本發(fā)明涉及一種定向器，特別是涉及一種衛(wèi)星太陽能帆板自動對日定向器。

背景技術(shù)：

隨著大型軍事衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星及商用廣播通信衛(wèi)星的發(fā)展，衛(wèi)星對能源的需求越來越高。目前，衛(wèi)星系統(tǒng)的主要能源為太陽能。為了充分利用太陽能電池帆板產(chǎn)生的電能，大型衛(wèi)星上通常帶有驅(qū)動裝置，其主要使命是帶動電池陣轉(zhuǎn)動并使其法線與太陽光射束重合，以避免陽光入射角變化導(dǎo)致太陽能帆板發(fā)電功率的下降，使得太陽能帆板的發(fā)電功率保持穩(wěn)定。

目前，單自由度驅(qū)動太陽帆板應(yīng)用非常廣泛，技術(shù)也很成熟。對于一般軌道的航天器，由于升交點赤經(jīng)漂移和地球公轉(zhuǎn)，λ在-(23.5°+i)到23.5°+i(i表示軌道傾角)之間一年變化很多次。隨著軌道傾角i的增大，λ的變化范圍跟著變大。如果為了簡單起見，仍然采用單自由度太陽帆板，則由λ的偏差帶來的能量損失將會變得不可估量。為了減少單自由度太陽帆板的能量損失，可采用兩自由度太陽帆板以滿足對日定向的要求。理論上，太陽帆板的自由度越大，它的朝向方位限制就越少，對日定向效果會更好，但是每增加一個自由度就需要增加相應(yīng)的控制系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)、驅(qū)動機(jī)構(gòu)、導(dǎo)電滑環(huán)和柔性電纜等，從而大大降低結(jié)構(gòu)的可靠性。同時，大型太陽能帆板為典型的輕質(zhì)撓性結(jié)構(gòu)。在航天器的飛行與控制過程中，作用在太陽能帆板上的擾動力和控制力不僅會激起航天器的位置與姿態(tài)的改變，而且會激起太陽能板及其它撓性附件的彈性振動，進(jìn)而又影響航天器的整體運動與控制。因此，采用二自由度及多自由度的驅(qū)動機(jī)構(gòu)將對衛(wèi)星的可靠性、控制及振動抑制帶來挑戰(zhàn)。因此，能夠兼具單自由度太陽能帆板高可靠性及低擾動優(yōu)點，又能夠滿足一般軌道的全方位對日定向要求的太陽能帆板對我國未來高精度低響應(yīng)衛(wèi)星平臺的研究至關(guān)重要，而空間環(huán)境自動對日定向器是單自由度太陽能帆板實現(xiàn)全方位對日定向的關(guān)鍵技術(shù)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種衛(wèi)星太陽能帆板自動對日定向器，其采用物理材料受熱形變的原理作為自動對日定向器的驅(qū)動裝置，能夠調(diào)整衛(wèi)星太陽能帆板對太陽能的接收角度，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠，調(diào)整自由度高。

本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案來解決上述技術(shù)問題的：一種衛(wèi)星太陽能帆板自動對日定向器，其特征在于，其包括遮光懸臂梁、立柱、第一薄殼非對稱復(fù)合材料層合板、第二薄殼非對稱復(fù)合材料層合板、圓形鉸鏈、第一圓柱鉸鏈軸、第二圓柱鉸鏈軸、第三圓柱鉸鏈軸、第四圓柱鉸鏈軸、太陽能帆板框架、太陽能帆板，立柱安裝在太陽能帆板框架上，太陽能帆板框架下端旋轉(zhuǎn)固定有太陽能帆板，立柱頂端固定有遮光懸臂梁，第一圓柱鉸鏈軸、第二圓柱鉸鏈軸、第三圓柱鉸鏈軸、第四圓柱鉸鏈軸上分別鉸接有三個第一圓形鉸鏈、三個第二圓形鉸鏈、三個第三圓形鉸鏈、三個第四圓形鉸鏈，遮光懸臂梁兩端分別固定有第一圓柱鉸鏈軸和第二圓柱鉸鏈軸，太陽能帆板上固定有第三圓柱鉸鏈軸和第四圓柱鉸鏈軸，第一圓柱鉸鏈軸和第三圓柱鉸鏈軸處于同一豎直平面，第二圓柱鉸鏈軸和第四圓柱鉸鏈軸處于同一豎直平面，第二薄殼非對稱復(fù)合材料層合板上端與第一圓柱鉸鏈軸上的三個第一圓形鉸鏈固定，第二薄殼非對稱復(fù)合材料層合板下端與第三圓柱鉸鏈軸上的三個第三圓形鉸鏈固定，第一薄殼非對稱復(fù)合材料層合板上端與位于第二圓柱鉸鏈軸上的三個第二圓形鉸鏈固定，第一薄殼非對稱復(fù)合材料層合板下端與位于第四圓柱鉸鏈軸上的三個第四圓形鉸鏈固定。

