一种二维二次展开太阳翼

技术领域

本发明涉及航天器技术领域，具体涉及一种二维二次展开太阳翼。

背景技术

太阳翼作为航天器的供电设备，其展开是航天器发射成功的重要标志性事件。目前，国内采用的太阳翼大多为一维一次展开结构，一般由2～3块太阳板沿一条直线构成，并通过展开铰链驱动太阳翼展开，展开过程中由绳索联动装置对各个铰链的展开过程进行约束，使其自由度下降为1，形成规律的一次性展开，称为一维一次展开。

但是当太阳翼的展开面积较大时，一维一次展开结构会导致太阳翼展开惯量过大，在卫星发动机变轨时太阳翼及其驱动机构承受载荷过大，甚至导致太阳翼根铰等零部件发生损坏；目前，为了降低这种影响，需对太阳翼各传力部件进行结构加强，从而大幅增加太阳翼产品的重量。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种二维二次展开太阳翼，能够在卫星变轨前后分步进行展开，减小了卫星变轨时太阳翼的展开惯量，降低了太阳翼的强度需求，从而大幅降低产品质量。

一种二维二次展开太阳翼，具有收拢状态、一次展开状态、二次展开状态以及二维二次展开状态，并包括根部铰链、连接架、内板、中内板、中外板、外板、上侧板、下侧板、一次压紧释放装置、二次压紧释放装置以及侧板释放装置；

所述根部铰链、所述连接架、所述内板、所述中内板、所述中外板以及所述外板依次铰接，所述根部铰链用于将所述连接架安装于卫星的星体侧壁；

在所述中外板的另外两侧铰接有所述上侧板和所述下侧板，并且在展开时所述上侧板和所述下侧板相对设置；

所述一次压紧释放装置和所述二次压紧释放装置均具有压紧状态和释放状态；

当太阳翼处于收拢状态时，所述一次压紧释放装置和所述二次压紧释放装置均处于压紧状态，并将依次叠置的所述连接架、所述内板、所述中内板、所述下侧板、所述中外板、所述上侧板以及所述外板固定在所述星体侧壁；

当太阳翼处于一次展开状态时，所述一次压紧释放装置处于释放状态，所述二次压紧释放装置处于压紧状态，所述外板展开；

当太阳翼处于二次展开状态时，所述一次压紧释放装置和所述二次压紧释放装置均处于释放状态，所述连接架、所述内板、所述中内板以及所述中外板依次沿直线展开，并与所述外板形成一个固定平面，所述下侧板和所述上侧板叠置于所述中外板的上下两侧；

当太阳翼处于二维二次展开状态时，所述一次压紧释放装置和所述二次压紧释放装置均处于释放状态，所述下侧板和所述上侧板展开并与所述连接架、所述内板、所述中内板、所述中外板以及所述外板形成一个平面。

优选地，所述连接架与所述内板之间通过第一板间铰链对进行铰接；

所述内板与所述中内板之间通过第二板间铰链对进行铰接；

所述中内板与所述中外板之间通过第三板间铰链对进行铰接；

所述中外板与所述外板之间通过二次展开铰链对进行铰接；

所述中外板和所述上侧板之间通过第一侧板铰链对进行铰接；

所述中外板和所述下侧板之间通过第二侧板铰链对进行铰接。

优选地，还包括连接于所述第三板间铰链对与所述二次展开铰链对之间、所述第三板间铰链对与所述第二板间铰链对之间、以及所述第二板间铰链对与所述第一板间铰链对之间的绳索联动装置；

所述绳索联动装置用于解除所述二次展开铰链对的锁定状态，并控制所述第一板间铰链对、所述第二板间铰链对以及第三板间铰链对同步展开。

优选地，还包括用于将所述上侧板和所述下侧板约束于所述中外板的侧板释放装置。

优选地，所述一次压紧释放装置连接于所述连接架、所述内板、所述中内板、所述下侧板、所述中外板、所述上侧板以及所述外板的四周，用于将所述连接架、所述内板、所述中内板、所述下侧板、所述中外板、所述上侧板以及所述外板由内到外依次压紧并固定于所述星体侧壁。

优选地，所述二次压紧释放装置连接于所述连接架、所述内板、所述中内板、所述下侧板、所述中外板以及所述上侧板的中间位置，用于在所述一次压紧释放装置处于释放状态时将所述连接架、所述内板、所述中内板、所述下侧板、所述中外板以及所述上侧板压紧并固定于所述星体侧壁。

有益效果：

本发明的二维二次展开太阳翼设置有一次压紧释放装置、二次压紧释放装置以及侧板释放装置，通过一次压紧释放装置、二次压紧释放装置以及侧板释放装置能够控制各板分步展开，在卫星变轨之前进行一次展开，在一次展开过程中仅展开外板，在卫星变轨之后进行二次展开，在二次展开过程中展开太阳翼的各板，因此，在一次展开状态下惯量较小，能够减小卫星变轨时太阳翼的展开惯量，降低了太阳翼的强度需求，从而大幅降低产品质量。

