一種平衡太陽電池陣吊掛展開裝置摩擦力的系統及其方法與流程

2023-06-27 05:54:52 1

本發明涉及太陽電池陣吊掛展開裝置技術領域，特別涉及一種平衡太陽電池陣吊掛展開裝置摩擦力的系統及其方法。

背景技術：

太空飛行器發射入軌後，星體向火工品發送起爆指令，火工品通電後起爆，切斷壓緊電池陣在太空飛行器上的壓緊杆，太陽電池陣憑藉自身鉸鏈的彈性勢能，從太空飛行器上自動展開，並保持對日定向，以保證太空飛行器的正常電能供給。為確保太陽電池陣在太空中展開的可靠性與安全性，避免因產品設計、工藝的潛在缺陷對太陽電池陣展開過程的不利影響，電池陣產品在地面完成總裝集成後，一般通過機械式吊掛裝置平衡電池陣產品重力，進行模擬太空失重環境展開，並考核地面展開時間。

地面模擬試驗過程中，太陽電池陣自收攏至展開過程，其實是一個沿短導軌(x方向)與沿長導軌(y方向)兩個一維運動的疊加，如圖1、圖2所示。由於地面重力對產品及吊掛裝置的作用，大滑車與長導軌摩擦力Fx、小滑車與短導軌摩擦力Fy會阻礙電池陣的展開，而在太空失重環境下，不存在任何摩擦阻尼，從而導致地面模擬展開試驗與實際太空失重環境展開過程不一致，造成地面模擬展開試驗的展開時間長於太空失重環境。

本發明提出一種能同時平衡x方向、y方向摩擦阻尼的方法，用於輔助電池陣地面模擬太空展開試驗，目前尚未發現同本發明類似技術的說明或報導，也未收集到國內外類似的資料。

技術實現要素：

為了克服現有技術中的不足，本發明提供一種平衡太陽電池陣吊掛展開裝置摩擦力的系統及其方法。

本發明實現上述目的所採用的技術方案如下：

本發明公開了一種平衡太陽電池陣吊掛展開裝置摩擦力的系統，包括桁架結構、導軌結構和吊掛結構，其中：

所述桁架結構包括桁架主體、四個桁架支腿和定滑輪安裝架，四個所述桁架支腿兩兩對稱分布支撐所述桁架主體，所述定滑輪安裝架設置於所述桁架主體的一端上方，且位於所述導軌結構的正上方；

所述導軌結構設置於所述桁架主體下方，包括兩平行設置的長導軌和一與所述兩長導軌垂直設置的短導軌，所述短導軌通過對稱設置在其兩端的兩個大滑車套接於兩長導軌上；

所述吊掛結構包括吊掛組件、第一配重塊、牽引繩、上定滑輪、下定滑輪和第二配重塊，其中；

所述吊掛組件通過一小滑車與所述短導軌滑動連接；

所述第一配重塊懸吊於所述吊掛組件下方，且與單塊電池板等重；

所述牽引繩一端與所述小滑車固定連接，另一端依次通過設置於所述定滑輪安裝架下端的下定滑輪和設置於所述定滑輪安裝架上端的上定滑輪與所述第二配重塊固定連接。

進一步的，所述大滑車包括一呈U型結構的大滑輪組件和偶數個向內傾斜且兩兩對稱設置的第一深溝球軸承，所述大滑輪組件與所述短導軌一端固定連接，所述長導軌貫穿所述大滑輪組件，並通過偶數個所述第一深溝球軸承將所述短導軌的兩端活動套接於所述長導軌上。

進一步的，所述小滑車包括一呈U型結構的小滑輪組件和偶數個向內傾斜且兩兩對稱設置的第二深溝球軸承，所述短導軌貫穿所述小滑輪組件，並通過偶數個所述第二深溝球軸承將所述小滑車組件活動套接於所述短導軌上。

