СОЛНЕЧНАЯ БАТАРЕЯ Российский патент 2000 года по МПК B64G1/44 B64G1/22 

Изобретение относится к ракетно-космической технике, а именно к источникам получения энергии, и может быть использовано для раскрытия и удержания в рабочем состоянии фотоэлектрических панелей (ФЭП) преимущественно на космических объектах.

Известна трансформируемая солнечная батарея (СБ) по заявке ФРГ N 2751273 (B 64 G, 9/00), содержащая складывающиеся "гармошкой" и связанные между собой шарнирно ФЭП.

Известна трансформируемая СБ по заявке Франции N 2289390 (B 64 G, 1/30), также выполненная по схеме "гармошка" и помещенная в специальном кожухе.

Недостатком аналогов является малая прочность конструкции СБ на изгиб и кручение при эксплуатационных нагрузках, которые составляют порядка 10...12 g.

Известно техническое решение, описанное в [1] и принятое в качестве прототипа. Устройство содержит контейнер с крышкой. При этом в контейнере уложен "гармошкой" пакет шарнирно соединенных между собой ФЭП. С первым контейнером соединен второй контейнер с мачтообразующими элементами. В их числе вращающийся внешний полый цилиндр с внутренней винтовой нарезкой, привод вращения внешнего цилиндра. В полости внешнего цилиндра располагаются неподвижная направляющая стойка и уложенная в транспортном положении трансформируемая мачта. Крышка первого контейнера соединена с концом мачты.

При раскрытии СБ привод приводит во вращение внешний цилиндр. При этом винтовая нарезка цилиндра вызывает перемещения вдоль оси цилиндра и принятие рабочего положения элементами мачты. Причем направляющая стойка предотвращает нежелательные вращения упомянутых элементов, оставляя им возможность только продольного, вдоль оси цилиндра, перемещения. При этом приходит в движение связанная с мачтой крышка СБ. Перемещаясь, крышка увлекает за собой панели СБ вплоть до полного раскрытия батареи и формирования токообразующей поверхности ФЭП.

Недостатком прототипа, как и в случае других аналогов, является малая несущая способность мачты СБ на изгиб и кручение, а также увеличенные габариты СБ из-за специального контейнера для мачты СБ.

Задачей изобретения является увеличение несущей способности мачты СБ, а также уменьшение габаритов устройства.

Указанная задача решается тем, что солнечная батарея содержит контейнер с крышкой, уложенный "гармошкой" пакет фотоэлектрических панелей, разворачивающуюся мачту, причем мачта выполнена в виде фермы, образованной основанием контейнера, крышкой и формообразующими профилями, одни концы которых закреплены на периферии крышки, а другие - на соответствующих барабанах. При этом формообразующие профили выполнены упругими и намотанными на упомянутые барабаны, а ферма состоит из складывающихся секций, каждая из которых выполнена в виде двух, лежащих в параллельных плоскостях, прямоугольных рамок с замками, жестко связанных между собой упомянутыми упругими профилями и подкосами, замки соединяют рамки и профили. Внешние кромки каждых двух смежных фотоэлектрических панелей шарнирно соединены с рамками. Внешняя кромка первой панели соединена шарнирно с основанием контейнера, а внешняя кромка последней панели шарнирно соединена с крышкой.

Изобретение поясняется чертежами:
на фиг. 1 изображен общий вид предлагаемой СБ в исходном (транспортном) положении;
на фиг. 2, 3, 4 представлены различные виды раскрытой СБ: вид спереди (фиг. 2), вид сбоку (фиг. 3), вид снизу (фиг. 4), на фиг. 5 представлен общий вид раскрытой СБ. На чертежах представлены:
1 - контейнер;
2 - крышка контейнера;
3 - фотоэлектрическая панель;
4, 5, 6, 7 - формообразующие профили;
8, 9, 10, 11 - барабаны;
12 - рамка;
13 - замок;
14 - подкос.

Предлагаемая солнечная батарея содержит контейнер 1 с крышкой 2, уложенный "гармошкой" пакет фотоэлектрических панелей 3. Разворачивающаяся мачта выполнена в виде фермы, образованной контейнером 1, крышкой 2 и формообразующими профилями 4, 5, 6, 7, одни концы которых закреплены на периферии крышки 2, а другие - на барабанах 8, 9, 10, 11. При этом профили 4, 5, 6, 7 выполнены упругими и намотаны на барабаны 8, 9, 10, 11. Причем ферма состоит из складывающихся секций, каждая из которых выполнена в виде двух лежащих в параллельных плоскостях прямоугольных рамок 12 с замками 13, профилями 4, 5, 6, 7, подкосами 14 и образует жесткую конструкцию. При этом замки 13 соединяют рамки 12 и профили 4, 5, 6, 7. Внешние кромки каждых двух смежных фотоэлектрических панелей 3 шарнирно соединены с рамками 12. При этом внешняя кромка первой панели 3 соединена шарнирно с контейнером 1, а внешняя кромка последней панели 3 шарнирно соединена с крышкой 2. При раскрытии СБ приводы одновременно приводят во вращение барабаны 8, 9, 10, 11. При этом происходит сматывание профилей 4, 5, 6, 7 с барабанов, крышка 2 перемещается относительно контейнера 1, увлекая за собой панели 3. Одновременно формируются (из транспортного положения) подкосы 14. Когда подкосы сформируются полностью, они инициируют перемещение рамки 12. При этом приводятся в действие замки 13, соединяющие рамку 12 с профилями 4, 5, 6, 7. На этом заканчивается формирование первой секции фермы. Дальнейшее вращение барабанов 8, 9, 10, 11 приводит к образованию (по описанному принципу) следующих секций фермы. И так до полного раскрытия батареи и формирования токообразующей поверхности из фотоэлектрических панелей 3.

