Самораскрывающаяся панель солнечной батареи космического аппарата Советский патент 1992 года по МПК B64G1/44 

Изобретение относится к области космической техники, а именно к конструкциям раскрываемых панелей солнечных батарей.

Известно выполнение панели солнечной батареи из ряда шарнирно соединенных звеньев, сложенных при запуске в виде гармошки. Раскрытие панели осуществляется под действием центробежных сил, возникающих при вращении аппарата. Основные недостатки подобной конструкции заключаются в сложности удержания и обеспечения необходимой жесткости панели в транспортном положении в процессе выведения на орбиту. Кроме того, на создание кинематического момента аппарата, необходимого для раскрытия панели, требуются затраты бортовых источников энергии.

Наиболее близким из известных технических решений является панель солнечной батареи, содержащая ряд шарнирно соединенных между собой створок с солнечными элементами, укладываемых в транспортном положении в пакет, при этом корневая створка связана с корпусом космического

аппарата, а панель включает замок удержания створок в транспортном положении и устройство раскрытия панели, выполненное в виде соединяющих соседние створки плоских пружин и механизм фиксации створок в раскрытом положении.

Сложенная в транспортном положении в пакет в виде гармошки панель имеет недостаток, связанный с технической сложностью закрепления и удержания ее в этом положении, а также недостаточно высокой жесткостью конструкции пакета, что может привести к повреждению панели при перегрузках и вибрациях на участке выведения на орбиту. Кроме того, для обеспечения невозмущенного раскрытия гармошки необходима абсолютная идентичность характеристик сопротивления раскрытию (трения) и упругих характеристик элементов (например пружин), осуществляющих раскрытие, во всех местах сочленения (шарнирах) звеньев панели.

Целью изобретения является увеличение жесткости конструкции панели в транспортном положении, путем повышения надежности удержания створок, а также уменьшение динамических нагрузок и возмущающих моментов, действующих на корпус космического аппарата и панель в процессе ее раскрытия.

Цель достигается за счет того, что в панели солнечной батареи, содержащей ряд шарнирно соединенных между собой створок с солнечными элементами, укладываемых в транспортном положении в пакет, замок удержания створок в транспортном положении, устройство раскрытия панели, выполненное в виде соединяющих соседние створки плоских пружин, и механизм фиксации створок в раскрытом положении, причем корневая створка панели связана с корпусом аппарата, в ней створки выполнены переменной ширины, определяемой по зависимости

„-„.ЦдД,,.

где а - ширина i-ой створки;

ai - ширина корневой створки, закрепленной на корпусе аппарата;

I - номер створки, отсчитываемой от корпуса аппарата, 1 1,2, 3,...,к;

К - количество створок;

h - расстояние между одноименными параллельными поверхностями соседних пластин в транспортном положении,

при этом створка снабжены направляющими фиксаторами, а в транспортном положении пакет створок уложен в виде правильной треугольной призмы.

Кроме того, в панели солнечной батареи направляющие фиксаторы выполнены в виде закрепленных на 1,2,...(К-3)створках изогнутых шипов, имеющих форму дуги

окружности с угловым размером тг/3 и центром, совпадающим с центром вращения ближайшего к месту крепления шипа шарнирного соединения, при этом в 4, 5,...К створках выполнены попарно фиксаторные

0 отверстия, соответствующие типам в транспортном положении панели.

На фиг. 1 и 2 представлен общий вид панели, уложенной в пакет в форме правильной треугольной призмы; на фиг. 3 5 представлена схема выбора ширины отдельных створок, в изометрии; на фиг. 4 - конструкция узла соединения двух соседних створок в транспортном положении; на фиг. 5 - конструкция узла соединения двух со0 седних створок в раскрытом положении панели; на фиг. 6 - замок расцепления панели; на фиг, 7 - шипы направляющих фиксаторов; на фиг. 8 (а-д) - процесс раскрытия панели.

