一种立方星剪叉可展开式太阳电池阵系统技术方案

本发明专利技术提出一种立方星剪叉可展开式太阳电池阵系统，包括电源机箱、驱动传动装置、压紧释放装置、连接架、剪叉式可展开太阳能电池阵、展开装置、锁定装置。本发明专利技术基于剪叉式空间可展开机构原理，采用通用化、模块化设计，具有天然的占空紧凑性，面折展比大，空间利用率高；具备模块化特性，可拓展性强，能在单位体积内携带更多的太阳能电池板，大幅提高载荷可用功率；此外本发明专利技术功能性强，特殊的外形可为立方星提供被动重力梯度稳定和高增益天线集成优势，有源式驱动展开可自定义展开时序，降低在展开过程中对立方星造成的姿态影响；适用于监测、通信类任务卫星，易于完成轨道快速部署。易于完成轨道快速部署。易于完成轨道快速部署。

【技术实现步骤摘要】
一种立方星剪叉可展开式太阳电池阵系统


[0001]本专利技术涉及航天卫星
，特别涉及立方体卫星电池阵技术，具体为一种立方星剪叉可展开式太阳电池阵系统。

技术介绍

[0002]立方星采用通用化、模块化、标准化设计理念，在国际上广泛应用于空间成像、通信、新技术试验平台等领域，还被各大学用于开展航天科学研究与教育。立方星在太空中的能源供给主要依靠自带电池或体装太阳能电池阵，但随着星上载荷对功率的需求越来越大，传统的立方星供能方式已很难满足未来空间任务需求。应用空间可展开太阳电池阵技术是增加卫星能量供应能力的主要手段。对当前立方星而言，所采用的太阳能电池阵布置大多为体装电池阵或者单片可展开阵。随着微小卫星技术的快速发展，立方星上搭载的载荷功率越来越大，功能密度越来越高，当前太阳能电池阵技术已难以满足立方星的能源供应需求。
[0003]大中型卫星常采用可展开电池阵进行供电，其电池阵结构复杂、质量重、尺寸大，难以直接缩比应用于立方星。此外，立方星因其特有的尺寸规范和标准，对电池阵的收纳尺寸和展开机构也有特殊应用需求，例如：电池阵整体宽度不超过立方星包络，展开机构的设计尽可能采用商用现货以降低成本，应具备模块化拓展能力且对结构质量的限制更高等。
[0004]目前现有的立方星太阳能电池阵大致分为贴片式、一维单次单片展开式及一维多次多片展开式。
[0005]根据中国专利申请号为：201810225658.0公开了一种12U立方星结构，其所述太阳能电池板设置在卫星的六个表面，受限于立方星体表面积，该立方星效率及输出功率较低，难以满足阴影区过渡需求。
[0006]根据中国专利申请号为：201720868771.1公开了一种太阳翼展开机构、太阳能发电装置及立方星，其太阳翼展开机构包括支撑板、驱动装置、连杆机构、安装支架，可完成太阳能帆板的一维一次展开；根据中国专利申请号为：201811069382.8公开了一种可多次折叠的立方星可展开电池阵及其展开方法，包括卫星框体，卫星框体的两侧分别通过连接装置连接展开阵，展开阵包括内侧展开阵、中间展开阵和外侧展开阵，可完成太阳能帆板的一维多次展开。但是，上述两种设计可拓展性差，机构设计及装配较为复杂繁琐，效费比低，且不能提供被动功能优势。

