СОЛНЕЧНАЯ БАТАРЕЯ (ВАРИАНТЫ)

Предлагаемое изобретение относится к конструкциям солнечных батарей и может быть использовано в системах энергоснабжения космических аппаратов.

Наиболее близким к заявленной является солнечная батарея, содержащая панели, гармоникообразно складываемые и соединенные между собой, а также первой панелью с рамой расположенными по краям соосными шарнирными соединениями, содержащими оси, установленные в опорах, снабженные приводными пружинами и взаимодействующие с попарно соединенными тросовой передачей шкивами, установленными на панелях и раме, кинематически связанной с космическим аппаратом и снабженной приводным механизмом (патент Российской Федерации RU №2158702, кл. B 64 G 1/44, приоритет 05.07.1997 г.).

Однако раскрытие и фиксация собранного и развернутого положений панелей солнечной батареи известной конструкции в условиях возникающих нагрузок ненадежны.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение надежности конструкции в условиях возникающих нагрузок.

Указанный технический результат предлагаемого изобретения по варианту 1 достигается тем, что солнечная батарея, содержащая панели, гармоникообразно складываемые и соединенные между собой, а также первой панелью с рамой расположенными по краям соосными шарнирными соединениями, содержащими оси, установленные в опорах, снабженные приводными пружинами и взаимодействующие с попарно соединенными тросовой передачей шкивами, установленными на панелях и раме, кинематически связанной с космическим аппаратом и снабженной приводным механизмом, снабжена тягами и запорными устройствами, каждая тяга выполнена с возможностью взаимодействия внутренним кольцом шарнирного подшипника, закрепленного в ней наружным кольцом, со стержнем пирочеки, устанавливаемой на космическом аппарате, выполнена регулируемой длины и скреплена с последней панелью с возможностью вращения при помощи пружинного привода в сторону, противоположную направлению раскрытия батареи, на первой панели и раме выполнены конические отверстия, взаимодействующие с толкателями, размещаемыми на космическом аппарате и снабженными расположенными в их корпусах подпружиненными пальцами, при этом торцы корпусов толкателей и законцовки пальцев выполнены сферическими и с возможностью контакта соответственно с боковой конической поверхностью и дном упомянутых отверстий, а конические отверстия рамы выполнены больше торцов корпусов толкателей в плоскости, перпендикулярной осям шарнирных соединений, соседние панели выполнены контактирующими установленными в конических гнездах сферами, первая панель дополнительно выполнена взаимодействующей с рамой посредством контактирующих с боковой конической поверхностью пазов, выполненных с осями, перпендикулярными осям шарнирных соединений, сферических наконечников, запорные устройства выполнены в виде упоров с эллиптическими отверстиями и подпружиненных фиксаторов, установленных с возможностью стопорения панелей относительно друг друга и первой панели относительно рамы при раскрытом положении батареи, при этом малая ось каждого эллиптического отверстия равна диаметру фиксатора, а большая ось выполнена больше упомянутого диаметра фиксатора и расположена в плоскости, проходящей через центр эллиптического отверстия и ось его вращения, шкивы закреплены на панелях и раме, приводной механизм выполнен в виде устанавливаемых на космическом аппарате и неподвижно относительно своей оси приводных шкивов, выполненных диаметром, обеспечивающим необходимое раскрытие панелей, и соединенных тросовой передачей с промежуточными шкивами, установленными на первой панели, подкоса, подвижно установленного относительно космического аппарата, стойки, подвижно соединенной с рамой и подкосом, снабженной пружинами, взаимодействующими с подкосом, и стопором, выполненным с возможностью взаимодействия с подкосом после перемещения оси вращения стойки относительно рамы за плоскость, образованную осями вращения упомянутой стойки относительно подкоса и подкоса относительно космического аппарата.

