Центробежная солнечная батарея космического аппарата с демпферным устройством

Полезная модель относится к энергетическим системам космических объектов, основанным на прямом преобразовании лучистой энергии Солнца в электричество, и может быть использована для преобразования солнечной энергии в электрическую на освещенных участках орбиты при создании космических солнечных батарей.

Преимуществом сверхлегких, тонкопленочных солнечных батарей является то, что они просты конструктивно, дешевы в производстве, обладают малой массой на единицу генерируемой мощности, высокой стабильностью параметров, повышенной радиационной стойкостью.

Учитывая особенности конструкционного материала СБ - полимерную пленку, имеющую стеклоподобную поверхность, которая после многократной раскрутки электродвигателем до номинальных оборотов, может иметь эрозионное разрушение в местах ее крепления к матерчатому патрубку, которым СБ крепится к раздвижной шариковой тяге. Поэтому при раскрутке СБ нужно обеспечить плавную передачу крутящего момента от электродвигателя-привода СБ к СБ.

Для обеспечения плавной раскрутки СБ до номинальных оборотов при выходе КА на орбиту и периодическую раскрутку при уменьшении оборотов вращения в рабочем состоянии лучше всего в системе раскрутки использовать механическое демпферное устройство (фиг.1), т.к. изделия электронной техники при ионизирующих излучениях космического пространства работают нестабильно, в них происходят необратимые изменения электрофизических параметров материалов из-за разрушения их кристаллической структуры.

Демпферное устройство стяжным хомутом крепится к гильзе раздвижной шариковой тяги и представляет собой цилиндр, внутри которого расположена цилиндрическая пружина, опирающаяся на шайбу, в которую ввернут регулировочный винт. Управляет демпферным устройством двухплечный рычаг, установленный на торцевой части гильзы раздвижной шариковой тяги.

Техническим результатом полезной модели является повышение надежности в работе СБ за счет установки в систему раскрутки СБ двухплечного рычага и демпферного устройства, обеспечивающих плавную раскрутку СБ до номинальных оборотов, что исключит разрушение полимерной пленки в местах ее крепления к матерчатому патрубку, которым она крепится к раздвижной шариковой тяге.

Полезная модель (ПМ) относится к энергетическим системам космических объектов, основанным на прямом преобразовании лучистой энергии Солнца в электричество и может быть использована для преобразования солнечной энергии в электрическую на освещенных участках орбиты при создании космических солнечных батарей (СБ). Особенностью тонкопленочных СБ является ограничение по радиусу изгиба пленочной стеклоподобной поверхности (Rизг15 см), из-за возможности ее растрескивания и потери электрогенерирующей способности. Это обстоятельство усложняет конструкцию укладки и компоновки СБ на космическом аппарате (КА) в уложенном состоянии и предъявляет дополнительные требования к системе раскрытия из уложенного (транспортного) состояния и ее раскрутки до номинальных оборотов в космическом пространстве.

Известен аналог КА с СБ (RU, патент 111097, 2011 г.).

Положительным фактором СБ - прототипа является минимизация массы механизма раскрытия и раскрутки СБ. Недостатком данного аналога является отсутствие в системе раскрутки СБ механизма, обеспечивающего плавную передачу крутящего момента от электродвигателя к СБ.

Учитывая особенности конструкционного материала СБ - полимерную пленку, имеющую стеклоподобную поверхность, которая после многократной раскрутки электродвигателем до номинальных оборотов может иметь эрозионное разрушение в местах ее крепления к матерчатому патрубку, которым она крепится к раздвижной шариковой тяге, поэтому нужно обеспечить плавную передачу крутящего момента от электродвигателя к СБ.

Для обеспечения плавной раскрутки СБ до номинальных оборотов при выходе КА на орбиту и периодическую раскрутку СБ при уменьшении оборотов вращения в рабочем состоянии (СБ в космическом пространстве может длительное время вращаться по инерции) лучше всего в системе раскрутки использовать механическое демпферное устройство, т.к. изделия электронной техники, при ионизирующих излучениях космического пространства работают нестабильно, в них происходят необратимые изменения электрофизических параметров материалов из-за разрушения их кристаллической структуры.

Наиболее близким аналогом по совокупности существующих признаков и достигаемому результату к полезной модели является КА с пленочной центробежной СБ (RU, заявка 2012107017/11), который и выбран прототипом к заявленной СБ КА. Идентичность предлагаемой ПМ с аналогом в том, что аналог имеет центробежную СБ КА, содержащую СБ, раздвижную шариковую тягу, соединяющую СБ с электродвигателем, контейнер СБ, маховик и обгонную муфту. Раздвижная шариковая тяга находится внутри гильзы, которая свободно посажена на продольные пазы корпуса гайки шариковой пары, а ее нижний фланец опирается на шарикоподшипник фланцевого корпуса раздвижной шариковой тяги. Недостатком СБ КА - прототипа является отсутствие механизма плавной раскрутки СБ, что отрицательно скажется на надежности в работе СБ из-за возможного разрушения в местах крепления к матерчатому патрубку, которым она крепится к раздвижной шариковой тяге.

