一种具有双稳态特性可折叠的太阳能板的制作方法

本实用新型涉及太阳能板技术领域，尤其涉及一种具有双稳态特性可折叠的太阳能板。

背景技术：

智能可变形结构是能将二维的结构展开成为三维的立体装置的结构，大大提高了空间利用率，广泛应用于航空航天等领域，因此智能可变形结构成为当下研究的热点。Origami是一种折纸技术，通过峰谷折痕它能将材料在二维的图形和三维立体结构之间相互转换。该技术在智能结构设计、可折叠机构等领域有非常广阔的应用范围。双稳态复合材料是一种具有两种不同稳定状态的新兴智能复合材料，两种稳态之间的转换需要一定的外力驱动，当处于稳定状态时不需要外力来维持。将Origami结构与双稳态材料有机结合，使得新型结构同时具有折纸结构的多状态特性和双稳态材料的稳定性。卫星在火箭内时，每一点的空间都非常宝贵，而太阳能板在卫星脱离火箭后将展开，针对这一情况，设计一种结合双稳态折纸技术的可展开太阳能板系统。

技术实现要素：

针对传统太阳能板由扭转弹簧和铰链组成的折叠机构，存在质量大、结构复杂、不智能的问题，本实用新型的目的在于提供一种具有双稳态特性可折叠的太阳能板，通过形状记忆合金驱动其中的双稳态材料变形，从而促使整个结构的形态改变，以取代传统的机械结构。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案:

一种具有双稳态特性可折叠的太阳能板，包括太阳能板主体和反对称双稳态圆柱壳，太阳能板主体包括中心太阳能板和侧边太阳能板，中心太阳能板的四边分别通过反对称双稳态圆柱壳与一块侧边太阳能板连接，中心太阳能板与侧边太阳能板能够相对转动，反对称双稳态圆柱壳的外侧设有形状记忆合金，形状记忆合金的形状恢复方向与反对称双稳态圆柱壳的环向一致。

所述的一种具有双稳态特性可折叠的太阳能板，中心太阳能板的四边各设有一个螺孔，侧边太阳能板的一边设有一个螺孔，反对称双稳态圆柱壳的两端各设有一个螺孔，反对称双稳态圆柱壳的两端分别通过螺钉与中心太阳能板和侧边太阳能板固定连接。

所述的一种具有双稳态特性可折叠的太阳能板，反对称双稳态圆柱壳由碳纤维环氧复合材料制备得到。

所述的一种具有双稳态特性可折叠的太阳能板，反对称双稳态圆柱壳为至少两层碳纤维环氧复合材料组成的复合结构。

所述的一种具有双稳态特性可折叠的太阳能板，所述碳纤维环氧复合结构中，相邻两层的纤维方向不同，成反对称铺层。

所述的一种具有双稳态特性可折叠的太阳能板，形状记忆合金包括一组形状记忆合金条，所述形状记忆合金条与反对称双稳态圆柱壳结合一体。

所述的一种具有双稳态特性可折叠的太阳能板，形状记忆合金为NiTi形状记忆合金。

通过采用上述技术，与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：

1）本实用新型对传统的使用扭转弹簧和铰链的折叠结构改进，实现折叠结构的智能可控；

2）本实用新型在反对称双稳态圆柱壳外侧上设有形状记忆合金，使其能沿一个方向折叠，呈现出两种不同的稳定状态，并且不需要外力来维持；

3）本实用新型将折纸结构与双稳态材料有机结合，设计了一种折叠机构，其结构简单，使用方便，质量轻，体积小，可实现智能控制，可应用于多种地方。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为反对称双稳态圆柱壳的结构示意图；

图3为中心太阳能板与侧边太阳能板折叠状态的连接结构示意图；

图4为中心太阳能板与侧边太阳能板展开状态的连接结构示意图；

图5为本实用新型展开状态的结构示意图；

图中：2-太阳能板主体，21-中心太阳能板，22-侧边太阳能板，3-反对称双稳态圆柱壳，4-螺钉，5-形状记忆合金，51-形状记忆合金条。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本实用新型作进一步说明，但本实用新型的保护范围并不仅限于此：

如图1至5所示，本实用新型的一种具有双稳态特性可折叠的太阳能板，包括太阳能板主体2和反对称双稳态圆柱壳3，太阳能板主体2包括中心太阳能板21和侧边太阳能板22，中心太阳能板21的四边分别通过反对称双稳态圆柱壳3与一块侧边太阳能板22连接，中心太阳能板21与侧边太阳能板22能够相对转动，反对称双稳态圆柱壳3的外侧设有形状记忆合金5，形状记忆合金5的形状恢复方向与反对称双稳态圆柱壳3的环向一致。

一块中心太阳能板21和四块侧边太阳能板22，以中心太阳能板21为中心，成“十”字形排列，其状态由反对称双稳态圆柱壳3的一种稳态保持，不需要外力维持，侧边太阳能板22和中心太阳能板21由反对称双稳态圆柱壳3连接，并通过螺钉4将反对称双稳态圆柱壳3和中心太阳能板21和侧边太阳能板22固定，反对称双稳态圆柱壳3的形状记忆合金5，产生外力，用于变形所需的力。当有力作用时，力对物体作功，物体发生变形，产生形变能，当能量处于最低点时，变为第二稳态。

反对称双稳态圆柱壳3采用碳纤维环氧复合材料，其尺寸大小由实际的太阳能板大小和质量决定。本实用新型实施例中的反对称双稳态圆柱壳3由三层碳纤维环氧复合材料组成的复合结构，在三层碳纤维环氧复合材料中，相邻两层的纤维方向不同，成反对称铺设，使其能实现两种稳态。在反对称双稳态圆柱壳3的两端各有一个螺孔，便于固定。

反对称双稳态圆柱壳3具有两种不同的稳定状态，并且不需要外力来维持，由形状记忆合金5作用实现稳态的转换，当外力作用时，使反对称双稳态圆柱壳3发生变形，内部有能量的变化，当能量处于最低点时，变化为第二稳态。形状记忆合金5为NiTi形状记忆合金。形状记忆合金5包括一组形状记忆合金条51，形状记忆合金条51与反对称双稳态圆柱壳3结合一体。

反对称双稳态圆柱壳3需要一定的突变力来促使其从初始状态转变为第二稳定状态，其突变力是通过施加外力在其上实现。

折叠系统通过反对称双稳态圆柱壳3在两种稳态间的转换来完成。折叠状态太阳能板之间呈90°，展开状态五块太阳能板共面。

所述的螺钉4用于固定反对称双稳态圆柱壳3和中心太阳能板21及侧边太阳能板22。

本实用新型的折叠功能通过在反对称双稳态圆柱壳3的施加外力，使其能沿平面方向折叠，呈现出两种不同的稳定状态，从而带动中心太阳能板21和侧边太阳能板22做相对运动，到达指定的位置，之后不需要外力来维持；中心太阳能板21和侧边太阳能板22之间成90°时，可以减小航天器体积，节约成本，中心太阳能板21和侧边太阳能板22展开时，可以达到预定的工作要求，提供充足的电能。本实用新型通过将折纸结构与双稳态材料有机得结合起来，应用于太阳能板的展开，其结构简单，使用方便，质量轻，体积小，设计的可折叠机构还可以运用到其他地方，如折叠机翼等。