ПАНЕЛЬ СОЛНЕЧНОЙ БАТАРЕИ
SOLAR BATTERY PANEL

Изобретение относится к конструкциям панелей солнечной батареи (СБ) раскрывающегося типа для искусственного спутника Земли - космического аппарата (КА), служащей для размещения и закрепления фотогенерирующей части (ФГЧ) для преобразования солнечной энергии в электрическую.
Из существующего уровня техники известно несколько видов конструкций панелей СБ, содержащих раму и сетеполотно для размещения и закрепления ФГЧ.
Одним из видов несущей конструкции панелей СБ является рама из труб с натянутым по периметру сетеполотном (патент RU 2190900 С2, H01L 31/042, 10.10.2002), также рама из труб с сетеполотном, выполненным из струн, натянутых в ортогональных направлениях с необходимым шагом (RU 2297077 C1, H01L 31/042, 10.04.2007).
Другим видом несущей конструкции панелей СБ является рама из профилей по периметру в виде швеллера и внутренних перегородок в виде тавра, сквозь которые через отверстия пропущены струны и закреплены в профилях по периметру (патент RU 2085450 C1, B64G 1/44, 27.07.1997).
Также известна конструкция (патент RU 2220477 С2, H01L 31/042, 27.12.2003), содержащая раму и сетеполотно для размещения и закрепления фотоэлектрических преобразователей, которое в упруго натянутом состоянии закреплено на раме. Сетеполотно выполнено из струн, пересекающихся в ортогональных направлениях, поверх которых в узлах их пересечения прикреплена подложка с наклеенными на нее фотоэлектрическими преобразователями. Сами струны облегают трубы периметра рамы поверх бобышек, прилегающих к трубам рамы и приподнимающих уровень сетеполотна над рамой для увеличения зоны установки фотоэлектрических преобразователей на панели. Рама выполнена из углепластиковых труб, соединенных фитингами. Данная конструкция принята за прототип.
Недостатками прототипа являются:
- применяемые в раме трубы круглого сечения имеют одинаковую жесткость во всех направлениях, при этом основные напряжения - изгибные в плоскости рамы. Соответственно, существует запас по жесткости сечения в других направлениях, что приводит к избыточной массе рамы;
- закрепление струн осуществляется при помощи бобышек, а закрепление электрических кабелей осуществляется при помощи кронштейнов, установленных на трубах, что снижает технологичность;
- для обеспечения прочности соединения фитинг-труба необходимо увеличивать толщину стенки трубы в месте установки фитинга, что ведет к утолщению всей трубы в целом и, как следствие, к увеличению массы рамы.
Задачи, на решение которых направлено заявляемое изобретение, заключаются в обеспечении уменьшения массы, а также повышении технологичности конструкции.
Поставленные задачи решаются за счет того, что в панели солнечной батареи, содержащей раму, выполненную из углепластиковых труб и фитингов, и сетеполотно, выполненное из струн, упруго натянутых в ортогональных направлениях с необходимым шагом для размещения и закрепления фотогенерирующей части, трубы рамы имеют треугольное сечение; стенки труб имеют решетчатую конструкцию с размерами ячеек, позволяющими монтировать кабель внутри труб и фитингов рамы; трубы при необходимости выполнены с усилением в местах установки фитингов. При этом трубы, установленные по периметру рамы, предпочтительно выполнять с сечением в виде прямоугольного треугольника. Трубы, установленные внутри рамы, предпочтительно выполнять с сечением в виде равнобедренного или равностороннего треугольника. При выполнении труб с усилением в качестве усиливающих конструкций желательно применены бандажи.
Суть изобретения поясняется чертежами, где изображены: на фиг. 1 - фрагмент панели солнечной батареи, на фиг. 2 - общий вид рамы панели солнечной батареи, на фиг. 3 и 4 - конструктивное исполнение рамы панели солнечной батареи.
Углепластиковые трубы 1 с сечением в виде прямоугольного треугольника установлены по периметру, соединены между собой и с углепластиковыми трубами 2 с сечением в виде равнобедренного треугольника (внутренний набор труб) при помощи фитингов 3, образуя несущую конструкцию, называемую рамой, воспринимающую натяжение струн и суммарные инерционные нагрузки от сетеполотна, выполненного из струн 4, и ФГЧ 5. Применение труб треугольного сечения 1 и 2 обеспечивает достаточный доступ при монтаже ФГЧ 5, что позволяет не применять на их поверхности бобышки в конструкции панели солнечной батареи. В свою очередь опорной поверхностью для струн являются вершины труб 1 и 2 треугольного сечения, располагающиеся в одной плоскости. Сечение и толщина стенок углепластиковых труб выбраны для обеспечения требований, предъявляемых к работе панели солнечной батареи. Трубы 1 и 2 рамы панели СБ выполнены в виде решетчатой конструкции, что позволяет монтировать электрические кабели как снаружи, так и внутри труб 1, 2 и фитингов 3, исключая по необходимости использование кронштейнов, при этом значительно уменьшая вес изделия в целом и повышая технологичность. Решетчатая конструкция стенок труб имеет размеры ячеек, позволяющие монтировать кабель внутри труб и фитингов рамы. При необходимости для обеспечения прочности соединения фитинг-труба в месте установки фитингов 3 в трубы 1 и 2 осуществляют усиление труб 1 и 2, например, бандажами 6.
Треугольные трубы 1 и 2, имеющие решетчатую конструкцию, изготавливают методом выкладки на оправку, имеющую требуемое сечение. Так трубы 1 выкладывают на оправку с сечением в виде прямоугольного треугольника, а трубы 2 - на оправку в виде равнобедренного или равностороннего треугольника. Трубы 1 и 2 склеивают с фитингами 3 и усиливают в местах соединения бандажами 6 при необходимости. Струны 4 натягивают на раму. Струны 4 обматывают вокруг труб 1 и 2 и фиксируют клеем. На струны 4 устанавливают ФГЧ 5. Прокладку электрических кабелей, идущих от ФГЧ 5, возможно осуществлять внутри труб 1, 2 и фитингов 3 за счет решетчатой конструкции труб.
Панель солнечной батареи работает следующим образом. На этапе выведения космического аппарата панель СБ фиксирована по нескольким фитингам 3 рамы. Основными несущими элементами являются фитинги 3 и трубы 1, 2 рамы, которые в местах соединения фитинг-труба усилены бандажами 6. Инерционная нагрузка от ФГЧ 5 сначала передается на струны 4, а затем на раму, создавая изгибающие моменты в трубах 1 и 2.
При раскрытии панели батареи солнечной картина изгибающих моментов перераспределяется, однако основные несущие элементы остаются прежними, и воспринимают все инерционные нагрузки от ФГЧ 5 и самой панели в целом.
В результате реализации предложенного технического решения достигается ряд технических эффектов:
- применение труб треугольного сечения с решетчатой конструкцией стенок позволяет исключить из конструкции панели солнечной батареи бобышек и кронштейнов для монтажа электрических кабелей батареи;
- решетчатая конструкция стенок труб позволяет размещать электрические кабели внутри труб;
- повышение прочностных характеристик в местах повышенной нагрузки (места соединения фитинг - труба) повышает надежность изделий при их эксплуатации.
Таким образом, за счет получения данных технических эффектов выполняется поставленная задача по уменьшению веса изделия и повышению технологичности конструкции.