基于形状记忆材料的展收太阳翼及其工作方法和航天器

本发明涉及航天器零部件，具体而言，涉及一种基于形状记忆材料的展收太阳翼及其工作方法和航天器。

背景技术：

1、航空航天领域中，航天器如卫星在轨运行过程中，会实时进行姿态调控，需要持续的电力供给，而太阳翼是航天器在轨姿态调控的主要电力来源，其通过伸展后大面积铺设的太阳能电池吸收太阳能并转换为电能，为航天器的在轨运行提供能量。

2、在航天器的在轨运行中，伸展后的太阳翼虽然能够为航天器提供能量，但由于其上铺设的太阳能电池的存在，航天器在姿态调控过程中整体转动惯量被严重分散，对于航天器姿态的精准调控产生不利影响，因此在航天器需要重复展收太阳翼，既保持运行的电力供给，又保证姿态的调控精准度。

3、但是，目前的太阳翼一般通过电机驱动机械结构实现展收，在太阳翼的展收变形过程中易产生较大冲击，对太阳翼上铺设的太阳能电池结构稳定性产生不利影响，易降低太阳能电池的工作稳定性，进而对航天器的在轨运行稳定性产生不利影响。

技术实现思路

1、本发明解决的问题是如何降低太阳翼展收过程中产生的冲击，以保证太阳能电池的工作稳定性。

2、为解决上述问题，一方面，本发明提供一种基于形状记忆材料的展收太阳翼，包括柔性太阳能电池、基板、卷伸驱动件和隔热层，所述柔性太阳能电池铺设于所述基板上，所述卷伸驱动件与所述基板驱动连接，所述隔热层位于所述卷伸驱动件和所述基板之间，所述基板由包括形状记忆聚合物材料的原料制成且在外界激励下由刚性态转为柔性态，所述卷伸驱动件由包括形状记忆合金的原料制成且在所述外界激励下由伸展形状转为卷曲形状，所述柔性太阳能电池用于卷曲和伸展，所述卷伸驱动件的变形方向与所述柔性太阳能电池的卷伸方向相同；

3、当所述柔性太阳能电池伸展且所述基板处于所述刚性态时，所述卷伸驱动件处于所述伸展形状，所述卷伸驱动件用于在所述外界激励下转为所述卷曲形状，以驱动处于所述外界激励下转为所述柔性态的所述基板沿所述柔性太阳能电池的卷伸方向卷曲变形，并带动所述柔性太阳能电池卷曲；

4、当所述柔性太阳能电池卷曲且所述基板处于所述刚性态时，所述卷伸驱动件处于所述卷曲形状，所述基板用于在所述外界激励下转为所述柔性态，以供所述卷伸驱动件沿所述柔性太阳能电池的卷伸方向变形至所述伸展形状，并带动所述基板和所述柔性太阳能电池伸展。

5、相对于现有技术，本发明的基于形状记忆材料的展收太阳翼的有益效果包括：基于形状记忆聚合物和形状记忆合金等形状记忆材料的特性，设置柔性太阳能电池、基板和卷伸驱动件组成基于形状记忆材料的展收太阳翼，其中，柔性太阳能电池铺设于基板上，可通过柔性的特性随基板的展收实现卷曲和伸展，实现太阳能与电能的转换，卷伸驱动件与基板驱动连接，基板由包括形状记忆聚合物的原料制成，可在外界激励下由刚性态转为柔性态，而卷伸驱动件由包括形状记忆合金的原料制成，且卷伸驱动件可在外界激励下由伸展形状转为卷曲形状，且变形的方向与柔性太阳能电池的卷伸方向相同，在基于形状记忆材料的展收太阳翼处于伸展状态时，柔性太阳能电池也处于伸展状态，此时基板处于刚性态，保证伸展的结构稳定性，此时若需要卷曲收起，可通过外界激励驱动基板由刚性态转为柔性态，基板软化，接着通过外界激励驱动卷伸驱动件由伸展形状转为卷曲形状，从而带动柔性态的基板以及柔性太阳能电池卷曲，利用形状记忆合金的形状记忆功能实现整个基于形状记忆材料的展收太阳翼的缓慢卷曲收起，无需设置机械结构等驱动结构，不但可有效降低卷曲产生的冲击力，保证柔性太阳能电池的工作稳定性，且可有效降低整个基于形状记忆材料的展收太阳翼的结构体积和结构质量，可有利于航天器的小型化和轻量化的设计，进而提升运载工具的运载能力，在卷伸驱动件转为卷曲形状后，取消基板的外界激励，基板的温度降低并由柔性态转为刚性态，整个基于形状记忆材料的展收太阳翼的整体形状被固定，刚性态的基板具有较高的刚度和弹性模量，可保证卷曲后的基于形状记忆材料的展收太阳翼的结构稳定性，进而提升航天器的在轨姿态调整的准确度，此时再取消卷伸驱动件的外界激励，卷伸驱动件的温度降低后由于形状记忆功能而存在由卷曲形状向伸展形状变形的趋势，但由于刚性态的基板的限制，可保证卷伸驱动件维持卷曲形状；当需要处于卷曲状态的基于形状记忆材料的展收太阳翼伸展时，可先通过外界激励驱动刚性态的基板转为柔性态，基板软化使得卷伸驱动件的变形限制消失，此时卷伸驱动件基于形状记忆功能由卷曲形状向伸展形状变形，进而带动柔性态的基板和柔性太阳能电池伸展，实现基于形状记忆材料的展收太阳翼的伸展，而基板也具有形状记忆功能，因此在卷伸驱动件伸展变形的同时，基板也存在由卷曲向伸展变形的驱动力，从而与卷伸驱动件配合实现伸展，既通过形状记忆特性实现缓慢伸展，降低伸展过程所产生的冲击，保证柔性太阳能电池的工作稳定性，且可保证伸展过程的稳定，而在伸展完成后，可取消基板的外界激励，从而使得基板固化具有较高的刚度和弹性模量，保证伸展后的基于形状记忆材料的展收太阳翼的结构稳定性，进而提升航天器的能量获取稳定性；在此基础上，还在卷伸驱动件和基板之间设置的隔热层，隔热层可降低卷伸驱动件和基板之间的热量传递，从而避免卷伸驱动件和基板其中一个受到外界激励发生温度变化时向另一个传递热量，保证卷伸驱动件和基板的变形独立性和稳定性。

