一种基于豆荚杆的柔性太阳翼收展机构的制作方法

本发明属于太阳翼折展，具体涉及一种基于豆荚杆的柔性太阳翼收展机构。

背景技术：

1、柔性太阳翼收展机构主要有桁架式、充气式和自回弹式。桁架式展开机构一般为铰接四边形或三角形，桁架式展技术成熟，展开可靠性较高，但是重量重、收拢体积较大，而且随着太阳翼面积的增大，其重量及收拢体积呈比例增加，展开刚度下降，尺寸的拓展性较差。另外，桁架式展开机构的结构复杂，展开机构中需要使用大量铰链连接，成本较高，不适合巨型星座的批产化建设和成本控制要求。

2、充气式展开机构采用柔性复合材料薄膜制造而成，结构内部为空腔，通过充气展开，展开固化后，用于支撑太阳能电池。该类型展开机构重量轻，结构刚度依赖于充气压力的大小，对材料的强度、密度以及空间环境适应性要求较高，结构复杂度较低。目前对充气式展开机构的展开过程分析、材料以及固化工艺的研究较多，但都无法达到工程应用阶段，尚无在轨飞行先例，工艺成熟度低。

3、自回弹式展开系统采用能够自展开的弹性杆式伸展臂带动太阳翼展开并提供支撑，如美国dss公司研制的卷绕式太阳电池阵rosa，这种方式相比于桁架式展开系统，大幅度减小了机构的整体质量，展开刚度与桁架式相当，收纳比高，同时避免了大量展开铰链、镀膜件的使用，成本比桁架式的低。但是，该类型的展开系统在收展时存在以下缺陷：一是在展开臂与太阳翼同时展开，可能存在相互干扰，展开可靠性差；二是在收拢太阳翼时，太阳翼与展开机构一起卷绕，受电池及电路折弯半径限制，卷绕后形成圆柱式结构，而圆柱式结构不适合于堆叠式装星布局。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术所存在的传统柔性太阳翼收展机构的结构组成复杂、成本高、太阳翼与展开机构一同展开形成的圆柱结构不适用于堆叠式装星布局不足之处，而提供了一种基于豆荚杆的柔性太阳翼收展机构。

2、为实现上述目的，本发明所提供的技术解决方案是：

3、一种基于豆荚杆的柔性太阳翼收展机构，其特殊之处在于，所述柔性太阳翼包括基板组件，所述基板组件包括内刚性基板、外刚性基板以及若干堆叠设置在所述外刚性基板和内刚性基板之间的柔性基板；

4、所述展开机构包括底板、电机驱动装置、绳轮组件、张紧机构和自回弹伸展臂；

5、两个所述底板对称设置在基板组件两侧，所述底板与基板组件板面共面；

6、两个所述伸展臂的前端对称固定在所述底板上，展开臂的展开方向与基板组件展开方向相同；

7、所述张紧机构包括刚性张紧组件、若干柔性张紧组件和柔性拉绳，所述柔性张紧组件和刚性张紧组件均套装在伸展臂本体上；柔性张紧组件与柔性基板侧壁固定连接，且相邻柔性张紧组件之间、柔性张紧组件与刚性张紧组件之间通过所述柔性拉绳连接；刚性张紧组件与所述外刚性基板侧壁固定连接；

8、所述绳轮组件包括绳索缠绕轮、第一钢丝绳、第二钢丝绳、第一导向轮组件、第二导向轮组件、第三导向轮组件、转接绳索和第四导向轮组件；

9、第一钢丝绳和第二钢丝绳的一端均固定在绳索缠绕轮上，第一钢丝绳和第二钢丝绳经第一导向轮组件、第二导向轮组件和第三导向轮组件导向后，分别从两个伸展臂前端穿入伸展臂腔体内；第一钢丝绳和第二钢丝绳的另一端分别与一转接绳索中部连接，所述转接绳索的两个自由端经设置在伸展臂后端的第四导向轮组件导向后与刚性张紧组件两侧连接；

10、所述电机驱动装置的输出轴与绳索缠绕轮连接，用于驱动所述绳索缠绕轮转动释放绳索或回收绳索；

11、当基板组件和伸展臂处于收拢状态时，所述基板组件和伸展臂分别通过压紧件锁紧；当需要基板组件展开时，位于伸展臂上的压紧件解锁，两个伸展臂能够在自身回弹力作用下展开，形成基板组件展开所需的导向支撑；在所述伸展臂完全展开及位于基板组件上的压紧件解锁后，所述基板组件能够在电机驱动装置和绳轮组件作用下依次有序展开，形成太阳翼翼面。

