一种立方星可展开柔性太阳翼装置

本发明涉及立方星可展开柔性太阳翼，尤其涉及一种立方星可展开柔性太阳翼装置。

背景技术：

1、随着人类航天技术的飞速发展，立方体卫星因具有体积小、质量轻、成本低、研发周期短、发射频率高等优点，经常被应用于高校的卫星发射实验中。由于立方星尺寸限制，无法搭载大面积太阳能板，如果没有可靠的太阳翼技术，未来立方星的在轨时长将会受到一定制约。

2、目前立方星太阳翼装载方式主要有体装式太阳电池阵和展开式太阳电池阵等。在体装式太阳电池阵中，太阳电池片直接安装在卫星表面，这种装载方式的效率低、成本高且提供的能量有限，一半只用于大型卫星或者需求不高的卫星上；在展开式太阳电池阵中，太阳电池阵粘接在碳纤维复合材料的基板上，通过控制折叠基板的展开来吸收太阳能，这种装载方式的装载效率高，接触面积大，能为航天器提供较多的能量。

3、nasa格伦研究中心研制出一款ultraflex太阳翼，这种构型的太阳翼由一系列三角形基板组合而成，具有结构紧凑，可靠性高等有点，但展开方式较为复杂，辅助展开结构占用空间较大，不适合应用于立方星中。

4、美国mma公司所研制hawk太阳翼由四个矩形太阳翼组成，每个太阳翼含有三块太阳电池板，展开时首先四个叠合在一起的太阳翼旋转展开到指定位置，然后每个太阳翼中的太阳电池板并排展开，峰值功率较大，但该构型所占空间达到3u以上，因而不适用体积较小的立方体卫星。

5、随着我国载人航天、深空探测、天基观测、空间攻防等重大航天工程的实施，以及大功率、高精度卫星供电的需求，迫切需要大面积可折叠太阳翼结构。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术不足，适应现实需要，提供一种适用于立方星的可展开柔性太阳翼装置，适用于体积小质量轻的立方体卫星的能量供给，不仅能够解决由于立方星体积较小导致普通太阳能板发电量不足的问题，还解决了传统柔性太阳翼刚性不足的问题。

2、本发明立方星可展开柔性太阳翼装置，包括底座、控制机构与顶部盖板。

3、所述底座包括底部框架、中空支架以及伸缩机构与释放机构；其中，底部框架顶部安装有支架，用于安装伸缩机构。

4、伸缩机构为四个弹性卷筒，周向等角度间隔布置，末端固定安装于支架上；且相邻卷筒轴线相互垂直。

5、释放机构包括卷绕单元和限位单元；卷绕单元包括四条限位绳、卷线柱、联轴器与限位盘。其中，卷线柱置于支架中心通孔内，通过轴承与支架连接；同时卷线柱底端与底部框架内的限位盘同轴固连。四条限位绳在支架内部走线，末端固定于卷线柱上，在卷线住上卷绕后，前端分别连接四个弹性卷筒末端。当四个弹性卷筒同步伸长时，通过四条限位绳带动卷线柱与限位盘一同旋转。

6、限位单元包括四个可滑动限位块，以及用于吸附限位块和底部框架的两个磁铁。其中，四个可滑动限位块具有滑动杆与定位端；四个可滑动限位块的滑动杆分别滑动配合安装于底部框架四角设计的滑槽内。上述每个滑槽两侧，靠近滑槽出口位置分别布置一块磁铁。同时，在限位块的中部开槽内嵌一块磁铁；通过两块磁铁间吸力作用，带动限位块向外滑动；上述四个限位块末端开设有定位槽，分别与限位盘周向设计的四个勾爪配合插接，由限位盘对四个限位块向外的滑动进行约束。

7、所述控制机构包括电机座、减速电机、薄膜套筒与连接座。其中，电机座内部同轴固定安装减速电机。电机座外部套接薄膜套筒，两者间通过轴承连接。电机座底端通过连接座与支架同轴固连，且减速电机的输出轴与卷线柱顶端通过联轴器相连。由此通过减速电机旋转可带动卷线柱和限位盘共同转动；上述薄膜套筒上缠绕呈折叠状态的薄膜太阳翼；薄膜太阳翼周向四角分别与四个弹性卷筒前端连接。