5 Панель состоит из створок 1, несущих солнечные элементы, первая из которых жестко закреплена на корпусе аппарата 2. Створки 1 соединены между собой с помощью шарнирных механизмов 3. Самора0 скрытие панели осуществляется посредством плоских пружин 4, соединяющих две соседние створки в местах из сочленения (на чертеже шарнирные механизмы и пружины обозначены для первых трех ство5 рок). В транспортном положении панель удерживается замком 5, закрепленным на корпусе аппарата 2 и обеспечивающим жесткую связь между корпусом и ближайшим к корпусу внешним ребром призмы, образо0 ванной створками 1. Жесткость конструкции в сложенном в пакет транспортном положении помимо жесткости геометрической фигуры типа равносторонний треугольник, обеспечивается направляющими

5 фиксаторами 6, выполненными в виде шипов, изогнутых по дуге окружности с центром в центре вращения шарнирного механизма. Шипы имеют угловой размер 60°, закреплены на 1, 2 (К-3) створках

0 каждый таким образом, чтобы в уложенном в пакет положении панели входить в соответствующие им фиксаторные отверстия, выполненные попарно в створках, составляющих ближайшую для центра изгиба данно5 го шипа грань внутренней призмы пакета. Фиксаторные отверстия выполняются в 4 и

5, 5 и б, 6 и 7(К-1) и К и К-ой пластинах.

Например, для шипа, закрепленного на второй створке, соответствующие ему фиксаторные отверстия выполняются в пятой и

шестой створках в непосредственной близости к месту их сочленения. Отсчет номеров створок осуществляется от корпуса космического аппарата. Для обеспечения укладки панели, состоящей из ряда шарнир- но соединенных створок, в пакет в форме правильной треугольной призмы необходимо, чтобы отдельные створки имели разную ширину.

Механизм соединения двух соседних створок 1 состоит из шарнира 3 и плоской пружины 4, которая связывает створки и в транспортном положении деформирована (напряжена). Кроме того, конструкция узла включает механизм жесткого сочленения створок в единую панель после ее раскрытия. В одной из створок выполнено торцевое гнездо 7, в котором расположен палец 8, подпружиненный пружиной 9. В транспортном положении панели палец 8 упирается в боковую поверхность пальца шарнира 3. В торце соседней створки (включая и элементы шарнира 3) выполнено ответное (для пальца 8) гнездо 10. Для взведения и расчековки механизма сочленения при укладке панели в пакет на пальце 8 перпендикулярно его продольной оси закреплен стержень 11, выступающий над плоскостью створки 1 через прорезь, выполненную по длине гнезда 7.

Замок удержания панепи в транспортном положении состоит из электромагнита 12, закрепленного на корпусе аппарата 2. Внутри электромагнита 12 расположен шток 13, связанный с корпусом 2 посредством пружины 14. В транспортном положении замок зачекован, при этом шток 13 входит в косое отверстие 15, выполненное в створке 1, составляющей ближайшую к корпусу 2 грань призмы.

Направляющие фиксаторы выполнены в виде шипа 16. изогнутого по дуге окружности с центром в центре вращения шарнира 3 и имеющего угловой размер 60°. Шип 16 одним концом закреплен (17 - место крепления шипа) на створке 1 таким образом, чтобы в уложенном в пакет положении панели входить в соответствующие ему фиксаторные отверстия 18, выполненные в створках, составляющих ближайшее для центра изгиба шипа внутреннее ребро призмы пакета. Для развертывания уложенной в пакет панели производится расцепление замка путем подачи тока в обмотку электромагнита 12. В результате шток 13 втягивается в электромагнит 12, выходя из косого отверстия 15 в створке 1 панели. Замок расчекован. Панель освобождается от удерживающей связи замка, и под действием силы упругости со стороны плоской

пружины 4 первого механизма соединения (механизма соединения первых двух пластин) происходит поворот пакета относительно первого шарнира 3. При повороте пакета вокруг первого шарнира изогнутый

шип 16 будет постепенно выходить из фик- саторных отверстий 18 и выйдет из него полностью при повороте пакета относительно первого шарнира на 60°. Первый направ- ляющий фиксатор освобождает от

0 удерживающей связи грань призмы, что обеспечивает возможность за счет действия плоской пружины второго механизма соединения начать раскладывание следующей створки панели (дальнейший ж разворот па5 кета). Раскрытие остальных створок и вращение оставшейся части пакета относительно шарниров последующих узлов соединения створок происходит аналогично.

