СОЛНЕЧНАЯ БАТАРЕЯ КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА Российский патент 2017 года по МПК B64G1/44 

Предлагаемое изобретение относится к космической технике, а именно к конструкциям солнечных батарей, и может быть использовано в системах энергосбережения космических аппаратов (КА).

Известно устройство отделения и раскрытия створок батареи солнечной космического аппарата (патент RU №24418170, B64G 1/44), содержащее раму, жестко закрепленную на валу электропривода и два пакета створок. Пакеты нижними створками закреплены на раме неподвижно, а средние створки связаны с нижней створкой и с верхней створкой шарнирно. В осях шарниров установлены взведенные пружины (торсионы), раскрывающие створки в рабочее положение.

Известна батарея солнечная космического аппарата (патент RU №2460676 С2, B64G 1/44). В состав батареи солнечной входят две панели, каждая из которых состоит из двух полупанелей, включающих шарнирно связанные между собой и последовательно собранные в пакет корневую, среднюю и крайнюю створки. Полупанели соединены между собой с одной стороны при помощи четырех подпружиненных прижимов, а с другой - четырьмя стяжками в опорных узлах. На створках попарно установлено по два кронштейна. Кронштейны, установленные на крайней створке, снабжены осями, которые взаимодействуют в процессе раскрытия панелей с профилированными выступами, выполненными на кронштейнах, установленных на корневой створке. Этим обеспечивается раскрытие панелей «рулонным» способом, при котором происходит отвод створок, исключающий возможность их соударения при раскрытии с аппаратурой КА.

Известна солнечная батарея (патент RU №2485026 С2, B64G 1/44), содержащая раму, верхние и нижние створки, попарно связанные между собой шарнирами, на оси которых закреплены торсионы, на других концах которых установлены кронштейны, в которых размещены механизмы взведения торсионов, кронштейны закреплены на торсионах с возможностью вращения и установлены в исходном положении симметрично оси торсионов, расположение которых обеспечивает механизмами взведения закручивание торсионов только в одну сторону, обеспечивая раскрытие солнечной батареи.

Наиболее близкой к заявленной конструкции (прототипом) является солнечная батарея (патент RU №2258640 C1, B64G 1/44), содержащая панели, складываемые по схеме «гармошка», и раму с приводным механизмом. Панели связаны между собой через раму с КА посредством приводных пружин и тросовой передачи со шкивами. Приводной механизм имеет двигатель и шкив, соединенный тросовой передачей с промежуточным шкивом. Двигатель и шкив закреплены на космическом аппарате при помощи кронштейна. Подвижный элемент двигателя скреплен с рамой.

Недостатками вышеперечисленных конструкций являются:

- неспособность конструкции многократно принимать раскрытое и сложенное положение;

- многократно фиксировать панели и раму в сложенном и раскрытом положении и снимать фиксацию для перевода в раскрытое и сложенное положение.

Задачей заявляемого изобретения является устранение недостатков известных аналогов.

Поставленная задача решается тем, что солнечная батарея космического аппарата, содержащая панели и раму, соединенные между собой через раму с космическим аппаратом, с расположенными по краям соосными шарнирными соединениями со шкивами, попарно соединенными тросовой передачей, согласно заявляемому изобретению имеет двигатель, установленный в одном из шарнирных соединений, способный многократно переводить батарею солнечную из сложенного положения в раскрытое положение и обратно с постоянной скоростью движения, и приводные пружины, входящие в состав каждого шарнирного соединения, способные вращать панели и раму как в сторону раскрытия, так и в сторону складывания солнечной батареи, при этом первую половину пути в процессе раскрытия или складывания солнечной батареи приводные пружины создают вращение в противоположном направлении вращения подвижного элемента двигателя, а вторую половину пути - создают вращение в направлении вращения подвижного элемента двигателя, обеспечивая полное раскрытие или складывание батареи солнечной в крайних ее положениях, причем в каждом шарнирном соединении, соединяющем панели между собой, а также панель с рамой, установлены запорные устройства, выполненные в виде подпружиненного крючка, зацепляющегося за раскрываемый элемент в раскрытом положении, который вводится в зацепление или выводится из зацепления, взаимодействуя со шкивом системы синхронизации, установленным в том же шарнирном соединении, в процессе раскрытия или складывания батареи солнечной для обеспечения заданной жесткости в раскрытом положении, в свою очередь в шарнирном соединении, соединяющем раму и космический аппарат, установлено запорное устройство, выполненное в виде подпружиненного крючка, зацепляющегося за раскрываемый (складываемый) элемент, как в сложенном положении, так и в раскрытом положении батареи солнечной, который выводится из зацепления или вводится в зацепление, взаимодействуя с подвижным элементом двигателя в процессе раскрытия или складывания батареи солнечной для обеспечения заданной жесткости в раскрытом или сложенном положении.