附图说明

图1为本发明的二维二次展开太阳翼处于收拢状态时的侧视图；

图2为图1中二维二次展开太阳翼的仰视图；

图3为本发明的二维二次展开太阳翼处于一次展开状态时的结构示意图；

图4为本发明的二维二次展开太阳翼处于二次展开状态时的结构示意图；

图5为本发明的二维二次展开太阳翼处于二维二次展开状态时的结构示意图；

图6为本发明的二维二次展开太阳翼的整个展开过程示意图。

其中，1-根部铰链，2-连接架，3-第一板间铰链对，4-内板，5-第二板间铰链对，6-中内板，7-第三板间铰链对，8-中外板，9-二次展开铰链对，10-外板，11-第一侧板铰链对，12-上侧板，13-第二侧板铰链对，14-下侧板，15-绳索联动装置，16-侧板释放装置，17-一次压紧释放装置，18-二次压紧释放装置，19-卫星，20-星体侧壁

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种二维二次展开太阳翼，二维二次展开太阳翼在使用过程中，具有收拢状态、一次展开状态、二次展开状态以及二维二次展开状态，图1和图2示出了二维二次展开太阳翼在收拢状态时的结构示意图，图3示出了二维二次展开太阳翼在一次展开状态时的结构示意图，图4示出了二维二次展开太阳翼在二次展开状态时的结构示意图，图5示出了二维二次展开太阳翼在二维二次展开状态时的结构示意图，同时图5示出了二维二次展开太阳翼在全部展开时的结构示意图；图6示出了二维二次展开太阳翼从收拢状态到全部展开的整个展开过程；

如图5结构所示，二维二次展开太阳翼包括根部铰链1、连接架2、内板4、中内板6、中外板8、外板10、上侧板12、下侧板14、一次压紧释放装置17、二次压紧释放装置18以及侧板释放装置16；根部铰链1、连接架2、内板4、中内板6、中外板8以及外板10依次铰接，根部铰链1用于将连接架2安装于卫星19的星体侧壁20；在中外板8的另外两侧铰接有上侧板12和下侧板14，并且在展开时上侧板12和下侧板14相对设置；如图5结构所示，二维二次展开太阳翼在全部展开时，连接架2、内板4、中内板6、中外板8以及外板10依次连接，连接架2通过根部铰链1铰接于卫星19的星体侧壁20，而外板10位于远离卫星19的一侧；在中外板8的四周延顺时针方向依次铰接有中内板6、上侧板12、外板10以及下侧板14，中内板6、中外板8以及外板10沿二维二次展开太阳翼的展开方向依次排列，中内板6铰接于中外板8靠近卫星19的一侧，外板10铰接于中外板8远离卫星19的一侧，而上侧板12和下侧板14相对设置在中外板8的另外两侧；

如图4和图5结构所示，连接架2与内板4之间通过第一板间铰链对3进行铰接；内板4与中内板6之间通过第二板间铰链对5进行铰接；中内板6与中外板8之间通过第三板间铰链对7进行铰接；中外板8与外板10之间通过二次展开铰链对9进行铰接；中外板8和上侧板12之间通过第一侧板铰链对11进行铰接；中外板8和下侧板14之间通过第二侧板铰链对13进行铰接；

一次压紧释放装置17和二次压紧释放装置18均具有压紧状态和释放状态；一次压紧释放装置17连接于连接架2、内板4、中内板6、下侧板14、中外板8、上侧板12以及外板10的四周，用于将连接架2、内板4、中内板6、下侧板14、中外板8、上侧板12以及外板10由内到外依次压紧并固定于星体侧壁20；二次压紧释放装置18连接于连接架2、内板4、中内板6、下侧板14、中外板8以及上侧板12的中间位置，用于在一次压紧释放装置17处于释放状态时将连接架2、内板4、中内板6、下侧板14、中外板8以及上侧板12压紧并固定于星体侧壁20；

请参考图1和图2，当太阳翼处于收拢状态时，一次压紧释放装置17和二次压紧释放装置18均处于压紧状态，并将依次叠置的连接架2、内板4、中内板6、下侧板14、中外板8、上侧板12以及外板10固定在星体侧壁20；

请参考图3，当太阳翼处于一次展开状态时，一次压紧释放装置17处于释放状态，二次压紧释放装置18处于压紧状态，外板10展开；

请参考图4，当太阳翼处于二次展开状态时，一次压紧释放装置17和二次压紧释放装置18均处于释放状态，连接架2、内板4、中内板6以及中外板8依次沿直线展开，并与外板10形成一个固定平面，下侧板14和上侧板12叠置于中外板8的上下两侧；