進一步的，所述吊掛組件由上往下依次設置有調節套、下調節杆、管型測力計、軸向轉動組件和吊掛連接組件，其中：

所述調節套和下調節杆通過上下伸縮調節太陽電池陣的高度，以適用不同尺寸的太陽電池陣；

所述管型測力計用於判讀所述第一配重塊的重力，並具備一定緩衝功能；

所述軸向轉動組件連接所述管型測力計和吊掛連接組件，使得所述吊掛連接組件及其吊掛連接的電池板可軸向轉動；

所述吊掛連接組件通過繩索懸吊與電池板等重的所述第一配重塊，用於固定太陽電池陣。

進一步的，還包括接觸式測力計，所述接觸式測力計設置於所述小滑車上，用於分別測量吊掛組件在懸掛第一配重塊的情況下大滑車沿長導軌方向上和小滑車沿短導軌方向上的最大啟動靜摩擦力。

優選的，所述牽引繩為細棉繩。

本發明另外公開了一種平衡太陽電池陣吊掛展開裝置摩擦力的方法，其步驟在於：

步驟1：將定滑輪安裝架設置於桁架主體的一端上方；

步驟2：將兩平行設置的長導軌和一與兩長導軌垂直設置的短導軌設置於桁架主體下方；

步驟3：短導軌通過對稱設置在其兩端的兩個大滑車套接於兩長導軌上，吊掛組件通過一小滑車與短導軌滑動連接；

步驟4：第一配重塊懸吊於吊掛組件下方，且與單塊電池板等重，模擬單塊電池板的重量；

步驟5：牽引繩一端與小滑車固定連接，另一端依次通過設置於定滑輪安裝架下端的下定滑輪和設置於定滑輪安裝架上端的上定滑輪與第二配重塊固定連接；

步驟6：將接觸式測力計設置於小滑車上，分別測量吊掛組件在懸掛第一配重塊的情況下大滑車沿長導軌方向上和小滑車沿短導軌方向上的最大啟動靜摩擦力；

步驟7：選擇合適重量的第二配重塊，使得第二配重塊的重力作用線與長導軌成一夾角θ，以此平衡大滑車沿長導軌方向上和小滑車沿短導軌方向上的最大啟動靜摩擦力。

優選的，步驟7中，具體包括以下步驟：

保持大滑車在長導軌方向上不動，推動小滑車在短導軌上運動，測量小滑車沿短導軌方向上的最大啟動靜摩擦力Fy；和

保持小滑車在短導軌方向上不動，推動大滑車在長導軌上運動，測量大滑車沿長導軌方向上的最大啟動靜摩擦力Fx。

進一步的，步驟7中，夾角θ與最大啟動靜摩擦力之間的關係為：

即：

θ＝arcsin[Fy/(m2g)]或θ＝arccos[Fx/(m2g)]

其中，m2代表第二配重塊的重量，Fx代表大滑車沿長導軌方向上的最大啟動靜摩擦力，Fy代表小滑車沿短導軌方向上的最大啟動靜摩擦力。

與現有技術相比，本發明的有益效果如下：

1、本發明能夠解決現有吊掛裝置在展開試驗過程中對太陽電池陣衝擊大的問題，提高展開試驗的重複穩定性，平衡地面試驗設備的附加阻尼；

2、本發明構造簡單、製造組裝容易，平衡摩擦力的力大小可以實時調節，以適應不同的工況需求。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單的介紹。顯而易見，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。附圖中：