Предлагаемая ПМ (Фиг.1, Фиг.2) содержащая СБ, раздвижную шариковую тягу, соединяющую СБ с электродвигателем, контейнер СБ, маховик и обгонную муфту с установкой в конструкцию раздвижной шариковой тяги элементов обеспечивающих плавную раскрутку СБ, таковых как: двухплечего рычага коромыслового типа, закрепленного на торцевой части раздвижной шариковой тяги и выполненного с возможностью контакта одного его плеча с выступом на стакане гайки шариковой пары, а другого плеча - с верхней частью регулировочного винта демпферного устройства, которое стяжным хомутом крепится к гильзе раздвижной шариковой тяги (стяжной хомут крепления демпферного устройства на рисунке не показан) и представляет собой цилиндр из алюминиевого сплава диаметром D=25 мм, длиной L=77 мм, внутри которого расположена цилиндрическая пружина длиной l=55 мм, диаметром d=17 мм, с усилием сжатия P=4,5 кг, при этом на верхнем торце пружины размещена шайба толщиной h=3,5 мм, в верхнюю поверхность которой ввернут регулировочный винт.

Раздвижная шариковая тяга с установленными на ней двухплечим рычагом и демпферным устройством конструктивно выполнена так, что при вращении винта шариковой пары, гайка шариковой пары имеет возможность поступательного, поступательно-вращательного и вращательного движений в зависимости от ее расположения на винте шариковой пары относительно двухплечего рычага.

На Фиг.1 изображено устройство вращения центробежной СБ КА с демпферным устройством, обеспечивающим плавную раскрутку СБ (плавную передачу крутящего момента от электродвигателя к СБ).

На Фиг.2 представлена структурная схема центробежной СБ КА с демпферным устройством.

Устройство вращения центробежной СБ с демпферным устройством содержит:

1 - патрубок крепления СБ

2 - двухплечный рычаг

3 - регулировочный винт

4 - корпус демпферного устройства

5 - пружина демпферного устройства

6 - продольный разрез гильзы раздвижной шариковой тяги

7 - стакан гайки шариковой пары

8 - винт шариковой пары

9 - щетка

10 - гайка шариковой пары

11 - шарики

12 - раздвижная шариковая тяга

13 - винт крепления двухплечего рычага

14 - солнечная батарея в развернутом виде

15 - раздвижная шариковая тяга

16 - контейнер для СБ в сложенном виде

17 -демпферное устройство

18 - корпус фланцевый раздвижной шариковой тяги

19 - обгонная муфта

20 - электродвигатель привода ведущей шестерни

21 - космический аппарат

22 - маховик

23 - резервный электродвигатель

24 - гильза раздвижной шариковой тяги.

Центробежная солнечная батарея космического аппарата с демпферным устройством функционирует следующим образом (Фиг.1)

При выходе КА на орбиту и сбросе головного обтекателя включается электродвигатель раскрутки СБ. Электродвигатель вращает винт шариковой пары (8) раздвижной шариковой тяги (12), а стакан (7) гайки шариковой пары (10), двигаясь поступательно, поднимает СБ из контейнера выше корпуса КА (гайка шариковой пары по технологическим соображениям состоит из технологических частей: гайка шариковой пары (10) и стакана гайки шариковой пары (7), соединенных методом тугой посадки).

При достижении выступом стакана гайки шариковой пары (7) двухплечего рычага (2), который другим плечом нажмет на регулировочный винт демпферного устройства (3) и начнет загружать пружину (5) демпферного устройства. Пружина демпферного устройства с помощью двухплечего рычага будет притормаживать поступательное движение стакана гайки шариковой пары. При уменьшении скорости поступательного движения гайки шариковой пары, она, кроме поступательного, начнет вращательное движение, т.е. начнет раскручивать СБ с малыми оборотами, пока пружина демпферного устройства не обожмется полностью.

При полностью обжатой пружине демпферного устройства раздвижная шариковая тяга, а, следовательно, и СБ начнут увеличивать скорость вращения до тех пор, пока обороты вращения СБ не сравняются с оборотами вращения электродвигателя-привода СБ, при равенстве оборотов обгонная муфта отключит электродвигатель от раскрутки СБ.

Из выше описанного ясно, что демпферное устройство обеспечивает плавную раскрутку СБ от минимальных до номинальных оборотов. Отключенная СБ обгонной муфтой от раскрутки может длительное время в космическом пространстве вращаться по инерции, что дает возможность пружине демпфера занять первоначальное, необжатое положение, т.е. демпферное устройство будет готово к очередной плавной раскрутке СБ, которая повторится при падении оборотов вращения меньше номинальных.

Техническим результатом полезной модели является повышение надежности в работе СБ за счет установки в систему раскрутки СБ двухплечего рычага и демпферного устройства, обеспечивающих плавную раскрутку СБ до номинальных оборотов, что исключит разрушение полимерной пленки СБ в местах ее крепления к патрубку, которым она крепится к раздвижной шариковой тяге.

Центробежная солнечная батарея космического аппарата, содержащая солнечную батарею, раздвижную шариковую тягу, соединяющую солнечную батарею с электродвигателем, контейнер солнечной батареи, маховик и обгонную муфту, отличающаяся тем, что имеет двуплечий рычаг коромыслового типа, закрепленный на торцевой части раздвижной шариковой тяги и выполненный с возможностью контакта одного его плеча с выступом на стакане гайки шариковой пары, а другого плеча - с верхней частью регулировочного винта демпферного устройства, которое закреплено на гильзе раздвижной шариковой тяги, корпус демпферного устройства изготовлен из алюминиевого сплава и выполнен в виде цилиндра диаметром D=25 мм, длиной L=77 мм, а внутри его расположена цилиндрическая пружина длиной l=55 мм, диаметром d=17 мм с усилием сжатия р=4,5 кг, при этом на верхнем торце пружины размещена шайба толщиной h=3,5 мм, в верхнюю поверхность которой ввернут регулировочный винт.