12、进一步地，所述电机驱动装置、绳索缠绕轮、第一导向轮组件和第二导向轮组件设置在一侧底板上，所述第一导向轮组件和第二导向轮组件位于该侧底板上边缘；

13、所述第一导向轮组件和第二导向轮组件均包括三个导向轮，其中一个导向轮的转动面与所述绳索缠绕轮转动面平行，另外两个导向轮的转动面与所述绳索缠绕轮的转动面垂直；

14、所述第三导向轮组件包括若干设置在内刚性基板外壁上的导向轮以及两个设置在另一侧底板上的导向轮；

15、所述第一钢丝绳经过所述第一导向轮组件导向后从一伸展臂前端穿入伸展臂腔体内；所述第二钢丝绳经过所述第二导向轮组件和第三导向轮组件导向后从另一伸展臂前端穿入伸展臂腔体内。

16、进一步地，所述伸展臂后端一侧壁中部设有u型缺口；

17、所述第一钢丝绳和第二钢丝绳与转接绳索的连接位置位于伸展臂腔体内，以避免与所述u型缺口发生卡滞。

18、进一步地，所述第四导向轮组件包括两个导向轮组，所述两个导向轮组对称设置在所述伸展臂u型缺口开口端两侧；

19、所述转接绳索的两个自由端分别缠绕在同侧导向轮组上，经所述导向轮组导向后与所述刚性张紧组件两侧固定。

20、进一步地，所述柔性张紧组件包括柔性拉环和柔性拉绳；

21、所述柔性拉环两侧设有连接环，所述柔性基板侧壁通过柔性拉绳与柔性拉环一侧的连接环连接；

22、相邻柔性拉环两侧均通过柔性拉绳连接，柔性拉绳的两端固定在同侧的连接环上。

23、进一步地，每间隔两块柔性基板设置一柔性张紧组件。

24、进一步地，所述柔性拉绳采用聚酰亚胺绳索。

25、进一步地，所述刚性张紧组件包括刚性张紧环和刚性撑杆，所述刚性撑杆两端分别与所述刚性张紧环侧壁和外刚性基板侧壁固定连接。

26、进一步地，所述电机驱动装置包括电机和减速组件，所述减速组件包括依次连接的一级减速件和二级减速件；

27、所述一级减速件为谐波减速器，所述二级减速件为锥齿轮减速器；

28、所述二级减速件的输出轴与所述绳索缠绕轮中心连接。

29、进一步地，所有导向轮采用内嵌滚珠轴承结构。

30、本发明的优点是：

31、1、本发明柔性太阳翼收展机构，包括设置在基板组件两侧的伸展臂、绳轮组件

32、和驱动装置，所述伸展臂在自身回弹作用下先自动展开，形成豆荚杆机构，为基板组件展开提供导轨支撑。基板组件在驱动装置和绳轮组件的作用下，沿伸展臂形成的一维导轨依次展开；通过使伸展臂和基板组件按序展开，避免了展开臂与基板组件同时展开时互相干扰，有效降低了柔性基板展开复杂度，提高了展开可靠性；卷绕式伸展臂在收拢后能够压低装星高度，使整个系统的收纳比高，满足堆叠式卫星装星尺寸要求。

33、2、本发明中每间隔两块柔性基板设置一组柔性张紧组件，通过柔性张紧组件将柔性基板侧壁与伸展臂连接，使得柔性基板在展开过程中通过柔性张紧组件实现侧向张紧，保持一定的刚性；外刚性基板侧壁通过刚性张紧组件与伸展臂侧壁连接，展开过程中依靠驱动电机的自锁力矩保持绳索张力，与柔性张紧机构和刚性张紧机构共同保证整个太阳翼翼面在展开状态下具备一定的展开刚度，大幅提高了大尺寸柔性太阳翼的展开基频。

34、3、当太阳翼尺寸拓展时，采用本发明收展机构，仅增加了自回弹伸展臂的长度，其卷绕后直径无明显增加，整个太阳翼的收拢体积不会明显增大，尺寸拓展性优于传统桁架式展开机构的太阳翼，也更适用于各种巨型星座。