技术实现思路

[0007]为了解决现有太阳能电池阵技术不能满足未来大载荷功率、高密度立方星的能源供应需求的问题，本专利技术基于剪叉式空间可展开机构原理，采用通用化、模块化设计，提供一种立方星剪叉式可展开空间太阳电池阵系统，系统所包含的电池阵能够采用较为简易的结构收拢在星体上，实现星载设备轻质、低冲击以及高拓展，适用于1U
‑
6U立方星的模块化可展开太阳电池阵系统。
[0008]本专利技术的技术方案为：
[0009]一种立方星剪叉可展开式太阳电池阵系统，包括电源机箱、驱动传动装置、压紧释放装置、连接架、剪叉式可展开太阳能电池阵、展开装置、锁定装置；
[0010]所述电源机箱包括机箱壁板、机箱底板和机箱中体，用于容纳星载电路控制板、驱动传动装置；机箱壁板上开有约束孔；机箱中体前后面板上设有导向槽，为箱内连杆运动提供约束；机箱中体顶板外侧与箱板铰链及连接架相连，内侧安装有压紧释放装置中的热刀模块和锁定装置中的弹簧柱销固定块；
[0011]所述驱动传动装置安装在机箱中体内部后侧，包括驱动电机、螺母滑块、驱动螺钉和滑动丝杠；驱动电机能够带动滑动丝杠转动，并使置于滑动丝杠上的螺母滑块沿滑动丝杠作直线往返运动，进而带动固定在螺母滑块上的驱动螺钉运动；驱动螺钉能够带动展开装置中的作动连杆运动，为电池阵列的展开和收拢提供动力；
[0012]所述压紧释放装置包括左右两块释放面板、释放铰链、热刀模块及纤维线，其中左右释放面板上分别开有约束孔，释放面板的一端通过具有扭簧的释放铰链与电源机箱壁板顶部固连，释放面板另一端在所述电池阵列折叠状态时通过纤维线捆绑锁紧完成定位从而压紧保护电池阵列；当需要电池阵列展开时，通过热刀模块加热将纤维线熔断及释放铰链的扭簧弹力作用，完成释放面板的释放操作从而解除对电池阵列的物理约束；
[0013]所述剪叉式可展开太阳能电池阵列能够收纳于由电源机箱和左右释放面板围成的空间内，包括多个组成相同的折展单元，每个所述折展单元均由基板、垫块、板间铰链以及太阳能电池片组成；太阳能电池片贴装在基板上，基板两端通过板间铰链与相邻的基板铰接，两侧中部均通过固连的“T”型垫块和自攻螺钉铰接展开装置中的中间连杆；
[0014]所述连接架由底部支板及箱板铰链构成，底部支板一端通过箱板铰链与电源机箱顶面中部相连，另一端通过板间铰链与电池阵列中的最下端基板连接；
[0015]所述展开装置包括作动连杆、顶部连杆、中间连杆、底部连杆、锁定连杆、支撑连杆和叉状连杆；展开装置布置在连接架以及剪叉式可展开太阳能电池阵列前后两侧；其中布置在剪叉式可展开太阳能电池阵列前后两侧的展开装置结构对应相同，而布置在连接架前后两侧的展开装置结构不同；
[0016]布置在连接架前侧的展开装置包括锁定连杆和支撑连杆，两根锁定连杆底部铰接在一起，且铰接处采用螺钉固定在机箱中体前面板上，两根锁定连杆的另一端分别铰接两根支撑连杆，且铰接处采用轴位螺栓布置在机箱中体前面板的两个弧形导向槽，使得两根锁定连杆的运动轨迹约束在以底部铰接点为圆心的圆弧上；其中一根锁定连杆上设置有锁紧孔，当电池阵列展开到位后，用于与锁定装置中的弹簧柱销配合，将整个电池阵列锁定在展开状态；两根支撑连杆中，一根支撑连杆的另一端与一侧底部连杆中部铰接，另一根支撑连杆的另一端与底部支板前侧边缘通过垫块铰接；
[0017]布置在连接架后侧的展开装置包括作动连杆和叉状连杆，两根作动连杆下端通过驱动螺钉铰接，一根作动连杆上端与另一侧底部连杆中部铰接，另一根作动连杆上端与叉状连杆末端铰接，叉状连杆的叉部开口与底部支板后侧边缘固定连接；
[0018]布置在剪叉式可展开太阳能电池阵列前后两侧的展开装置包括底部连杆、中间连杆和顶部连杆，底部连杆以及顶部连杆的长度均只有中间连杆的一半；底部连杆一端与底部支板下边缘铰接，另一端与中间连杆的端部铰接；若干根中间连杆依次铰接，且每根中间
