太陽電池陣展開鎖定沖擊載荷研究.pdf

1、上海交通大學工程碩士學位論文第一章緒論1第一章緒論1.1課題的目的與意義目前，國內衛(wèi)星廣泛采用展開式太陽電池陣配置驅動機構的設計，如圖1所示。圖1展開式太陽電池陣Fig.1Deployablesolarcellarray展開式太陽電池陣采用技術成熟的剛性展開式太陽電池陣，由剛性基板、壓緊釋放機構、展開鎖定機構等組成，而展開鎖定機構又以扭力彈簧式鉸鏈與繩索聯動系統(tǒng)應用最為廣泛。衛(wèi)星臨射前必需先把太陽電池陣收攏并壓緊在衛(wèi)星本體上，待整流罩拋

2、罩或星箭分離后，在軌道飛行段，太陽電池陣依靠鉸鏈內的扭力彈簧本身貯存的彈性能展開到所需的位置[1]。為了滿足合理的展開力矩裕度要求，太陽電池陣展開驅動力矩必須大于阻力矩，以使太陽電池陣在展開過程中獲得一定的富裕動能，太陽電池陣在空間展開到位后需要鎖定在規(guī)定位置上，該動能在鎖定時（理論上展開速度瞬變?yōu)榱銜r）轉化為應變能。而太陽電池陣的鎖定是由鉸鏈中的鎖定桿嵌入鎖定槽中實現的，如圖2。在鎖SolarCellArraySADA上海交通大學工程

3、碩士學位論文第一章緒論3電池陣具有功率大、壽命長、質量小、構造簡單、可靠等優(yōu)點，適用于作為長壽命衛(wèi)星飛行器的主電源。目前在航天領域已得到最廣泛的應用。太陽電池、電路依靠太陽電池陣結構的依托和組合，裝載于衛(wèi)星，并一起發(fā)射到空間軌道。另外，大多數太陽電池陣還需要依靠太陽電池陣機構來達到在軌飛行所需的工作狀態(tài)和位置。因此，太陽電池陣結構和機構是太陽電池陣中極為重要的組成部分[2]。太陽電池陣的構造形式是隨著衛(wèi)星技術的發(fā)展而不斷發(fā)展的。早期衛(wèi)星

4、由于功率小，衛(wèi)星壽命短，僅采用星載蓄電池就可滿足。隨著衛(wèi)星用途和壽命要求增大，衛(wèi)星功率的增加，開始使用太陽電池。隨著衛(wèi)星功率需求不斷增長，太陽電池的數目和太陽電池陣的面積不斷增長。為了在衛(wèi)星上形成所需面積的太陽電池陣，太陽電池陣的構造也從簡單到復雜，不斷地發(fā)生變化。目前，已經產生了種類繁多、形式各異、千姿百態(tài)的多種太陽電池陣構造形式。早期衛(wèi)星一般采用的體裝式太陽電池陣設計，即直接在衛(wèi)星本體表面鋪設太陽電池片，早就已經無法滿足長壽命、大功

5、率衛(wèi)星的需求。為滿足衛(wèi)星大功率的需求，必須有大面積的太陽電池陣單獨伸出在衛(wèi)星本體之外，接受陽光的照射，通過光電轉換滿足衛(wèi)星供電的需求。但由于受到衛(wèi)星與運載火箭整流罩之間所包絡空間的限制，衛(wèi)星臨射前必須先把太陽電池陣收攏并壓緊在衛(wèi)星本體上，待整流罩拋罩或星箭分離后，在軌道飛行段再把太陽電池陣展開到所需的位置。這類太陽電池陣稱為展開式太陽電池陣[3]。為提高太陽電池的利用效率，一般都需太陽電池陣對太陽定向跟蹤，使基板上的太陽電池面始終正對太

6、陽。但由于衛(wèi)星本體是按一定軌道和姿態(tài)在空間運行，太陽電池陣相對太陽光位置不斷變化，因而要求已展開的太陽電池陣可繞著衛(wèi)星作相對轉動，使太陽電池獲得盡可能大的利用率，由此需在太陽電池陣與衛(wèi)星之間，增加一個可轉動的驅動機構。太陽電池驅動機構的功能一方面驅動太陽電池陣轉動，另一方面把太陽電池陣上太陽電池產生的電功率輸送到衛(wèi)星本體，所以也稱為太陽電池陣驅動裝置(SADA)或軸承與功率輸送裝置(BAPTA)，主要包括步進電機及其齒輪變速驅動裝置、傳