Конструкция батареи солнечной поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена батарея солнечная в сложенном положении, установленная на космическом аппарате. На фиг. 2 изображена батарея солнечная в раскрытом положении, установленная на космическом аппарате. На фиг. 3 и фиг. 4 показаны увеличенные виды раскрытой батареи солнечной по стрелке В и Г. На фиг. 5 показаны увеличенные выносные элементы Д и Е.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является обеспечение многоразового раскрытия и складывания батареи солнечной и ее фиксации в крайних положениях с заданной жесткостью.

Указанный технический результат предлагаемого изобретения достигается тем, что:

- солнечная батарея, содержащая панели 1 и раму 2, раскрываемые (складываемые) синхронно и соединенные между собой через раму с космическим аппаратом 3, имеет расположенные по краям соосные шарнирные соединения 4 со шкивами 5, соединенными тросовой передачей 6, снабжена двигателем 7, который имеет кинематическую связь со шкивами 5 и способен многократно переводить батарею солнечную из сложенного положения в раскрытое положение и обратно с заданной скоростью движения, а также закрепленный с помощью кронштейна 10 неподвижно относительно космического аппарата, причем подвижный элемент двигателя 8 скреплен с рамой 2 с зазором, дающим возможность холостого поворота подвижного элемента двигателя относительно рамы на угол α;

- приводные пружины 9, входящие в состав каждого шарнирного соединения 4, способны вращать панели 1 и раму 2 как в сторону раскрытия, так и в сторону складывания батареи солнечной, при этом первую половину пути в процессе раскрытия или складывания приводная пружина 9 создает вращение в противоположном направлении вращения подвижного элемента двигателя 8, а вторую половину пути - создает вращение в направлении вращения подвижного элемента двигателя 8, обеспечивая полное раскрытие или складывание батареи солнечной;

- запорные устройства, установленные в каждом шарнирном соединении, соединяющем между собой панели 1 и/или панель 1 с рамой 2, выполнены в виде подпружиненного крючка 11, поворачивающегося вокруг оси 12, установленной неподвижно относительно панели 1 (рамы 2), который взаимодействует со шкивом 5, установленным в том же шарнирном соединении 4, соосно с ним, с возможностью холостого вращения относительно присоединяемой панели 1 (рамы 2) на угол β, и зацепляется за ось 13, установленную неподвижно относительно присоединяемой панели 1 (рамы 2);

- запорное устройство, установленное в шарнирном соединении 4, соединяющем раму 2 и космический аппарат 3, выполнено в виде подпружиненного крючка 14, который поворачивается вокруг оси 15, установленной неподвижно относительно космического аппарата 3, и взаимодействует с подвижным элементом двигателя 8, зацепляясь за ось 16, установленную неподвижно относительно панели 1, соединяемой с рамой 2, в сложенном положении батареи солнечной и за ось 17, установленную неподвижно относительно рамы 2 в раскрытом положении батареи солнечной.

Процесс многоразового раскрытия и складывания батареи солнечной представляет собой следующее:

1. Раскрытие - синхронное, участвует как двигатель 7, так и приводные пружины 9, установленные в каждом шарнирном соединении 4.