Указанный технический результат предлагаемого изобретения по варианту 2 достигается тем, что солнечная батарея, содержащая панели, гармоникообразно складываемые и соединенные между собой, а также первой панелью с рамой расположенными по краям соосными шарнирными соединениями, содержащими оси, установленные в опорах, снабженные приводными пружинами и взаимодействующие с попарно соединенными тросовой передачей шкивами, установленными на панелях и раме, кинематически связанной с космическим аппаратом и снабженной приводным механизмом, снабжена тягами и запорными устройствами, каждая тяга выполнена с возможностью взаимодействия внутренним кольцом шарнирного подшипника, закрепленного в ней наружным кольцом, со стержнем пирочеки, устанавливаемой на космическом аппарате, выполнена регулируемой длины и скреплена с последней панелью с возможностью вращения при помощи пружинного привода в сторону, противоположную направлению раскрытия батареи, на первой панели и раме выполнены конические отверстия, взаимодействующие с толкателями, размещаемыми на космическом аппарате и снабженными расположенными в их корпусах подпружиненными пальцами, при этом торцы корпусов толкателей и законцовки пальцев выполнены сферическими и с возможностью контакта соответственно с боковой конической поверхностью и дном упомянутых отверстий, а конические отверстия рамы выполнены больше торцов корпусов толкателей в плоскости, перпендикулярной осям шарнирных соединений, соседние панели выполнены контактирующими установленными в конических гнездах сферами, первая панель дополнительно выполнена взаимодействующей с рамой посредством контактирующих с боковой конической поверхностью пазов, выполненных с осями, перпендикулярными осям шарнирных соединений, сферических наконечников, запорные устройства выполнены в виде упоров с эллиптическими отверстиями и подпружиненных фиксаторов, установленных с возможностью стопорения панелей относительно друг друга и первой панели относительно рамы при раскрытом положении батареи, при этом малая ось каждого эллиптического отверстия равна диаметру фиксатора, а большая ось выполнена больше упомянутого диаметра фиксатора и расположена в плоскости, проходящей через центр эллиптического отверстия и ось его вращения, шкивы закреплены на панелях и раме, приводной механизм выполнен в виде закрепленного на кронштейне, имеющем стопорные отверстия и устанавливаемом на космическом аппарате, приводного шкива, выполненного диаметром, обеспечивающим необходимое раскрытие панелей, и соединенного тросовой передачей с промежуточным шкивом, установленным на первой панели, двигателя, закрепленного на кронштейне и скрепленного своим подвижным элементом с рамой, снабженной подпружиненными стопорными пальцами, выполненными с возможностью фиксации в стопорных отверстиях кронштейна при раскрытом положении батареи, причем стопорные отверстия выполнены эллиптическими с малой осью, равной диаметру стопорного пальца, а большой осью - больше упомянутого диаметра стопорного пальца в плоскости, проходящей через центр стопорного отверстия и ось вращения стопорного пальца при их взаимодействии.

Солнечная батарея по варианту 1 поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид двух солнечных батарей, установленных в сложенном положении на космическом аппарате симметрично относительно его оси, на фиг.2 - вид по стрелке А их раскрытого положения. На фиг.5, 6 показаны выносные элементы Б, В в увеличенном масштабе, на фиг.7 - раскрытое положение солнечной батареи, изображенной в сложенном положении на виде Б. На фиг.11, 13, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 27, 28 показаны соответственно виды Ж, И, выносные элементы Л, М в увеличенном масштабе, разрезы Н-Н, С-С, Т-Т, У-У, сечения Ю-Ю, Я-Я. На фиг.29, 30 и 31, 32, 33, 34 изображены соответственно выносной элемент A₁, вид Б₁ и выносные элементы B₁, Г₁, Д₁, E₁. На фиг.35, 36, 37, 38, 39 изображены соответственно разрезы Ж₁-Ж₁, З₁-З₁, выносной элемент И₁, виды K₁, Л₁. На фиг.40, 41, 42, 43 показаны: разрез M₁-M₁, виды H₁, П₁, разрез P₁-P₁ соответственно.

Вариант 2 заявленной солнечной батареи поясняется чертежами, где на фиг.3 изображен общий вид двух солнечных батарей, установленных в сложенном положении на космическом аппарате симметрично относительно его оси, на фиг.4 - вид по стрелке Г их раскрытого положения. На фиг.8, 9 показаны выносные элементы Д, Е в увеличенном масштабе, на фиг.10 - раскрытое положение солнечной батареи, изображенной в сложенном положении на виде Д. На фиг.12, 14, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28 показаны соответственно виды 3, К, выносные элементы Ф, Ц в увеличенном масштабе, разрезы Ч-Ч, Ш-Ш, Щ-Щ, Э-Э, сечения Ю-Ю, Я-Я. На фиг.29, 30 и 31, 32, 33, 34 изображены соответственно выносной элемент A₁, вид Б₁ и выносные элементы B₁, Г₁, Д₁, E₁. На фиг.35, 36, 37, 38, 39 изображены соответственно разрезы Ж₁-Ж₁, З₁-З₁, выносной элемент И₁, виды K₁, Л₁. На фиг.40, 41, 42, 43 показаны: разрез M₁-M₁, виды H₁, П₁, разрез P₁-P₁ соответственно.

