一种自动收放式太阳翼展开装置的制作方法

1.本发明涉及卫星太阳能板技术领域，具体涉及一种自动收放式太阳翼展开装置。


背景技术：

2.随着航天事业的不断发展，航天器的结构越来越复杂，质量也越来越大。由于受到运载工具有效空间和运载质量等因素的限制，传统的航天器结构在研制和发射方面都遇到了巨大的困难。因此，如何在有限的运载能力条件下充分提高航天器的效能是航天器研制工作的一个重要发展方向。现有卫星太阳能板电池板展开一般是靠记忆金属，当使用温度到到达某温度时，他就会按本来设定的形状自动展开。或者采用火工机构，发射前将太阳能帆板折叠后用弹簧压缩，再用火工机构将其锁紧。展开时，火工机构得到指令，爆炸螺栓引爆，炸开锁紧机构，在弹簧力的作用下动将帆板展开。这一过程看似简单，但是对于卫星进入真正的工作状态是非常重要的一个环节。各国都有失败的案例，好好的卫星因为太阳能帆板不能打开而变成一颗垃圾卫星。随着太空卫星环境逐渐恶劣，未来卫星也应该具备可回收性及机动变轨。对于无法收回太阳能板的卫星尺寸较大，只能采取抛弃太阳能板回收有效载荷的方式。为应对卫星轨道紧急的问题，需要机动变轨时将太阳能板收回，在变轨时也将减少消耗的推进剂量。毕竟在无法实现轨道加油的今天，携带的推进剂的量也是有限的。
3.目前在轨航天器使用的能源，主要包括太阳能以及发射时储存在压力容器中的高压气体等。目前世界各国大部分的卫星都以太阳能为主要的能源来源。为了能够在发射阶段和地影期间(卫星在轨道运行会有一段接受不到太阳光)工作，会配备锂电池，称为二次能源。星上主要的有效载荷特别是转发器这部分至少将消耗掉60％以上的能源。这就需要太阳能板将太阳能转化为电能，供给自身使用及贮存。在卫星发射入轨阶段，为了能够把卫星放在整流罩里，太阳能板肯定不能展开的。所以星剑分离后，卫星将依靠在地面充好电的电池维持正常工作，在这一段时间，有效载荷不进行工作。电池的容量是有限的，为了使卫星真正开始工作，那就必须尽快展开太阳能板，让卫星具备自主的能源供给能力，这之后才会逐步启动有效载荷。
4.当前，国内的火箭发射成本1kg大约需要5～10万元人民币，相同面积柔性太阳翼重量较刚性太阳翼下降20％以上，随着技术的进一步发展，相同面积柔性太阳翼重量甚至可较刚性太阳翼下降40％以上，可大幅降低卫星发射成本。充气展开式结构具有成本低廉、存储体积小、重量轻、可靠性高等优点，能够实现传统结构很难达到的性能。因此，充气展开式结构在各类航天器上的应用将成为空间研究和开发的热点。目前大部分的卫星所采用的太阳能板展开方式都是利用太阳能板的材料特性延展开，对于轨道机动变轨以及后续的卫星回收无法做得到太阳能板的开合。


