Сетчатый композитный каркас батареи солнечной космического аппарата

Полезная модель относится к области космической техники, в частности, к проектированию батарей солнечных.
Известен патент на трансформируемый каркас (RU 193953 U1), состоящий из секций, соединенных между собой шарнирами и прикрепленных к корпусу космического аппарата. Секции имеют форму параллелограммов четырех видов и шарнирно соединены одинаковыми сторонами таким образом, что по всем сторонам образуется складчатая структура типа «чешуйчатого» z-гофра, имеющего в развернутом состоянии плоскую поверхность, а в сжатом состоянии представляющего собой плоский блок, состоящий из секций с малым углом их наклона к горизонтальной поверхности, а упругие шарниры имеют форму скобы с двумя фиксированными положениями, соответствующими компактному и развернутому положению каркаса и выполняют роль механизмов развертывания. Само раскрытие каркаса реализуется за счет упругих сил, накопленных в упругих шарнирах, объединяющих секции в каркас.
Основными недостатками этого устройства являются: большая масса каркаса, низкая надежность механического устройства раскрытия батареи солнечной из-за наличия большого количества механических элементов и дополнительных шарнирных соединений, низкая жесткость силовой структуры обода, сложность обеспечения жесткости каркаса в рабочем положении.
Также известен патент на солнечную батарею (RU 2234764 С1). Силовой каркас данной конструкции является комбинированным и содержит не менее двух плоских сотовых панелей и несколько полужестких бескаркасных пленочных панелей. Пленочные панели выполнены в виде трехслойной подложки с полукруглыми ребрами жесткости. Дополнительно для установки шарниров предусмотрены две углепластиковые площадки, от которых отходят углепластиковые спицы, вклеенные в полости ребер жесткости трехслойной подложки. Основой пленочных панелей является полиимидная пленка со слоем фторопласта. Между двумя слоями полиимидной пленки находится стеклоткань.
К недостаткам данного устройства относится большая удельная масса солнечной батареи из-за использования дополнительных армированных элементов, а также углепластиковых спиц в дополнение к стандартному силовому каркасу в виде сотовых панелей.
В качестве ближайшего аналога выбрана конструкция каркасов солнечных батарей по патенту RU 2654882 С1, которая принята за прототип полезной модели.
Каркас выполнен в виде интегральной рамной конструкции из слоистого полимерного углепластика. Каркас включает в себя ребра двутаврового сечения и обрамление в виде швеллера, образуя монолитную силовую структуру. Шаг расположения ребер изделия в каждом из направлений согласуется с размерами фотоэлектрических преобразователей, закрепляемых на каркасе при помощи клеевого соединения. Все элементы собираются на специальной технологической оснастке в неотвержденном состоянии и формируются одновременно. Цельноформованная конструкция каркаса производится термокомпрессионным методом в печи полимеризации. По контуру каркаса устанавливаются накладные металлические элементы.
Основным недостатком прототипа является высокая погонная масса солнечной батареи из-за использования монолитной цельноформованной конструкции балочного сечения.
Технической проблемой полезной модели является устранение указанного выше недостатка прототипа.
Для разрабатываемой конструкции сетчатого композитного каркаса батареи солнечной и для ближайшего прототипа - конструкции каркаса солнечной батареи RU 2654882 С1 выявлены основные общие существенные признаки, такие как: рамная конструкция силового каркаса, использование композиционных материалов для изготовления каркаса.
Указанная техническая проблема решается благодаря следующему исполнению силового каркаса батареи солнечной.
Каркас солнечной батареи содержит следующие признаки, отличительные от прототипа: предложенная конструкция каркаса состоит из двух сетчатых панелей, например, из углепластика и соединительных элементов, например, из алюминиевого сплава, пространственно конфигурируемых между собой и устанавливаемых с различной частотой. Этот элемент представляет собой рамную конструкцию, на ребрах которого расположены пазы.
Соединительные элементы располагаются между сетчатыми панелями, например, при помощи клеевого соединения. При сборке каркаса ребра обеих сетчатых панелей вставляются в пазы соединительного элемента. Соединительные элементы могут устанавливаться с различной частотой и рисунком, исходя из требований жесткости каркаса и надежности его крепления к космическому аппарату, выносной штанге или к соседним каркасам. Для увеличения надежности сборки ребра соединительных элементов могут быть обмотаны углепластиковой лентой.
Таким образом, данные конструкции образуют каркасы солнечных батарей с различной плотностью системы ребер. При необходимости каркас солнечной батареи можно собирать из сетчатых панелей с плотной и разряженной системами ребер. Сетчатые панели можно заменить наборами, состоящими из отдельных стержней.
Разнесенные сетчатые панели, собираемые простым кликом с помощью единообразных соединительных элементов, обеспечивают значительную изгибную жесткость каркаса солнечной батареи. В элементе пазы для ребер каждого направления находятся на разном уровне. При сборке каркаса в пазы соединительных элементов вставляются ребра сначала одного направления, а затем ребра второго направления.
Конструкцию каркаса можно сделать комбинированной, состоящей из сетчатой панели с плотной системой ребер и набора отдельных стержней. Для сборки такого каркаса необходимо использовать соединительный элемент, который является определенной комбинацией двух соединительных элементов, рассмотренных ранее. У этого соединительного элемента верхние пазы предназначены для крепления сетчатой панели, а нижние пазы предназначены для крепления отдельных стержней.
Сетчатый каркас может иметь переменную толщину. В такой конструкции плоские сетчатые панели крепятся друг к другу под определенным углом с помощью соединительного элемента, который имеет наклонные ребра. У края каркаса, где его толщина минимальна, могут быть использованы дополнительные соединительные элементы.
Техническая сущность и принцип действия предложенного устройства поясняются чертежами, на которых показаны:
на фиг. 1 - общий вид сетчатого каркаса солнечной батареи с а) плотной и б) разреженной системами ребер;
на фиг. 2 - общий вид сетчатых панелей из углепластика с а) плотной и б) разреженной системами ребер;
на фиг. 3 - общий вид соединительного элемента;
на фиг. 4 - фрагмент сборки сетчатого каркаса;
на фиг. 5 - общий вид сетчатых каркасов с различными схемами расположения соединительных элементов;
на фиг. 6 - соединительный элемент для каркаса, состоящего из отдельных стержней и общая сборка каркаса;
на фиг. 7 - а) сетчатый каркас с переменной толщиной; б) соединительный элемент с наклонными ребрами; в) соединительный элемент для края каркаса.
На вышеуказанных фигурах изображена конструкция предлагаемого сетчатого каркаса солнечной батареи с использованием следующих элементов: 1 - сетчатые панели из углепластика; 2 - соединительный элемент, например, из алюминия.
Предложенное устройство конструкции сетчатого каркаса солнечной батареи, представленное на фигурах, состоит из следующих элементов:
- две сетчатые панели из углепластика 1;
- соединительный элемент например из алюминиевого сплава 2, рамной конструкции с пазами на ребрах, пространственно конфигурируемых между собой и устанавливаемых с различной частотой.
Таким образом, проблема высокой погонной массы батареи солнечной устраняется путем снижения массы каркаса батареи солнечной космического аппарата за счет использования сетчатой композитной силовой конструкции с облегченными силовыми элементами.
Техническим результатом полезной модели является создание конструкции сетчатого композитного каркаса батареи солнечной космического аппарата с пониженной погонной массой.