一種可控有序充氣展開自支撐式太陽帆結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及航天領(lǐng)域，尤其涉及一種可控有序充氣展開自支撐式太陽帆結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002] 進(jìn)入21世紀(jì)后，深空探測領(lǐng)域越發(fā)受到人類的重視。太陽帆航天器作為新型的飛 行器，不需要推進(jìn)系統(tǒng)就可以實現(xiàn)飛行器的加速運動，太陽帆飛行器是通過與太陽光子之 間的動量交換而獲得飛行動力。而這種推進(jìn)資源是無窮無盡的，推進(jìn)的持續(xù)力只依賴于太 陽帆薄膜與致動器的壽命和光源的距離。在深空探測領(lǐng)域具有很高的研宄價值。為了提供 航天器足夠的推進(jìn)力，航天器需要足夠大的太陽帆帆面。充氣展開太陽帆結(jié)構(gòu)以其質(zhì)量輕、 展開面積大等特點，在深空探測領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用前景。現(xiàn)有技術(shù)無法在軌可靠穩(wěn)定地 將太陽帆帆面展開，存在穩(wěn)定性差的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對現(xiàn)有的太陽帆帆面支撐臂結(jié)構(gòu)存在的上述問題，從而提供一種旨在可在軌靠 穩(wěn)定地將太陽帆帆面展開的可控有序充氣展開自支撐式太陽帆結(jié)構(gòu)。
[0004] 一種可控有序充氣展開自支撐式太陽帆結(jié)構(gòu)，包括：
[0005] 支架，所述支架由四個纏繞軸、一立方柱和一八邊形底座組成，所述立方柱設(shè)置于 所述八邊形底座的中心位置，所述纏繞軸設(shè)置于所述八邊形底座的邊緣上，且相鄰兩個所 述纏繞軸之間的距離相等；
[0006] 四組帆面，每個所述帆面均包括一個頂點和兩個端點，所述帆面是由兩條曲線方 X f 程均為：Λ=孕'coshf;以及一條曲線方程為：）;= Lcosh 7的三條曲線圍成的帆面；其 K \h) 中，h表示曲線的拱深度，-1/12彡h彡1/8, -1/2彡X彡1/2, 1表示曲線兩側(cè)端點之間的 距離，Ii1表示曲線的拱深度，-I ^l2彡h# 1夕8, -I1/2彡X1S 1夕2, I1表示曲線兩側(cè)端點 之間的距離；每個所述帆面對應(yīng)一所述纏繞軸，分別采用預(yù)設(shè)折疊方式將所述帆面收攏于 所述帆面對應(yīng)的所述纏繞軸上，所述帆面的頂點固定于所述纏繞軸上；
[0007] 四個充氣瓶，均設(shè)置于所述立方柱的內(nèi)側(cè)；
[0008] 四個充氣伸展臂，每個所述充氣伸展臂對應(yīng)一所述充氣瓶，所述充氣瓶用以為所 述充氣伸展臂充氣，所述充氣伸展臂的進(jìn)氣端連接與所述充氣伸展臂對應(yīng)的所述充氣瓶， 相鄰兩個所述帆面的相鄰端點均連接于同一所述充氣伸展臂的伸展末端的連接桿，四個充 氣伸展臂設(shè)置在立方柱的四個面上，且展開的伸展臂處于纏繞軸中間，即每個所述充氣伸 展臂與相鄰兩個所述纏繞軸之間的距離相同。
[0009] 優(yōu)選的，所述帆面的頂點處設(shè)置有一個內(nèi)徑與纏繞軸外徑相同的托環(huán)，所述托環(huán) 內(nèi)的帆面部分為4n個（η多3)鋸齒狀薄膜圍成的圓形開口，所述圓形開口的半徑與所述纏 繞軸的半徑相同，4η個所述鋸齒薄膜固定于所述纏繞軸上。
[0010] 優(yōu)選的，所述托環(huán)位于帆面頂點處，和纏繞軸相連。
[0011] 優(yōu)選的，所述充氣伸展臂的伸展段包括兩個子伸展臂和一壓緊控制器，兩個所述 子伸展臂均采用卷曲折疊，展開后兩個所述子伸展臂的相接觸的兩個面分別采用毛面和勾 面子伸展臂子伸展臂子伸展臂。