0 Раскрытие створок панели осуществляется последовательно, начиная от корпуса аппарата, при этом остальная часть пакета представляет собой жесткую конструкцию, не оказывающую возмущающего влияния

5 на раскрытую часть панели и корпус космического аппарата. Очевидно, что возмущающих моментов и динамических нагрузок в каждый момент времени следует ожидать от результатов вращения в одном шарнирном

0 механизме. Поворот створок панели в шарнирных механизмах под действием плоских пружин происходит до тех пор, пока угол между соседними пластинами не составит 180°. При этом торцовое гнездо 7 и ответное

5 гнездо 10 совпадают и под действием пружины 9 палец 8, перемещаясь, входит в ответное гнездо 10. В результате этого обеспечивается жесткое сочленение створок в единую плоскую панель. С помощью

0 стержня 11, жестко закрепленного на пальце 8, возможно осуществление его возврата в исходное положение (расчековка створок панели) при испытаниях и в процессе сборки панели в пакет перед транспортиров5 кой. Кроме того, обеспечивается возможность ручной сборки раскрытой панели в пакет на орбите перед возвращением аппарата на Землю.

Формула изобретения

0 1. Самораскрывающаяся панель солнечной батареи космического аппарата, содержащая ряд шарнирно соединенных между собой створок с солнечными элементами, замок удержания панели в транспор5 тном положении, устройство раскрытия панели, выполненное в виде соединяющих соседние створки плоских пружин, и механизм фиксации створок в раскрытом поло- жении. при этом корневая створка панели

связана с корпусом космического аппарата, отличающаяся тем, что, с целью увеличения жесткости конструкции панели в транспортном положении путем повышения надежности удержания пакета створок, в ней створки выполнены переменной ширины определяемой по зависимости

2 0 - JO h

ai

где ai - ширина с той створки;

ai - ширина корневой створки, закрепленной на корпусе аппарата;

i - номер створки, отсчитываемой от корпуса аппарата, 1 1, 2,..,к;

К - количество створок;

h - расстояние между одноименными параллельными поверхностями соседних пластин в транспортном положении, при

0

5

этом створки снабжены направляющими фиксаторами, а в транспортном положении пакет створок узложен в виде правильной треугольной призмы.

2. Панель по п. 1,отличающееся тем, что направляющая фиксатора выполнены в виде закрепленных на 1, 2, ... (к-3), створках, изогнутых шипов, имеющих фор71

му дуги окружности с угловым размером и

центром совпадающем с центром вращения ближайшего к месту крепления шипа шарнирного соединения, при этом в 4, 5, ... К створках выполнены попарно фиксаторные отверстия, соответствующие шинам в транспортном положении панели.

Изобретение относится к области космической техники и может быть использова- но в системах электроснабжения космических аппаратов. Цель изобретения заключается в увеличении жесткости конст рукции панели в транспортном положении путем повышения надежности удержания створок, а также уменьшении динамических нагрузок и возмущающих моментов, действующих на корпус аппарата и панель в процессееераскрытия.В самораскрывающейся панели солнечных батарей, закрепленной одним концом на корпусе космического аппарата, состоящей из ряда шарнирно соединенных между собой створок с размещенными на них солнечными элементами и включающей замок удержания панели в транспортном положении, устройство раскрытия панели, выполненное в виде соединяющих соседние створки плоских пружин, и механизм сочленения створки в развернутом положении панели, створки выполнены переменной ширины и в транспортном положении уложены в пакет в форме правильной треугольной призмы. Кроме того, панель снабжена направляющими фиксаторами, выполненными в виде закрепленных на 1, 2/К-3/ створках шипов и соответствующих им в транспортном положении панели фиксаторных отверстий в 4, 5К пластинах. Шипы изогнуты по дуге окружности и имеют угловой размер 60°, при этом центр окружности совпадаете центром вращения ближайшего к месту крепления шипа шарнирного соединения. Дана математическая зависимость для определения ширины створок. 2 з.п. ф- лы, 8 ил. (Л С vi о CJ ю Ю СО

4

ФигЛ

Фиг. 1

аг

Фиг.З

3 11

ФигЛ

Фие.6

жз

Фиг в