優(yōu)選地，所述第一薄殼非對稱復(fù)合材料層合板和第二薄殼非對稱復(fù)合材料層合板采用碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制成，第一薄殼非對稱復(fù)合材料層合板和第二薄殼非對稱復(fù)合材料層合板為本發(fā)明的驅(qū)動器，驅(qū)動器隨著溫度變化而發(fā)生大幅形變。

優(yōu)選地，所述立柱與太陽能帆板框架之間剛性連接。

優(yōu)選地，所述太陽能帆板與太陽能帆板框架之間可發(fā)生相互轉(zhuǎn)動。

本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于：本發(fā)明能夠調(diào)整衛(wèi)星太陽能帆板對太陽能的接收角度，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠，調(diào)整自由度高。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明的正視圖。

圖3為本發(fā)明的右側(cè)方拆解示意。

圖4為本發(fā)明的左側(cè)方拆解示意。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖給出本發(fā)明較佳實施例，以詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)方案。

如圖1至圖4所示，本發(fā)明衛(wèi)星太陽能帆板自動對日定向器包括遮光懸臂梁1、立柱2、第一薄殼非對稱復(fù)合材料層合板5、第二薄殼非對稱復(fù)合材料層合板6、圓形鉸鏈11-22、第一圓柱鉸鏈軸7、第二圓柱鉸鏈軸8、第三圓柱鉸鏈軸9、第四圓柱鉸鏈軸10、太陽能帆板框架3、太陽能帆板4，立柱2安裝在太陽能帆板框架3上，太陽能帆板框架3下端旋轉(zhuǎn)固定有太陽能帆板4，立柱2頂端固定有遮光懸臂梁1，第一圓柱鉸鏈軸7、第二圓柱鉸鏈軸8、第三圓柱鉸鏈軸9、第四圓柱鉸鏈軸10上分別鉸接有三個第一圓形鉸鏈17、三個第二圓形鉸鏈11、三個第三圓形鉸鏈20、三個第四圓形鉸鏈14，遮光懸臂梁1兩端分別固定有第一圓柱鉸鏈軸7和第二圓柱鉸鏈軸8，太陽能帆板4上固定有第三圓柱鉸鏈軸9和第四圓柱鉸鏈軸10，第一圓柱鉸鏈軸7和第三圓柱鉸鏈軸9處于同一豎直平面，第二圓柱鉸鏈軸8和第四圓柱鉸鏈軸10處于同一豎直平面，第二薄殼非對稱復(fù)合材料層合板6上端與第一圓柱鉸鏈軸7上的三個第一圓形鉸鏈17固定，第二薄殼非對稱復(fù)合材料層合板6下端與第三圓柱鉸鏈軸9上的三個第三圓形鉸鏈20固定，第一薄殼非對稱復(fù)合材料層合板5上端與位于第二圓柱鉸鏈軸8上的三個第二圓形鉸鏈11固定，第一薄殼非對稱復(fù)合材料層合板5下端與位于第四圓柱鉸鏈軸10上的三個第四圓形鉸鏈14固定。

第一薄殼非對稱復(fù)合材料層合板5和第二薄殼非對稱復(fù)合材料層合板6都采用碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制成，第一薄殼非對稱復(fù)合材料層合板5和第二薄殼非對稱復(fù)合材料層合板6都為本發(fā)明的驅(qū)動器，驅(qū)動器隨著溫度變化而發(fā)生大幅形變，通過驅(qū)動器在不同太陽能照射角度下的不同溫度狀態(tài)(即不同形變形變狀態(tài))帶動和控制太陽能帆板的轉(zhuǎn)角。

立柱2與太陽能帆板框架3之間剛性連接，立柱2對本發(fā)明整體起支撐作用，立柱2和太陽能帆板框架4之間的連接緊固確保了本發(fā)明整體的結(jié)構(gòu)穩(wěn)固。

太陽能帆板3與太陽能帆板框架4之間可發(fā)生相互轉(zhuǎn)動，太陽能帆板3在第一薄殼非對稱復(fù)合材料層合板5和第二薄殼非對稱復(fù)合材料層合板6的作用力下發(fā)生轉(zhuǎn)動，太陽能帆板框架4本身不會轉(zhuǎn)動，降低了本發(fā)明安裝的安裝難度。

第一薄殼非對稱復(fù)合材料層合板、第二薄殼非對稱復(fù)合材料層合板都隨著溫度變化將發(fā)生大變形，用于驅(qū)動太陽能板對日定向。

遮光懸臂梁用以支撐太陽能帆板，并通過遮擋效應(yīng)控制第一薄殼非對稱復(fù)合材料層合板上的太陽光熱輻射量、第二薄殼非對稱復(fù)合材料層合板上的太陽光熱輻射量，進(jìn)而控制驅(qū)動器的溫度。