[0012] 優(yōu)選的，所述壓緊控制器有兩個定位輪和支架組成，其中兩個定位輪分別壓住相 應(yīng)的子伸展臂上，并通過連桿連接在子伸展臂的端頭。
[0013] 優(yōu)選的，所述充氣伸展臂的伸展段還包括四個半圓形的蜂窩塊，每兩個所述蜂窩 塊以預(yù)設(shè)距離相對設(shè)置，所述子伸展臂沿兩個所述蜂窩塊纏繞壓縮，所述充氣伸展臂的伸 展末端設(shè)置于兩個所述蜂窩塊之間。
[0014] 子伸展臂優(yōu)選的，所述帆面還包括：
[0015] 加強(qiáng)部，設(shè)置于所述帆面的外延；
[0016] 繩索，設(shè)置于所述加強(qiáng)部的邊緣。
[0017] 優(yōu)選的，所述充氣伸展臂的伸展末端通過連接桿與相鄰兩個所述帆面的相鄰端點 連接。
[0018] 優(yōu)選的，所述連接桿的兩端均設(shè)置有旋轉(zhuǎn)軸，相鄰兩個所述帆面的相鄰端點均分 別通過彈性連接繩與所述旋轉(zhuǎn)軸連接。
[0019] 上述技術(shù)方案的有益效果：
[0020] 在本技術(shù)方案中，采用由三條曲線構(gòu)成的近似三角形的帆面，可使帆面在展開時 受的拉力分布均勻，可穩(wěn)定且平穩(wěn)的在軌展開；帆面的頂點處設(shè)置的4η個鋸齒圍成的圓形 開口可保證帆面的頂點與的結(jié)構(gòu)特點，可以提高展開后充氣伸展臂的直線度和展開后支撐 結(jié)構(gòu)剛度，是單個伸展臂結(jié)構(gòu)剛度的2倍，并提高了展開臂的穩(wěn)定強(qiáng)度。
【附圖說明】
[0021] 圖1為本發(fā)明四組所述帆面的展開結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022] 圖2a為本發(fā)明一個所述帆面的一種曲線計算的示意圖；
[0023] 圖2b為本發(fā)明一個所述帆面的另一種曲線計算的示意圖；
[0024] 圖3為本發(fā)明所述帆面與纏繞軸連接展開結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025] 圖4為本發(fā)明所述帆面纏繞于與纏繞軸上的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026] 圖5為本發(fā)明所述充氣伸展臂的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027] 圖6為本發(fā)明兩個子伸展臂的截面圖；
[0028] 圖7為本發(fā)明展開后的帆面的相鄰兩個帆面的端點的連接示意圖；
[0029] 圖8為本發(fā)明所述支架的示意圖；
[0030]圖9為本發(fā)明充氣伸展臂收攏壓縮的示意圖。
【具體實施方式】
[0031] 下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；?本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其 他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0032] 需要說明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明中的實施例及實施例中的特征可以相 互組合。
[0033] 下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不作為本發(fā)明的限定。
[0034] 如圖1至圖9所示，一種可控有序充氣展開自支撐式太陽帆結(jié)構(gòu)，包括：