Батарея солнечная находится в сложенном положении. Панели 1 и рама 2 сложены и закреплены на космическом аппарате 3 с помощью замков 18. После срабатывания спускового устройства 19 замки 18 освобождают панели 1 и раму 2, которые остаются в исходном положении и продолжают удерживаться приводными пружинами 9, установленными в каждом шарнирном соединении 4, работающими на складывание батареи солнечной, и запорным устройством, установленным в шарнирном соединении 4 между космическим аппаратом 3 и рамой 2. После начала работы двигателя 7 его подвижный элемент 8 поворачивается в зазорах, обеспечивающих холостой ход относительно рамы 2, в направлении раскрытия, при этом подпружиненный крючок 14 запорного устройства выходит из зацепления с осью, установленной на панели 1, связанной с рамой 2. После того, как подвижный элемент двигателя 8 выбирает зазор холостого хода, и крючок 14 полностью освобождает ось, он входит в зацепление с рамой 2, и конструкция начинает синхронно раскрываться под действием двигателя 7 и тросовой передачи. При этом двигатель 7 половину пути обеспечивает постоянную скорость раскрытия, преодолевая момент сопротивления приводных пружин 9, а вторую половину пути обеспечивает постоянную скорость раскрытия, сдерживая батарею солнечную, раскрываемую под действием момента, созданного приводными пружинами 9. Во время раскрытия шкивы 5, установленные с возможностью холостого хода и связанные с крючками 14 запорных устройств, установленных в шарнирных соединениях 4 между панелями 1, панелью 1 и рамой 2, последовательно поворачиваются относительно панелей 1 и рамы 2, на которых они установлены, и обеспечивают возможность крючкам 14 во всех запорных устройствах в раскрытом положении войти в зацепление за ось.

2. Складывание (повторное складывание) - синхронное, учувствует как двигатель 7, так и приводные пружины 9.

Батарея солнечная находится в раскрытом положении и удерживается приводными пружинами 9 и запорными устройствами, установленными в каждом шарнирном соединении 4. После начала работы двигателя 7 его подвижный элемент 8 поворачивается в зазорах, обеспечивающих холостой ход относительно рамы 2, в сторону складывания, при этом крючок 14 запорного устройства выходит из зацепления с осью, установленной неподвижно относительно рамы 2. После того как подвижный элемент 8 двигателя выбирает зазор холостого хода и крючок 14 полностью освобождает ось, он входит в зацепление с рамой и конструкция начинает синхронно складываться под действием двигателя 7 и тросовой передачи. При этом двигатель 7 половину пути обеспечивает постоянную скорость раскрытия, преодолевая момент сопротивления приводных пружин 9, а вторую половину пути обеспечивает постоянную скорость раскрытия, сдерживая батарею солнечную, раскрываемую под действием момента созданного приводными пружинами 9. Во время складывания шкивы 5, установленные с возможностью холостого хода и связанные с крючками 14 запорных устройств, установленных в шарнирных соединениях 4 между панелями 1, панелью 1 и рамой 2, последовательно поворачиваются относительно панелей 1 и рамы 2, на которых они установлены, и взаимодействуя с крючками 14 запорных механизмов панелей 1 и рамы 2, выводят их из зацепления с осью. Сложившись панели 1, упираются в замки на корпуса космического аппарата 3 и удерживаются приводными пружинами 9, установленными в каждом шарнирном соединении 4. В этот момент подвижный элемент 8 двигателя поворачивается в зазорах, обеспечивающих холостой ход относительно рамы 2, при этом крючок 14 запорного устройства входит в зацепление с осью, установленной на панели 1, связанной с рамой 2. Батарея солнечная находится в сложенном положении и удерживается приводными пружинами 9, установленными в каждом шарнирном соединении 4, и запорным устройством, установленным в шарнирном соединении 4 между КА 3 и рамой 2.

Повторное раскрытие - синхронное, участвует как двигатель 7, так и приводные пружины 9, установленные в шарнирных соединениях 4.