技术实现要素：

5.针对现有技术的不足，本发明提供一种自动收放式太阳翼展开装置。
6.本发明所采用的技术方案是一种自动收放式太阳翼展开装置，高压气瓶、气路电爆阀、减压器、电磁阀、充气展开装置和冷气喷嘴依次连通，所述的充气阀用于为高压气瓶充气，所述的充气展开装置包括环形电磁铁、充气支柱、展开下板、柔性太阳能板、太阳能板支架、弹簧系统支架、自升降弹簧系统、充气展开装置管路，所述的充气展开装置管路与所述的充气支柱通过所述的太阳能板支架连通，所述的充气支柱另一端与展开下板两端固定，所述的柔性太阳能板一端与展开下板固定，所述的柔性太阳能板另一端连接到弹簧系统支架内，充气时，充气支柱拉动柔性太阳能板展开，所述的环形电磁铁固定在太阳能板支架的支座位置，通电后吸附展开下板的支座，所述的充气支柱未充气状态压缩存放在太阳能板支架与展开下板的壳体之间，所述的弹簧系统支架和自升降弹簧系统用于调节太阳能板舒张并在任意位置驻停，所述的充气展开装置管路未工作状态柔性太阳能板收在弹簧系统支架内。
7.优选的，所述的减压器前端设置有过滤器，所述的减压器后设置有减压器后压力传感器。
8.优选的，所述的充气支柱为40d尼龙tpu材质。
9.优选的，所述的充气展开装置管路包括气路柱塞、柱塞螺母、密封胶圈，所述的气路柱塞插入太阳能板支架的螺纹孔中，再通过柱塞螺母旋入太阳能板支架的内螺纹固定连接。
10.优选的，所述的充气支柱包括充气支柱本体、充气支柱气嘴和充气支柱堵头，所述的充气支柱气嘴与太阳能板支架通过螺纹连接，所述的充气支柱堵头为实心结构。
11.优选的，所述的充气阀设置在所述的高压气瓶的气源进入端，所述的高压气瓶后端设置有充气阀压力传感器。
12.优选的，所述的高压气瓶包括内衬和复合层两部分，所述的内衬选用工业金属材料，所述的复合层由高强度碳纤维和环氧树脂经湿法缠绕后固化成型。
13.本发明的有益效果是：本发明是将太阳能板利用供应气将太阳能板展开，同时进行二次供气将太阳能板收回的柔性展开装置。与传统太阳能板展开不同，具有循环展开，便于卫星回收以及机动变轨。本发明一种自动收放式太阳翼展开装置具有成本低廉、可大幅降低卫星发射成本，存储体积小、重量轻、可靠性高等优点，能够实现传统结构很难达到的性能。
附图说明
14.图1为本发明一种自动收放式太阳翼展开装置的供气系统原理图。
15.图2为本发明一种自动收放式太阳翼展开装置的充气展开装置结构图。
16.图3为本发明充气展开装置管路结构图。
17.图4为本发明柔性太阳能板与展开下板固定方式示意图。
18.图5为本发明充气支柱结构图。
19.图中：1-高压气瓶,2-充气阀压力传感器,3-充气阀,4-气路电爆阀,5-减压器,6-减压器后压力传感器,7-电磁阀,8-冷气喷嘴,9-充气展开装置,10-过滤器,11-环形电磁铁,12-充气支柱,13-展开下板,14-柔性太阳能板,15-太阳能板支架,16-弹簧系统支架,17-自升降弹簧系统,18-充气展开装置管路,18.1-气路柱塞,18.2-是柱塞螺母,18.3密封
胶圈,12.1-充气支柱本体,12.2-充气支柱气嘴，12.3-充气支柱堵头。
具体实施方式
20.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件能够以各种不同的配置来布置和设计。
21.如图2至图4所示，一种自动收放式太阳翼展开装置的结构包括高压气瓶1、充气阀压力传感器2、充气阀3、气路电爆阀4、减压器5、减压器后压力传感器6、电磁阀7、冷气喷嘴8、充气展开装置9、过滤器10；高压气瓶1采用工业金属内衬与碳纤维缠绕的高压气瓶。工作时，气路电爆阀4通电打开，气体经气路电爆阀4放出。高压气瓶1由内衬和复合层两部分组成，内衬选用钛材制成，主要用于包容和密封工作气体(本系统选用氦气)以防止其泄露，并为复合材料缠绕提供芯模。复合层由高强度碳纤维和环氧树脂经湿法缠绕后固化成型，主要用于承载气瓶内贮存气体产生的内压载荷。作为气源用以贮存高压氦气；高压气瓶1连接一个四通的管路，充气阀3主要用于为高压气瓶1充气使用，使气瓶具有反复充放气的功能。充气阀压力传感器2为高压传感器，用以检测高压气瓶1内高压气源压力。减压器5是将高压气源减压至规定的压力，为系统提供适合压力。减压器5前有过滤器10，防止气路电爆阀4电爆后产生金属碎屑进入减压器5内。减压器后压力传感器6用来检测输送到系统管路中的气体压力。电磁阀7开启后，减压后的气体充入到充气展开装置9。
22.充气展开装置9结构包括环形电磁铁11、充气支柱12、展开下板13、柔性太阳能板14、太阳能板支架15、弹簧系统支架16、自升降弹簧系统17、充气展开装置管路18；环形电磁铁11固定在太阳能板支架15的支座位置，通电后吸附展开下板13的支座。柔性太阳能板14未工作时，用以固定太阳能板，当启动系统电磁阀后，关闭环形电磁铁11，以便充气后能够顺利展开柔性太阳能板14。充气支柱12为40d尼龙tpu材质，未充气状态压缩状态存放在太阳能板支架15与展开下板13的壳体之间。太阳能板支架15带有安装孔位，可以安装在卫星外侧。弹簧系统支架16和自升降弹簧系统17里面阻尼装置使柔性太阳能板14在收放的过程中保持速度缓慢均匀，可调速装置能使弹簧收放到设定位置时自动停止，保证停止在整齐划一的一条直线上。调节太阳能板在一定范围内舒张，可以在任意位置驻停。充气展开装置管路18未工作状态柔性太阳能板14收在弹簧系统支架16内，当需要工作时，环形电磁铁11断电。开启电磁阀。气源进入充气展开装置管路18内分别充入充气展开装置9内，在两侧充气展开装置9展开的过程中，推动充气支柱12拉动柔性太阳能板14展开。充气展开装置管路18由气路柱塞18.1、柱塞螺母18.2、密封胶圈18.3装置组成。气路柱塞18.1插入太阳能板支架15的螺纹孔中，然后通过柱塞螺母18.2旋入太阳能板支架15的内螺纹固定连接。密封胶圈18.3作用为保证气路密封性。充气支柱12包括充气支柱本体12.1、充气支柱气嘴12.2和充气支柱堵头12.3，充气支柱气嘴12.2带螺纹与太阳能板支架15通过螺纹连接，充气支柱堵头12.3为实心结构。
23.具体操作如下：如图1所示，将供气系统依照原理图将各部分单机连接，通过充气阀3将氦气加压后冲入高压气瓶1，同过充气阀压力传感器2能够清楚高压气瓶1内的气体压力。当达到35mpa时，停止充气并锁紧充气阀3。供气系统随卫星上天后，进入预定轨道，需要
展开太阳能板，为卫星提供能量。此时给气路电爆阀4起爆指令，起爆后气源流经过滤器10进入减压器5减压后成为系统使用的2mpa气体，减压器后压力传感器6记录系统低压管路内压力值。开启电磁阀7将气源输送到充气展开装置9，同时关闭环形电磁铁电源，解除锁紧状态。气体经充气展开装置管路18进入充气支柱12。充气支柱12推动展开下板13带动太阳能板逐渐展开，将太阳能板展开后关闭电磁阀7。同时传感器检测高压气瓶1内气瓶压力。当需要收起柔性太阳能板14时，开启冷气喷嘴8.由于太空处于真空环境，高压气体自动向低压排出，在自升/自降弹簧系统17的工作作用下，柔性太阳能板14就会回卷收起，关闭冷气喷嘴8。
24.以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。