8、所述顶部盖板包括基台，基台盖板、接线端子、弹簧铰链与挡板。其中，基台盖板同轴固定于电机座顶端。基台盖板周向通过铰链连接四块挡板，铰链上设置有扭簧，通过扭簧作用使挡板被动展开；

9、基台固定安装于基台盖板顶面上；基台内设置有接线端子，接线端子尾端与减速电机通过导线相连；接线端子的接线端内嵌于基台顶面开口处，与具有标准接头的电源和控制器相连；

10、上述结构整体未展开时处于收拢状态，收拢状态下，四块挡板受力绕弹簧铰链的转轴朝向底座方向转动，直至挡板底边与底座侧壁接触；过程中通过四块挡板底边两夹角处设计的缺口，使挡板运动过程中避让底座上与挡板同侧的两个限位块的定位端；同时限位盘与四个限位块间处于互锁状态；此时底座周向上的四个限位块收回至矩形截面通道内；此状态下，四个限位块的定位端两侧分别与相邻挡板侧边接触，通过限位块实现挡板的定位。

11、本发明的优点在于：

12、1、本发明立方星可展开柔性太阳翼装置，体积小，重量轻，仅占1.3u的空间，在2u的立方形内也可以搭载；

13、2、本发明立方星可展开柔性太阳翼装置，成本低，方便制作，模块化设计，集成装配快捷方便。

14、3、本发明立方星可展开柔性太阳翼装置，具有自锁定功能，无需火工品解锁，且解锁速度可控，冲击力小。

技术特征：

1.一种立方星可展开柔性太阳翼装置，其特征在于：包括底座、控制机构与顶部盖板；

2.如权利要求1所述一种立方星可展开柔性太阳翼装置，其特征在于：底部框架具有顶部上盖板、底部下盖板与矩形中间框架，三者间通过螺栓连接固定。

3.如权利要求1所述一种立方星可展开柔性太阳翼装置，其特征在于：支架为十字结构，周向四端侧壁上开槽插接固定弹性卷筒。

4.如权利要求1所述一种立方星可展开柔性太阳翼装置，其特征在于：四条限位绳分别垂直于四个弹性卷筒轴向走线，且分别绕过支架内设计的导向轴折返后连接弹性卷筒末端。

5.如权利要求1所述一种立方星可展开柔性太阳翼装置，其特征在于：滑动杆左右两侧设计为楔型结构。

6.如权利要求1所述一种立方星可展开柔性太阳翼装置，其特征在于：连接座周向上与薄膜套筒间通过轴承相接。

7.如权利要求1所述一种立方星可展开柔性太阳翼装置，其特征在于：薄膜太阳翼采用flasher折纸机构的折痕图案；中心缺口套接固定于薄膜套筒上。

技术总结本发明公开一种立方星可展开柔性太阳翼装置，包括底部框架，控制机构与盖板。底部框架的上部设有伸缩机构，包括四个周向均布于支架上的弹性卷筒；同时还设有释放机构。释放机构由四根套于卷绕柱上的绳索分别连接四个弹性卷筒。弹性卷筒向外伸长运动通过卷绕柱上套接的限位盘配合限位块进行约束。通过底部框架上方控制机构控制卷绕柱的转动，使限位块脱离限位盘，进而使卷绕柱上的绳索释放，弹性卷筒向外伸出；过程中，由限位盘限制的控制机构顶部安装的盖板周向侧壁打开，同时与弹性卷筒连接的折叠状太阳翼展开。本发明用于为立方星或小型卫星提供电源，解决了立方星因体积限制导致的电量不足问题，可延长立方星在轨时间，增加立方星使用寿命。技术研发人员：董凯捷,李庭睿,李冰岩,周天宇,李端玲,张建华,栗琳,邱丽芳受保护的技术使用者：北京科技大学技术研发日：技术公布日：2024/4/17