Солнечная батарея по варианту 1 содержит первую 1, среднюю 2 и последнюю 3 панели, соединенные между собой, а первой панелью 1 с рамой 4 расположенными по краям соосными шарнирными соединениями. Каждое шарнирное соединение содержит оси 5, 6, неподвижно установленные в опорах 7, 8 на панелях 1, 2, 3 и опорах 9, 10 на раме 4 параллельно друг другу. Относительно опор 11, 12 оси установлены подвижно посредством подшипников 13. На свободных торцах осей 5, 6 закреплены при помощи, например, шлицев и гайки 14 шайбы 15. Приводные пружины 16 выполнены в виде пружин кручения, установленных свободными концами в отверстиях опор 11, 12 и шайб 15. Оси, расположенные с одной стороны панелей, снабжены шайбами 17, установленными между опорами 7, 8, обеспечивая возможность совместного смещения панелей. На опорах 7 панелей и опор 9 рамы закреплены шкивы 18, что способствует снижению изгибающего момента на оси. Оси 5, 6 зафиксированы соответственно в шкивах 18 и с внешней стороны самих опор 7 панелей и опор 9 рамы, не соединенных со шкивами. Шкивы попарно соединены закрепленными в них тросами 19. Рама 4 скреплена с осью 20, установленной в подшипниках 21 в кронштейне 22, установленном на космическом аппарате 23. Солнечная батарея снабжена пирочеками 24, установленными на скрепленных с космическим аппаратом двух кронштейнах 25 и двух кронштейнах 26. Пирочеки имеют пиропатроны 27 и стержни 28. С панелью 3 посредством шарнирного подшипника скреплена тяга 29, выполненная регулируемой длины для обеспечения необходимого усилия стягивания панелей. В тяге закреплено наружное кольцо 30 шарнирного подшипника, внутреннее кольцо 31 которого взаимодействует со стержнем 28 пирочеки 24. С проушинами 32 панели 3 скреплены втулки 33, на которых располагается пружина 34, взаимодействующая своей скобой 35 с тягой 29. На кронштейнах 25, 26 установлены толкатели 36, снабженные расположенными внутри пальцами 37 с пружинами 38. Торец 39 корпуса толкателя и законцовка 40 пальца 37 выполнены сферическими. Сферический торец 39 толкателя взаимодействует с коническими отверстиями 41, 42 соответственно на первой панели 1 и раме 4, при этом в плоскости, перпендикулярной осям шарнирных соединений, торец 39 установлен в отверстиях 42 с зазорами δ. Законцовка 40 пальца контактирует с дном отверстий 41, 42. Панели надежно взаимодействуют между собой установленными в конических гнездах 43 сферами 44. Первая панель 1 дополнительно взаимодействует с рамой 4 посредством контактирующих с боковой конической поверхностью пазов 45, выполненных с осями, перпендикулярными осям шарнирных соединений, сферических наконечников 46. Солнечная батарея снабжена запорными устройствами, выполненными в виде упоров 47, установленных на панели 2, и 48 - на раме 4 с коническим носком 49 и эллиптическими отверстиями 50 и фиксаторов 51 с пружинами 52, зафиксированными внутри корпусов 53, 54, установленных на панелях. Малая ось эллиптического отверстия 50 равна диаметру фиксатора 51, а большая ось выполнена больше упомянутого диаметра фиксатора на величину гарантированных зазоров δ₁ и расположена в плоскости, проходящей через центр отверстия 50 и ось его вращения относительно оси шарнирного соединения. Приводной механизм содержит неподвижно установленные на кронштейне 22 приводные шкивы 55, соединенные тросами 56 с промежуточными шкивами 57, закрепленными на первой панели 1. Дополнительное взаимодействие рамы 4 с панелью достигается посредством пальцев 58, установленных в пластинах 59, 60, скрепленных с панелью 1, и взаимодействующих с подшипниками 61, установленными в чашках 62 рамы 4. Приводные шкивы 55 выполнены диаметром, необходимым для полного раскрытия и фиксации панелей. На кронштейне 22 подвижно установлен при помощи вала 63 подкос 64 с проушиной 65 и опорой 66. Посредством вала 67 в подкосе 64 и вала 68 с осью Р в вилке 69 рамы 4 установлена стойка 70 с регулируемым упором 71 и регулирующей положение подкоса относительно рамы 4 проушиной 72. Стойка 70 соединена тросиком 73 и пружинами 74 с проушинами 65 подкоса 64. Оси вращения валов 63 и 67 образуют плоскость П.