Известно (см. , например, [2] стр. 78-158), что при изгибных и крутящих нагружениях несущей конструкции вклад того или иного конструктивного элемента в суммарную прочность конструкции пропорционален кубу расстояния от этого элемента до нейтральной линии изгиба или кручения. В этой связи, особенно при жестких ограничениях на массу несущей конструкции, наиболее эффективным способом увеличения несущей способности является максимально возможное удаление друг от друга конструктивных элементов мачты. Понятно, что применительно к СБ для указанных целей желательно размещение элементов мачты по периферии изделия, что реализовано в предлагаемом техническом решении.

Следует также иметь в виду, что, при необходимости, приводом ориентации мачта предлагаемой СБ может быть сориентирована оптимальным образом относительно направления ожидаемого нагружения (например, при стыковке космического модуля или доразгоне орбитального блока с СБ на борту). Это дополнительно увеличивает возможности мачты, как несущей конструкции СБ. Мачта прототипа таким свойством не обладает. Отсутствие, в отличие от прототипа, в предлагаемом изобретении специализированного контейнера для мачты снижает общие габариты СБ, а компактность конфигурации предлагаемой СБ (см. фиг. 1) позволяет оптимально разместить ее в грузовом отсеке орбитального блока. Так, предлагаемая конструкция позволяет, по меньшей мере, удвоить число экземпляров СБ, которые можно разместить в грузовом отсеке корабля "Шаттл" при сборке международной станции "Альфа" по сравнению с конструкцией - прототипом, используемой в настоящее время на станции "Мир".

Как следует из описания, предлагаемая СБ компактна в исходном (транспортном) положении и после эксплуатации может быть снова уложена в исходное положение. Причем мачта СБ имеет максимально возможную, при прочих равных условиях, несущую способность.

Предложенное решение может быть использовано также в качестве мобильных наземных СБ. Например, на базе грузового автомобиля или транспортной тележки, обеспечивая таким образом электроснабжение в местах бедствий, землетрясений, боевых действий, палаточных городков и т.д.

Литература
1. Б. В. Вершинина "Автоматизированная система электроснабжения космической станции", Обзор по материалам отечественной и зарубежной печати, Центр научно-технической информации "Поиск", ГОНТИ-4, 1990 г., стр. 11-15.

2. В.И.Феодосьев, Сопротивление материалов, 1979 г.

Изобретение относится к ракетно-космической технике и может быть использовано для раскрытия в рабочее состояние фотоэлектрических панелей на космических объектах. Согласно изобретению панели солнечной батареи, укладываемые "гармошкой", снабжены развертываемой мачтой в виде фермы из формообразующих профилей. Профили выполнены упругими и намотаны на барабаны. Ферма включает в себя складывающиеся секции, выполненные в виде параллельных прямоугольных рамок. Рамки связаны друг с другом данными профилями и подкосами, а также снабжены замками. Кромки смежных панелей соединены с рамками соответствующих секций фермы. Внешняя кромка первой панели шарнирно соединена с основанием транспортного контейнера, а внешняя кромка последней панели - с его крышкой. После развертывания фермы и формирования подкосов из транспортного положения в рабочее замки срабатывают и жестко соединяют рамки с профилями. Изобретение обеспечивает повышенную несущую способность мачте и уменьшение габаритов устройства в транспортном положении. 5 ил.

Солнечная батарея, содержащая контейнер с крышкой, пакет фотоэлектрических панелей, уложенных по схеме "гармошка", и разворачивающуюся мачту, отличающаяся тем, что мачта выполнена в виде фермы, образованной основанием контейнера, крышкой и формообразующими профилями, одни концы которых закреплены на периферии крышки, а другие - на барабанах, при этом формообразующие профили выполнены упругими и намотаны на барабаны, а ферма включает в себя складывающиеся секции, каждая из которых выполнена в виде двух лежащих в параллельных плоскостях прямоугольных рамок, связанных между собой упомянутыми формообразующими профилями и подкосами и снабженных замками для жесткого соединения рамок с этими профилями после формирования подкосов из транспортного положения, причем внешние кромки смежных фотоэлектрических панелей соединены с рамками соответствующих секций фермы, внешняя кромка первой панели шарнирно соединена с основанием контейнера, а внешняя кромка последней панели шарнирно соединена с крышкой.