[0035] 支架3,支架3由四個纏繞軸3-1、一立方柱3-2和一八邊形底座3-4組成，立方柱 設(shè)置于八邊形底座3-4的中心位置，纏繞軸3-1設(shè)置于八邊形底座3-4的邊緣上，且相鄰兩 個纏繞軸3-1之間的距離相等；
[0036] 如圖2所示，四組帆面1，每個帆面1均包括一個頂點和兩個端點，帆面1是由兩條 曲線方程均為=iVcoshI;以及一條曲線（頂點對面曲線）方程為：J = Icoshffj的 ?1 \h) 三條曲線圍成的帆面1 ;其中，h表示曲線的拱深度，-1/12彡h彡1/8, -1/2彡X彡1/2, 1 表示曲線兩側(cè)端點之間的距離，即點（〇，h)為y軸和邊緣的交點，Ill表示曲線的拱深度，即 點（〇, hj為yi軸和邊緣的交點，-I i/12彡h# 1 1；/8, -1/2彡X1S 1 /2, I1表示曲線兩側(cè) 端點之間的距離；每個帆面1對應(yīng)一纏繞軸3-1，分別采用預(yù)設(shè)折疊方式將帆面1收攏于帆 面1對應(yīng)的纏繞軸3-1上，帆面1的頂點固定于纏繞軸3-1上；
[0037] 四個充氣瓶4,均設(shè)置于立方柱3-2的內(nèi)側(cè)；
[0038] 四個充氣伸展臂2,每個充氣伸展臂2對應(yīng)一充氣瓶4,充氣瓶4用以為充氣伸展 臂2充氣，充氣伸展臂2的進(jìn)氣端連接與充氣伸展臂2對應(yīng)的充氣瓶4,相鄰兩個帆面1的 相鄰端點均連接于同一充氣伸展臂2的伸展末端2-3的連接桿2-1，四個充氣伸展臂2設(shè)置 在立方柱3-2的四個面上，且展開的伸展臂處于纏繞軸中間，即每個充氣伸展臂2與相鄰兩 個纏繞軸3-1之間的距離相同。
[0039] 進(jìn)一步地，充氣瓶4可采用氮氣進(jìn)行充氣。
[0040] 在本實施例中，為了克服因充氣伸展臂2折疊緊湊度的不同而導(dǎo)致的展開不同 步，采用一個充氣瓶4僅為一個充氣伸展臂2充氣；即充氣瓶4的個數(shù)和充氣伸展臂2的個 數(shù)相同；太陽帆的帆面1結(jié)構(gòu)采用邊緣為曲線的近似三角形形狀，可使帆面1在展開時受的 拉力分布均勻，可在軌可靠穩(wěn)定地將太陽帆帆面1展開。通過充氣瓶4充入氣體使充氣伸 展臂2可有序展開，同時帶動纏繞在纏繞軸3-1上的帆面1展開。太陽帆結(jié)構(gòu)具有重量輕、 收攏體積小、展開有序可控、展開后面積大以及展開后無需保壓等特點。
[0041] 如圖3和圖4所示，在優(yōu)選的實施例中，帆面1的頂點處設(shè)置有一個內(nèi)徑與纏繞軸 3-1外徑相同的托環(huán)1-3,托環(huán)1-3內(nèi)的帆面部分被修建為4n個（η多3)鋸齒狀薄膜圍成 的圓形開口 1-4,圓形開口 1-4的半徑與纏繞軸3-1的半徑相同，4η個所述鋸齒薄膜固定于 所述纏繞軸3-1上，可防止展開過程中帆面在纏繞軸上的上下移動導(dǎo)致的展開不穩(wěn)定。
[0042] 進(jìn)一步地，圓形開口 1-4和托環(huán)1-3均采用鋁材質(zhì)制成，鋸齒為16個效果最佳。
[0043] 在本實施例中，帆面1的頂點處設(shè)置的復(fù)數(shù)個鋸齒圍成的圓形開口 1-4可保證帆 面1的頂點與纏繞軸3-1之間無相對運動，降低了該位置的集中應(yīng)力。
[0044] 如圖3和圖4所示，在優(yōu)選的實施例中，托環(huán)1-3位于帆面1頂點處，和纏繞軸3-1 相連，該特點是：當(dāng)帆面1纏繞在纏繞軸3-1上時，起到拖住帆面的作用，可保護(hù)展開中帆面 展開過程中不與底座發(fā)生摩擦。
[0045] 在本實施例中，托環(huán)1-3的直徑略大于帆面1完全纏繞于纏繞軸3-1上的直徑，即 在帆面1纏繞狀態(tài)下，可以起到拖扶帆面1的作用，達(dá)到限制帆面1初始位移的目的，以保 證太陽帆帆面1可順利展開。
[0046] 如圖5所示，在優(yōu)選的實施例中，充氣伸展臂2的伸展段包括兩個子伸展臂2-4和 一壓緊控制器2-2,兩個子伸展臂2-4均