Работает солнечная батарея по варианту 1 следующим образом. В сложенном положении панели 1, 2, 3 и рама 4 удерживаются расположенными со стороны приводных пружин 16 четырьмя тягами 29, скрепленными с последней панелью 3 и взаимодействующими внутренними кольцами 31 шарнирных подшипников со стержнями 28 пирочек 24, установленных на кронштейнах 25, 26. После поступления команды на раскрытие срабатывают пиропатроны 27, стержни перемещаются внутри пирочек 24 и освобождают внутренние кольца 31 шарнирных подшипников. Пальцы 37 толкателей 36 под действием пружин 38 сообщают начальный импульс перемещению рамы 4 и первой панели 1. Приводные пружины 16 и пружины 74 начинают раскладывать батарею, отводя панели 1, 2, 3 друг от друга, а раму 4 от космического аппарата 23 и первой панели 1. Шкивы 18, соединенные тросами 19, и приводные шкивы 55, соединенные тросами 56 с промежуточными шкивами 57, закрепленными на первой панели 1, синхронизируют движение панелей и рамы. Тяги 29, вращаясь в сторону, противоположную направлению раскрытия батареи, и снижая ударный импульс, занимают положение, исключающее их взаимодействие с панелями. После того, как панели займут горизонтальное положение, фиксаторы 51 гарантированно попадают в отверстия 50 упоров 47, 48, фиксируя панели относительно друг друга. Стойка 70 вращается до тех пор, пока ось Р вала 68 не пересечет плоскость П с образованием некоторого угла δ₂, а регулируемый упор 71 не упрется в опору 66, фиксируя положение рамы.