圖1是本發明一種平衡太陽電池陣吊掛展開裝置摩擦力的系統的俯視圖；

圖2是本發明一種平衡太陽電池陣吊掛展開裝置摩擦力的系統的側視圖；

圖3是本發明一種平衡太陽電池陣吊掛展開裝置摩擦力的系統的A向示意圖；

圖4是本發明一種平衡太陽電池陣吊掛展開裝置摩擦力的系統中的吊掛組件結構示意圖；

圖5是本發明一種平衡太陽電池陣吊掛展開裝置摩擦力的方法的流程示意圖。

【主要符號標記】

1-桁架主體；

2-桁架支腿；

3-定滑輪安裝架；

4-長導軌；

5-短導軌；

6-大滑車；

61-大滑輪組件；

62-第一深溝球軸承；

7-吊掛組件；

71-調節套；

72-下調節杆；

73-管型測力計；

74-軸向轉動組件；

75-吊掛連接組件；

8-第一配重塊；

9-牽引繩；

10-上定滑輪；

11-下定滑輪；

12-第二配重塊；

13-小滑車；

131-小滑輪組件；

132-第二深溝球軸承；

14-接觸式測力計。

具體實施方式

以下將結合本發明的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整的描述和討論，顯然，這裡所描述的僅僅是本發明的一部分實例，並不是全部的實例，基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明的保護範圍。

在太陽電池陣地面展開試驗過程中，一般通過機械式吊掛裝置平衡產品的重力，以模擬產品在太空中展開的零重力環境。由於電池陣及吊掛裝置重力作用的影響，地面設備會在產品上產生附加阻尼，阻礙電池陣的展開，從而造成地面展開試驗時間長於實際太空失重環境。為了在地面更好地模擬太空無阻尼展開的過程，保持地面模擬試驗與太空零重力展開的一致性，本發明提出了一種平衡太陽電池陣吊掛展開裝置摩擦力的系統及其方法，以便保持地面模擬試驗與太空實際展開過程的一致性。

實施例一

如圖1-3所示，本發明公開了一種平衡太陽電池陣吊掛展開裝置摩擦力的系統，包括桁架結構、導軌結構和吊掛結構，其中：

所述桁架結構包括桁架主體1、四個桁架支腿2和定滑輪安裝架3，四個所述桁架支腿2兩兩對稱分布支撐所述桁架主體1，所述定滑輪安裝架3設置於所述桁架主體1的一端上方，且位於所述導軌結構的正上方；

所述導軌結構設置於所述桁架主體1下方，包括兩平行設置的長導軌4和一與所述兩長導軌4垂直設置的短導軌5，所述短導軌5通過對稱設置在其兩端的兩個大滑車6套接於兩長導軌4上，用以實現沿兩長導軌4的軌向運動；

所述吊掛結構包括吊掛組件7、第一配重塊8、牽引繩9、上定滑輪10、下定滑輪11和第二配重塊12，其中；

所述吊掛組件7通過一小滑車13與所述短導軌5滑動連接，用以實現沿所述短導軌5的軌向運動；

所述第一配重塊8懸吊於所述吊掛組件7下方，且與單塊電池板等重，用於模擬單塊電池板的重量，本實施例中，所述單塊電池板即為第一配重塊8；

所述牽引繩9一端與所述小滑車13固定連接，另一端依次通過設置於所述定滑輪安裝架3下端的下定滑輪11和設置於所述定滑輪安裝架3上端的上定滑輪10與所述第二配重塊12固定連接，用以平衡所述大滑車6與所述長導軌4之間的摩擦力和平衡所述小滑車13與所述短導軌5之間的摩擦力。

一實施例中，所述大滑車6包括一呈U型結構的大滑輪組件61和偶數個向內傾斜且兩兩對稱設置的第一深溝球軸承62，所述大滑輪組件61與所述短導軌5一端固定連接，所述長導軌4貫穿所述大滑輪組件61，並通過偶數個所述第一深溝球軸承62將所述短導軌5的兩端活動套接於所述長導軌4上，用以實現沿兩長導軌4的軌向運動。

一實施例中，所述小滑車13包括一呈U型結構的小滑輪組件131和偶數個向內傾斜且兩兩對稱設置的第二深溝球軸承132，所述短導軌5貫穿所述小滑輪組件131，並通過偶數個所述第二深溝球軸承132將所述小滑車組件131活動套接於所述短導軌5上，用以實現沿短導軌5的軌向運動。