Батарея солнечная находится в сложенном положении и, упираясь на замки, установленные на космическом аппарате 3, удерживается приводными пружинами 9, установленными в каждом шарнирном соединении 4, работающими на складывание батареи солнечной, и запорным устройством, установленным в шарнирном соединении 4 космического аппарата 3 и рамы 2. После начала работы двигателя 7 его подвижный элемент 8 поворачивается в зазорах, обеспечивающих холостой ход относительно рамы 2, в сторону раскрытия, при этом крючок 14 запорного устройства выходит из зацепления с осью, установленной на панели 1, связанной с рамой 2. После того как подвижный элемент 8 двигателя выбирает зазор холостого хода и крючок 14 полностью освобождает ось, он входит в зацепление с рамой 2, и конструкция начинает синхронно раскрываться под действием двигателя 7 и системы синхронизации. При этом двигатель 7 половину пути обеспечивает постоянную скорость раскрытия, преодолевая момент сопротивления приводных пружин 9, а вторую половину пути обеспечивает постоянную скорость раскрытия, сдерживая батарею солнечную, раскрываемую под действием момента, созданного приводными пружинами 9. Во время раскрытия шкивы 5, установленные с возможностью холостого хода и связанные с крючками 14 запорных устройств, установленных в шарнирных соединениях 4 между панелями 1, панелью 1 и рамой 2, последовательно поворачиваются относительно панелей 1 и рамы 2, на которых они установлены, и обеспечивают возможность крючкам 14 во всех запорных устройствах в раскрытом положении войти в зацепление за ось.

Во время работы в составе космического аппарата батарея солнечная может принимать следующие конфигурации:

- конфигурация в транспортировочном положении:

все панели батареи солнечной сложены и удерживаются на космическом аппарате с помощью замков;

- конфигурация в раскрытом положении (многократно):

все панели батареи солнечной раскрыты и удерживаются с помощью приводных пружин и запорных устройств.;

- конфигурация в сложенном положении (многократно):

все панели батареи солнечной сложены и удерживаются с помощью приводных пружин и запорных устройств.

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано в системах энергоснабжения космических аппаратов (КА). Батарея солнечная (БС) содержит панели и раму, многократно раскрываемые и складываемые синхронно. КА, рама и панели соединены между собой посредством шарнирных соединений (ШС). Все ШС соединены последовательно тросовой передачей со шкивами. Для многоразового перевода БС в раскрытое и сложенное положение предусмотрен двигатель, установленный в одном из ШС. Каждый ШС содержит приводные пружины, обеспечивающие полное раскрытие или складывание батареи солнечной, и запорное устройство, фиксирующее раскрытое положение БС, выполненное в виде подпружиненного крючка. Для управления запорными устройствами каждый крючок кинематически связан со шкивом системы синхронизации, установленным в соответствующем ШС. Техническим результатом изобретения является обеспечение многоразового раскрытия и складывания БС и ее фиксации в крайних положениях с заданной жесткостью. 5 ил.

Солнечная батарея космического аппарата, содержащая панели и раму, соединенные между собой через раму с космическим аппаратом, с расположенными по краям соосными шарнирными соединениями со шкивами, попарно соединенными тросовой передачей, отличающаяся тем, что солнечная батарея имеет двигатель, установленный в одном из шарнирных соединений, способный многократно переводить батарею солнечную из сложенного положения в раскрытое положение и обратно с постоянной скоростью движения, и приводные пружины, входящие в состав каждого шарнирного соединения, способные вращать панели и раму как в сторону раскрытия, так и в сторону складывания солнечной батареи, при этом первую половину пути в процессе раскрытия или складывания солнечной батареи приводные пружины создают вращение в противоположном направлении вращения подвижного элемента двигателя, а вторую половину пути - создают вращение в направлении вращения подвижного элемента двигателя, обеспечивая полное раскрытие или складывание батареи солнечной в крайних ее положениях, причем в каждом шарнирном соединении, соединяющем панели между собой, а также панель с рамой, установлены запорные устройства, выполненные в виде подпружиненного крючка, зацепляющегося за раскрываемый элемент в раскрытом положении, который вводится в зацепление или выводится из зацепления, взаимодействуя со шкивом системы синхронизации, установленным в том же шарнирном соединении, в процессе раскрытия или складывания батареи солнечной, для обеспечения заданной жесткости в раскрытом положении, в свою очередь в шарнирном соединении, соединяющем раму и космический аппарат, установлено запорное устройство, выполненное в виде подпружиненного крючка, зацепляющегося за раскрываемый/складываемый элемент как в сложенном положении, так и в раскрытом положении батареи солнечной, который выводится из зацепления или вводится в зацепление, взаимодействуя с подвижным элементом двигателя в процессе раскрытия или складывания батареи солнечной для обеспечения заданной жесткости в раскрытом или сложенном положении.