Солнечная батарея по варианту 2 содержит первую 1, среднюю 2 и последнюю 3 панели, соединенные между собой, а первой панелью 1 с рамой 4 расположенными по краям соосными шарнирными соединениями. Каждое шарнирное соединение содержит оси 5, 6, неподвижно установленные в опорах 7, 8 на панелях 1, 2, 3 и опорах 9, 10 на раме 4 параллельно друг другу. Относительно опор 11, 12 оси установлены подвижно посредством подшипников 13. На свободных торцах осей 5, 6 закреплены при помощи, например, шлицев и гайки 14 шайбы 15. Приводные пружины 16 выполнены в виде пружин кручения, установленных свободными концами в отверстиях опор 11, 12 и шайб 15. Оси, расположенные с одной стороны панелей, снабжены шайбами 17, установленными между опорами 7, 8, обеспечивая возможность совместного смещения панелей. На опорах 7 панелей и 9 рамы закреплены шкивы 18, что способствует снижению изгибающего момента на оси. Оси 5, 6 зафиксированы соответственно в шкивах 18 и с внешней стороны самих опор 7 панелей и опор 9 рамы, не соединенных со шкивами. Шкивы попарно соединены закрепленными в них тросами 19. Рама 4 скреплена с осью 20, установленной в подшипниках 21 в кронштейне 22, установленном на космическом аппарате 23. Солнечная батарея снабжена пирочеками 24, установленными на скрепленных с космическим аппаратом двух кронштейнах 25 и двух кронштейнах 26. Пирочеки имеют пиропатроны 27 и стержни 28. С панелью 3 посредством шарнирного подшипника скреплена тяга 29, выполненная регулируемой длины для обеспечения необходимого усилия стягивания панелей. В тяге закреплено наружное кольцо 30 шарнирного подшипника, внутреннее кольцо 31 которого взаимодействует со стержнем 28 пирочеки 24. С проушинами 32 панели 3 скреплены втулки 33, на которых располагается пружина 34, взаимодействующая своей скобой 35 с тягой 29. На кронштейнах 25, 26 установлены толкатели 36, снабженные расположенными внутри пальцами 37 с пружинами 38. Торец 39 корпуса толкателя и законцовка 40 пальца 37 выполнены сферическими. Сферический торец 39 толкателя взаимодействует с коническими отверстиями 41, 42 соответственно на первой панели 1 и раме 4, при этом в плоскости, перпендикулярной осям шарнирных соединений, торец 39 установлен в отверстиях 42 с зазорами δ. Законцовка 40 пальца контактирует с дном отверстий 41, 42. Панели надежно взаимодействуют между собой установленными в конических гнездах 43 сферами 44. Первая панель 1 дополнительно взаимодействует с рамой 4 посредством контактирующих с боковой конической поверхностью пазов 45, выполненных с осями, перпендикулярными осям шарнирных соединений, сферических наконечников 46. Солнечная батарея снабжена запорными устройствами, выполненными в виде упоров 47, установленных на панели 2, и 48 - на раме 4 с коническим носком 49 и эллиптическими отверстиями 50 и фиксаторов 51 с пружинами 52, зафиксированными внутри корпусов 53, 54, установленных на панелях. Малая ось эллиптического отверстия 50 равна диаметру фиксатора 51, а большая ось выполнена больше упомянутого диаметра фиксатора на величину гарантированных зазоров δ₁ и расположена в плоскости, проходящей через центр отверстия 50 и ось его вращения относительно оси шарнирного соединения. Приводной механизм содержит неподвижно установленный на кронштейне 22 приводной шкив 75, соединенный тросами 76 с промежуточным шкивом 77, закрепленным на первой панели 1. Дополнительное взаимодействие рамы 4 с панелью 1 достигается посредством пальца 78, установленного в пластинах 79,80, скрепленных с панелью 1, и взаимодействующего с подшипником 81, установленным в чашке 82 рамы 4. Приводной шкив 75 выполнен диаметром, необходимым для полного раскрытия и фиксации панелей. На кронштейне 22 закреплен двигатель 83, подвижный элемент 84 которого соединен с насадкой 85 оси 20. Рама снабжена стопорными пальцами 86 с пружиной 87. В кронштейне 22 выполнены эллиптические стопорные отверстия 88 с малой осью, равной диаметру стопорного пальца 86, а большой осью - больше упомянутого диаметра стопорного пальца 86 на величину зазоров δ₃ в плоскости, проходящей через центр стопорного отверстия 88 и ось вращения стопорного пальца 86 при их взаимодействии.

Работает солнечная батарея по варианту 2 следующим образом. В сложенном положении панели 1, 2, 3 и рама 4 удерживаются расположенными со стороны приводных пружин 16 четырьмя тягами 29, скрепленными с последней панелью 3 и взаимодействующими внутренними кольцами 31 шарнирных подшипников со стержнями 28 пирочек 24, установленных на кронштейнах 25, 26. После поступления команды на раскрытие срабатывают пиропатроны 27, стержни перемещаются внутри пирочек 24 и освобождают внутренние кольца 31 шарнирных подшипников. Пальцы 37 толкателей 36 под действием пружин 38 сообщают начальный импульс перемещению рамы 4 и первой панели 1. После команды двигатель 83 и приводные пружины 16 начинают раскладывать батарею, отводя панели 1,2,3 друг от друга, а раму 4 от космического аппарата 23 и первой панели 1. Шкивы 18, соединенные тросами 19, и приводной шкив 75, соединенный тросами 76 с промежуточным шкивом 77, закрепленным на первой панели 1, синхронизируют движение панелей и рамы. Тяги 29, вращаясь в сторону, противоположную направлению раскрытия батареи, и снижая ударный импульс, занимают положение, исключающее их взаимодействие с панелями. После того, как панели займут горизонтальное положение, фиксаторы 51 гарантированно попадают в отверстия 50 упоров 47, 48, фиксируя панели относительно рамы, а стопорные пальцы 86 гарантированно попадают в стопорные отверстия 88, фиксируя положение рамы относительно космического аппарата.

Таким образом, надежное удержание, раскрытие и фиксация панелей в условиях возникающих нагрузок повышают надежность конструкции солнечной батареи по варианту 1 и 2.