请参考图5，当太阳翼处于二维二次展开状态时，一次压紧释放装置17和二次压紧释放装置18均处于释放状态，下侧板14和上侧板12展开并与连接架2、内板4、中内板6、中外板8以及外板10形成一个平面；太阳翼全部二维二次展开完成后，形成完整的六块板构型太阳翼面，可随太阳翼的驱动装置旋转，为卫星19提供全功率能源。

一种具体的实施方式中，如图4和图5结构所示，上述太阳翼还包括连接于第三板间铰链对7与二次展开铰链对9之间、第三板间铰链对7与第二板间铰链对5之间、以及第二板间铰链对5与第一板间铰链对3之间的绳索联动装置15，绳索联动装置15用于解除二次展开铰链对9的锁定状态，并控制第一板间铰链对3、第二板间铰链对5以及第三板间铰链对7同步展开；通过绳索联动装置15能够解除一次展开后二次展开铰链对9的锁定状态，同时控制第一板间铰链对3、第二板间铰链对5以及第三板间铰链对7同步展开，从而实现太阳翼的二次展开。

为了实现太阳翼的顺序展开，保证上侧板12和下侧板14的最后展开，上述太阳翼还包括用于将上侧板12和下侧板14约束于中外板8的侧板释放装置16，通过侧板释放装置16保持上侧板12和下侧板14在太阳翼的一次展开和二次展开过程中均保持约束状态，使上侧板12和下侧板14与中外板8叠置在一起。

上述二维二次展开太阳翼的具体使用过程如下：

在卫星19发射时，太阳翼的连接架2、内板4、中内板6、下侧板14、中外板8、上侧板12、外板10由内到外经八套一次压紧释放装置17压紧并固定在星体侧壁20，同时，连接架2、内板4、中内板6、下侧板14、中外板8以及上侧板12经一套二次压紧释放装置18压紧并固定在星体侧壁20，如图2结构所示，一次压紧释放装置17分布于各太阳板的四周，二次压紧释放装置18位于各太阳板中间位置，一次压紧释放装置17和二次压紧释放装置18用于提供预应力，保证太阳翼能够承受发射段力学载荷；

当卫星19星箭分离后，一次压紧释放装置17的火工品先后起爆，解除外板10收拢状态的约束，连接架2、内板4、中内板6、下侧板14、中外板8、上侧板12仍被二次压紧释放装置18所压紧，外板10在二次展开铰链对9的作用下进行一次展开，并在展开90°后，二次展开铰链对9进入一次锁定位置，无法继续转动，请参考图3，此时太阳翼处于一次展开状态，且具备较高的锁定刚度，从而有利于卫星19变轨过程中的整星姿态稳定；通过卫星19姿态调整可使外板10实现对日定向，满足卫星19转移轨道卫星19能源需要；

当卫星19完全进入轨道，二次压紧释放装置18的火工品起爆解除对连接架2、内板4、中内板6、下侧板14、中外板8以及上侧板12的约束，下侧板14、中外板8和上侧板12在侧板释放装置16的约束下成为一个整体；太阳翼在根部铰链1、第一板间铰链对3、第二板间铰链对5、第三板间铰链对7的驱动下进行二次展开，并在绳索联动装置15的作用下实现同步展开；由于第三板间铰链对7与二次展开铰链对9通过一组绳索联动装置15连接，在第三板间铰链对7展开一个较小角度后会因绳索联动装置15中绳索张力变化解除二次展开铰链对9的一次展开锁定状态，二次展开铰链对9的约束被释放并加入太阳翼一维方向展开；在根部铰链1和二次展开铰链对9展开90°，第一板间铰链对3、第二板间铰链对5、第三板间铰链对7展开180°后，一维方向的各铰链对锁定，连接架2、内板4、中内板6、中外板8和外板10形成一个固定平面，如图4结构所示；

在一维展开末尾阶段，侧板释放装置16被触发，解除对二维方向上侧板12和下侧板14的约束，上侧板12和下侧板14分别在第一侧板铰链对11和第二侧板铰链对13的作用下展开，第一侧板铰链对11和第二侧板铰链对13展开180°后锁定，从而实现太阳翼的全部展开，全部展开后的太阳翼如图5结构所示。

上述太阳翼采用一次压紧释放装置17、二次压紧释放装置18以及侧板释放装置16控制各板分步展开，由于在卫星19变轨前仅展开外板10，使得一次展开状态下的太阳翼的惯量较低，能够减小卫星19变轨时太阳翼的展开惯量，并使各板在卫星19变轨之后全部展开；从而满足卫星19大推力变轨的需求，在主发动机工作时受力条件较好；同时，上述太阳翼还能满足卫星19在轨工作时对大面积、较高刚度太阳翼的需求，大幅降低太阳翼强度要求，大幅降低产品重量；经过试验发现，单太阳翼重量较现有技术减轻30kg以上，基频提高50％以上，解决了现有卫星19大功率供配电系统的核心瓶颈，有效地提升了卫星19的综合性能。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。