遮光懸臂梁用于遮擋光線；薄殼非對稱復(fù)合材料層合板用于驅(qū)動太陽能帆板發(fā)生轉(zhuǎn)動；圓形鉸鏈及圓柱鉸鏈軸用于非對稱復(fù)合材料層合板與遮光懸臂梁及太陽能帆板之間的鉸接；太陽能帆板帶有鉸接支座。在本實施例中，薄殼非對稱復(fù)合材料層合板采用碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，具體尺寸為100mm×60mm×0.5mm，鋪層為[02/902]。圓形鉸鏈的銷孔內(nèi)徑為4mm，外徑為7mm，長度為15mm，采用低熱膨脹系數(shù)鈦合金。圓柱鉸鏈軸的直徑為4mm，采用低熱膨脹系數(shù)鈦合金。遮光懸臂梁兩側(cè)開有凹槽及銷孔，銷孔內(nèi)徑為4mm，遮光懸臂梁采用低熱膨脹系數(shù)鈦合金。立柱采用復(fù)合材料編織布制備而成。

本發(fā)明的工作原理如下：太陽能帆板框架通過第一薄殼非對稱復(fù)合材料層合板和第二薄殼非對稱復(fù)合材料層合板連接至遮光懸臂梁上，遮光懸臂梁通過立柱與太陽能帆板框架剛性連接，第一薄殼非對稱復(fù)合材料層合板和第二薄殼非對稱復(fù)合材料層合板隨著溫度變化將發(fā)生大變形，用于驅(qū)動太陽能帆板對日定向。本發(fā)明提供的空間環(huán)境衛(wèi)星太陽能板自動對日定向器，用以連接太陽能帆板與太陽能帆板框架，隨著陽光入射角的變化驅(qū)動太陽能帆板自動對日定向。本發(fā)明的主要驅(qū)動部件為薄殼非對稱復(fù)合材料層合板，主要控制部件為遮光懸臂梁。薄殼非對稱復(fù)合材料層合板隨著溫度的變化將發(fā)生大變形，非對稱復(fù)合材料層合板溫度上升后其彎曲曲率將變小，溫度下降后其彎曲曲率將變大。在空間環(huán)境150℃至-100℃范圍內(nèi)，薄殼非對稱復(fù)合材料的曲率變化范圍為2m^-1～25m^-1。在空間環(huán)境中，當(dāng)太陽光與太陽能帆板框架法向夾角為0時，兩塊非對稱復(fù)合材料層合板所受的光輻射強(qiáng)度相同，進(jìn)而溫度相同，彎曲曲率也相同。此時太陽能帆板與太陽能帆板框架之間夾角為0。當(dāng)太陽光入射方向與太陽能帆板框架法向之間存在順時鐘方向夾角時，圖2中右側(cè)非對稱復(fù)合材料層合板所接受的光輻射量增加，進(jìn)而溫度增加，彎曲曲率降低；在遮光懸臂梁的遮擋下，圖2中左側(cè)薄殼非對稱復(fù)合材料層合板所接受的光輻射量降低，進(jìn)而溫度降低，彎曲曲率增加。在兩側(cè)非對稱復(fù)合材料層合板的驅(qū)動下，太陽能帆板的法向?qū)㈨槙r針旋轉(zhuǎn)并與太陽光的入射方向重合，實現(xiàn)對日定向。當(dāng)太陽光入射方向與太陽能帆板框架法向之間存在逆時鐘方向夾角時，圖2中左側(cè)非對稱復(fù)合材料層合板所接受的光輻射量增加，進(jìn)而溫度增加，彎曲曲率降低；在遮光懸臂梁的遮擋下，圖2中右側(cè)薄殼非對稱復(fù)合材料層合板所接受的光輻射量降低，進(jìn)而溫度降低，彎曲曲率增加。在兩側(cè)非對稱復(fù)合材料層合板的驅(qū)動下，太陽能帆板的法向?qū)⒛鏁r針旋轉(zhuǎn)并與太陽光的入射方向重合，實現(xiàn)對日定向。

本發(fā)明相對現(xiàn)有的太陽能板對日定向技術(shù)，具有以下優(yōu)點和積極效果：

優(yōu)點一，傳統(tǒng)自動對日定向技術(shù)需要復(fù)雜的光線傳感系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及傳動驅(qū)動系統(tǒng)。本發(fā)明無需復(fù)雜的光線傳感系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及傳動驅(qū)動系統(tǒng)進(jìn)而實現(xiàn)自動的對日定向，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高。

優(yōu)點二，本發(fā)明通過光輻射量的改變來驅(qū)動薄殼非對稱復(fù)合材料層合板發(fā)生大變形，因此在對日定向過程中無需消耗衛(wèi)星系統(tǒng)中的電能，節(jié)省能源。

優(yōu)點三，薄殼非對稱復(fù)合材料層合板的形狀隨著陽光入射角的變化連續(xù)變化，實現(xiàn)連續(xù)實時對日定向；

優(yōu)點四，設(shè)計構(gòu)型簡單，體積小，質(zhì)量輕，裝配工藝好；

優(yōu)點五，設(shè)計靈活，接口部件、遮光部件及驅(qū)動部件均可改變尺寸以適應(yīng)不同軌道的對日定向需求。

綜上所述，本發(fā)明能夠調(diào)整衛(wèi)星太陽能帆板對太陽能的接收角度，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠，調(diào)整自由度高。

以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。