參考圖4，所述吊掛組件7由上往下依次設置有調節套71、下調節杆72、管型測力計73、軸向轉動組件74和吊掛連接組件75，其中：

所述調節套71和下調節杆72通過上下伸縮調節太陽電池陣的高度，以適用不同尺寸的太陽電池陣；

所述管型測力計73用於判讀所述第一配重塊8的重力，並具備一定緩衝功能；

所述軸向轉動組件74連接所述管型測力計73和吊掛連接組件75，使得所述吊掛連接組件75及其吊掛連接的電池板可軸向轉動；

所述吊掛連接組件75通過繩索懸吊與電池板等重的所述第一配重塊8，用於固定太陽電池陣。

一實施例中，還包括接觸式測力計14，所述接觸式測力計14設置於所述小滑車13上，用於分別測量吊掛7組件在懸掛第一配重塊8的情況下大滑車6沿長導軌4方向上和小滑車13沿短導軌5方向上的最大啟動靜摩擦力。

優選的，本實施例中的所述牽引繩9為細棉繩。

實施例二

如圖4和5所示，吊掛組件在懸掛電池板(第一配重塊)的情況下，因沿x、y方向的最大啟動摩擦力，對電池陣展開過程附加阻尼的阻礙作用最為顯著，為更好地保持地面模擬試驗與太空零重力環境展開試驗的一致性，本發明介紹一種同時克服吊掛組件沿x、y方向摩擦阻力的方法。即，本發明另外公開了一種平衡太陽電池陣吊掛展開裝置摩擦力的方法，其步驟在於：

步驟1：將定滑輪安裝架3設置於桁架主體1的一端上方；

步驟2：將兩平行設置的長導軌4和一與兩長導軌垂直設置的短導軌5設置於桁架主體1下方；

步驟3：短導軌5通過對稱設置在其兩端的兩個大滑車6套接於兩長導軌5上，吊掛組件7通過一小滑車13與短導軌5滑動連接；

步驟4：第一配重塊8懸吊於吊掛組件7下方，且與單塊電池板等重，模擬單塊電池板的重量；

步驟5：牽引繩9一端與小滑車13固定連接，另一端依次通過設置於定滑輪安裝架3下端的下定滑輪11和設置於定滑輪安裝架3上端的上定滑輪10與第二配重塊12固定連接；

步驟6：將接觸式測力計14設置於小滑車13上，分別測量吊掛組件7在懸掛第一配重塊8的情況下大滑車6沿長導軌4方向上和小滑車13沿短導軌5方向上的最大啟動靜摩擦力；

步驟7：選擇合適重量的第二配重塊12，使得第二配重塊12的重力作用線與長導軌4成一夾角θ，以此平衡大滑車6沿長導軌4方向上和小滑車13沿短導軌5方向上的最大啟動靜摩擦力。

優選實施例中，步驟7中，具體包括以下步驟：

保持大滑車6在長導軌4方向上不動，推動小滑車13在短導軌5上運動，測量小滑車13沿短導軌5方向上的最大啟動靜摩擦力Fy；和保持小滑車13在短導軌5方向上不動，推動大滑車6在長導軌4上運動，測量大滑車6沿長導軌4方向上的最大啟動靜摩擦力Fx。具體實施例中，測量小滑車13沿短導軌5方向上的最大啟動靜摩擦力Fy和測量大滑車6沿長導軌4方向上的最大啟動靜摩擦力Fx的次序可隨意互換，只需將兩者測得即可。

進一步的，步驟7中，夾角θ與最大啟動靜摩擦力之間的關係為：

即：

θ＝arcsin[Fy/(m2g)]或θ＝arccos[Fx/(m2g)]

其中，m2代表第二配重塊的重量，Fx代表大滑車沿長導軌方向(即x方向)上的最大啟動靜摩擦力，Fy代表小滑車沿短導軌方向(即y方向)上的最大啟動靜摩擦力，即圖4中所示Fx與Fy。

步驟4中，可使用電子秤稱量單塊電池板的重量，並根據稱重結果選擇與單塊電池板等重的第一配重塊8。

以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應該以權利要求的保護範圍為準。