[发明专利]一种可控有序充气展开自支撑式太阳帆结构

说明书

技术领域

本发明涉及航天领域，尤其涉及一种可控有序充气展开自支撑式太阳帆结构。

背景技术

进入21世纪后，深空探测领域越发受到人类的重视。太阳帆航天器作为新型的飞行器，不需要推进系统就可以实现飞行器的加速运动，太阳帆飞行器是通过与太阳光子之间的动量交换而获得飞行动力。而这种推进资源是无穷无尽的，推进的持续力只依赖于太阳帆薄膜与致动器的寿命和光源的距离。在深空探测领域具有很高的研究价值。为了提供航天器足够的推进力，航天器需要足够大的太阳帆帆面。充气展开太阳帆结构以其质量轻、展开面积大等特点，在深空探测领域具有较好的应用前景。现有技术无法在轨可靠稳定地将太阳帆帆面展开，存在稳定性差的问题。

发明内容

针对现有的太阳帆帆面支撑臂结构存在的上述问题，从而提供一种旨在可在轨靠稳定地将太阳帆帆面展开的可控有序充气展开自支撑式太阳帆结构。

一种可控有序充气展开自支撑式太阳帆结构，包括：

支架，所述支架由四个缠绕轴、一立方柱和一八边形底座组成，所述立方柱设置于所述八边形底座的中心位置，所述缠绕轴设置于所述八边形底座的边缘上，且相邻两个所述缠绕轴之间的距离相等；

四组帆面，每个所述帆面均包括一个顶点和两个端点，所述帆面是由两条曲线方程均为：以及一条曲线方程为：的三条曲线围成的帆面；其中，h表示曲线的拱深度，-l/l2≤h≤l/8，-l/2≤x≤l/2，l表示曲线两侧端点之间的距离，h₁表示曲线的拱深度，-l₁/12≤h₁≤l₁/8，-l₁/2≤x₁≤l₁/2，l₁表示曲线两侧端点之间的距离；每个所述帆面对应一所述缠绕轴，分别采用预设折叠方式将所述帆面收拢于所述帆面对应的所述缠绕轴上，所述帆面的顶点固定于所述缠绕轴上；

四个充气瓶，均设置于所述立方柱的内侧；

四个充气伸展臂，每个所述充气伸展臂对应一所述充气瓶，所述充气瓶用以为所述充气伸展臂充气，所述充气伸展臂的进气端连接与所述充气伸展臂对应的所述充气瓶，相邻两个所述帆面的相邻端点均连接于同一所述充气伸展臂的伸展末端的连接杆，四个充气伸展臂设置在立方柱的四个面上，且展开的伸展臂处于缠绕轴中间，即每个所述充气伸展臂与相邻两个所述缠绕轴之间的距离相同。

优选的，所述帆面的顶点处设置有一个内径与缠绕轴外径相同的托环，所述托环内的帆面部分为4n个(n≥3)锯齿状薄膜围成的圆形开口，所述圆形开口的半径与所述缠绕轴的半径相同，4n个所述锯齿薄膜固定于所述缠绕轴上。

优选的，所述托环位于帆面顶点处，和缠绕轴相连。

优选的，所述充气伸展臂的伸展段包括两个子伸展臂和一压紧控制器，两个所述子伸展臂均采用卷曲折叠，展开后两个所述子伸展臂的相接触的两个面分别采用毛面和勾面子伸展臂子伸展臂子伸展臂。

优选的，所述压紧控制器有两个定位轮和支架组成，其中两个定位轮分别压住相应的子伸展臂上，并通过连杆连接在子伸展臂的端头。

优选的，所述充气伸展臂的伸展段还包括四个半圆形的蜂窝块，每两个所述蜂窝块以预设距离相对设置，所述子伸展臂沿两个所述蜂窝块缠绕压缩，所述充气伸展臂的伸展末端设置于两个所述蜂窝块之间。

子伸展臂优选的，所述帆面还包括：

加强部，设置于所述帆面的外延；

绳索，设置于所述加强部的边缘。

优选的，所述充气伸展臂的伸展末端通过连接杆与相邻两个所述帆面的相邻端点连接。

优选的，所述连接杆的两端均设置有旋转轴，相邻两个所述帆面的相邻端点均分别通过弹性连接绳与所述旋转轴连接。

上述技术方案的有益效果：

在本技术方案中，采用由三条曲线构成的近似三角形的帆面，可使帆面在展开时受的拉力分布均匀，可稳定且平稳的在轨展开；帆面的顶点处设置的4n个锯齿围成的圆形开口可保证帆面的顶点与的结构特点，可以提高展开后充气伸展臂的直线度和展开后支撑结构刚度，是单个伸展臂结构刚度的2倍，并提高了展开臂的稳定强度。

附图说明

图1为本发明四组所述帆面的展开结构示意图；

图2a为本发明一个所述帆面的一种曲线计算的示意图；

图2b为本发明一个所述帆面的另一种曲线计算的示意图；

图3为本发明所述帆面与缠绕轴连接展开结构示意图；

图4为本发明所述帆面缠绕于与缠绕轴上的结构示意图；