连杆中部铰接在基板侧边中部；顶部连杆一端与中间连杆端部铰接，另一端铰接在最外侧基板的侧边中部；
[0019]所述锁定装置包括弹簧柱销固定块和弹簧柱销，弹簧柱销固定块固定安装在机箱中体顶板上。
[0020]进一步的，所述电源机箱的机箱中体顶板采用网格加筋设计以提高箱板连接表面刚度。
[0021]进一步的，电源机箱内还设置有丝杠模组安装架，丝杠模组安装架上接顶壁，下抵底板，用于安装驱动传动装置中的滑动丝杠。
[0022]进一步的，当电池阵列处于折叠状态时，纤维线从释放面板上的约束孔传入，依次穿过电源机箱壁板的左约束孔、电源机箱中体内侧安装的热刀模块及右约束孔，最后将纤维线勒紧并打结产生束缚。
[0023]进一步的，电池阵列在轨展开后，连接架本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种立方星剪叉可展开式太阳电池阵系统，其特征在于：包括电源机箱、驱动传动装置、压紧释放装置、连接架、剪叉式可展开太阳能电池阵、展开装置、锁定装置；所述电源机箱包括机箱壁板、机箱底板和机箱中体，用于容纳星载电路控制板、驱动传动装置；机箱壁板上开有约束孔；机箱中体前后面板上设有导向槽，为箱内连杆运动提供约束；机箱中体顶板外侧与箱板铰链及连接架相连，内侧安装有压紧释放装置中的热刀模块和锁定装置中的弹簧柱销固定块；所述驱动传动装置安装在机箱中体内部后侧，包括驱动电机、螺母滑块、驱动螺钉和滑动丝杠；驱动电机能够带动滑动丝杠转动，并使置于滑动丝杠上的螺母滑块沿滑动丝杠作直线往返运动，进而带动固定在螺母滑块上的驱动螺钉运动；驱动螺钉能够带动展开装置中的作动连杆运动，为电池阵列的展开和收拢提供动力；所述压紧释放装置包括左右两块释放面板、释放铰链、热刀模块及纤维线，其中左右释放面板上分别开有约束孔，释放面板的一端通过具有扭簧的释放铰链与电源机箱壁板顶部固连，释放面板另一端在所述电池阵列折叠状态时通过纤维线捆绑锁紧完成定位从而压紧保护电池阵列；当需要电池阵列展开时，通过热刀模块加热将纤维线熔断及释放铰链的扭簧弹力作用，完成释放面板的释放操作从而解除对电池阵列的物理约束；所述剪叉式可展开太阳能电池阵列能够收纳于由电源机箱和左右释放面板围成的空间内，包括多个组成相同的折展单元，每个所述折展单元均由基板、垫块、板间铰链以及太阳能电池片组成；太阳能电池片贴装在基板上，基板两端通过板间铰链与相邻的基板铰接，两侧中部均通过固连的“T”型垫块和自攻螺钉铰接展开装置中的中间连杆；所述连接架由底部支板及箱板铰链构成，底部支板一端通过箱板铰链与电源机箱顶面中部相连，另一端通过板间铰链与电池阵列中的最下端基板连接；所述展开装置包括作动连杆、顶部连杆、中间连杆、底部连杆、锁定连杆、支撑连杆和叉状连杆；展开装置布置在连接架以及剪叉式可展开太阳能电池阵列前后两侧；其中布置在剪叉式可展开太阳能电池阵列前后两侧的展开装置结构对应相同，而布置在连接架前后两侧的展开装置结构不同；布置在连接架前侧的展开装置包括锁定连杆和支撑连杆，两根锁定连杆底部铰接在一起，且铰接处采用螺钉固定在机箱中体前面板上，两根锁定连杆的另一端分别铰接两根支撑连杆，且铰接处采用轴位螺栓布置在机箱中体前面板的两个弧形导向槽，使得两根锁定连杆的运动轨迹约束在以底部铰接点为圆心的圆弧上；其中一根锁定连杆上设置有锁紧孔，当电池阵列展开到位后，用于与锁定装置中的弹簧柱销配合，将整个电池阵列锁定在展开状态；两根支撑连杆中，一根支撑连杆的另一端与一侧底部连杆中部铰接，另一根支撑连杆的另一端...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐超，李世龙，李治政，张天辰，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：