6、可选地，所述卷伸驱动件沿所述柔性太阳能电池的卷伸方向延伸设置且位于所述基板内，所述隔热层具有两组，且分别设于所述卷伸驱动件沿与所述柔性太阳能电池的卷伸方向相垂直的方向的两侧。

7、可选地，所述隔热层包括隔热层本体和突触，所述突触位于所述隔热层本体和所述卷伸驱动件之间，多个所述突触沿所述卷伸驱动件的延伸方向间隔设置；

8、和/或，任一组所述隔热层具有多个，多个所述隔热层沿所述卷伸驱动件的延伸方向间隔设置，相邻两个所述隔热层之间可拆卸连接。

9、可选地，所述隔热层由包括所述形状记忆聚合物材料的原料制成，当所述基板在所述外界激励下由所述刚性态转为所述柔性态时，所述隔热层用于在所述外界激励下由所述刚性态转为所述柔性态。

10、可选地，所述基板包括第一板体和第二板体，所述第一板体和所述第二板体相对设置且相互连接，所述柔性太阳能电池铺设于所述第一板体背离所述第二板体的板面上，所述第一板体和所述第二板体相对的板面上均设有沿所述柔性太阳能电池的卷伸方向延伸设置压槽，所述第一板体上的所述压槽和所述第二板体的所述压槽相对开口设置，且配合形成容纳所述卷伸驱动件和所述隔热层的容纳腔，所述隔热层与所述压槽的内壁连接。

11、可选地，所述基于形状记忆材料的展收太阳翼还包括变形层，所述变形层位于所述基板背离所述柔性太阳能电池的一侧，且铺设于所述基板上；

12、和/或，还包括电磁铁，所述电磁铁具有多个，多个所述电磁铁沿所述柔性太阳能电池的卷伸方向间隔设置，且设于所述基板上，当所述柔性太阳能电池卷曲后，多个所述电磁铁关于所述基板形成的筒状结构沿径向内外对应。

13、可选地，所述基于形状记忆材料的展收太阳翼还包括加热装置，所述加热装置分别与所述基板和所述卷伸驱动件驱动连接，所述加热装置用于加热所述基板，以使所述基板由所述刚性态转为所述柔性态，所述加热装置用于加热所述卷伸驱动件，以驱动所述卷伸驱动件由所述伸展形状转为所述卷曲形状。

14、可选地，所述基于形状记忆材料的展收太阳翼还包括卷筒和基座，所述卷筒和基座沿所述基板的卷曲方向依次间隔设置，且分别与所述基板的两端连接。

15、另一方面，本发明还提供一种基于形状记忆材料的展收太阳翼的工作方法，基于如上所述的基于形状记忆材料的展收太阳翼，所述基于形状记忆材料的展收太阳翼的工作方法包括：

16、通过外界激励驱动所述基于形状记忆材料的展收太阳翼的基板由刚性态转为柔性态，通过所述外界激励驱动所述基于形状记忆材料的展收太阳翼的卷伸驱动件由伸展状态转为卷曲形状，驱动所述基板沿所述基于形状记忆材料的展收太阳翼的柔性太阳能电池的卷伸方向卷曲变形，带动所述柔性太阳能电池卷曲；

17、通过所述外界激励驱动所述基板由刚性态转为柔性态，所述智能展收柔性太阳翼的卷伸驱动件由卷曲形状转为伸展状态，驱动所述基板沿所述柔性太阳能电池的卷伸方向伸展变形，带动所述柔性太阳能电池伸展。

18、相对于现有技术，本发明的基于形状记忆材料的展收太阳翼的工作方法的有益效果与如上所述的基于形状记忆材料的展收太阳翼的有益效果相同，在此不再赘述。

19、再一方面，本发明还提供一种航天器，包括如上所述的基于形状记忆材料的展收太阳翼。

20、相对于现有技术，本发明的航天器的有益效果与如上所述的基于形状记忆材料的展收太阳翼的有益效果相同，在此不再赘述。