点。
文档编号H01L31/045GK1769137SQ20051001045
公开日2006年5月10日 申请日期2005年10月21日 优先权日2005年10月21日
发明者苗常青, 谢志民, 刘宇艳, 谭惠丰 申请人:哈尔滨工业大学