一种用于立方星离轨的标准模块化阻力帆装置

1.本发明涉及航天技术领域，特别是立方星降轨技术领域，具体为一种用于立方星离轨的标准模块化空间可展开阻力帆装置。


背景技术：

2.立方星具有质量较小、结构较简单、成本低廉、研发周期短和功能密度高等优点，可以进一步组网，以分布式的星座形成“虚拟大卫星”，主要用于通信、对地遥感、科学研究等。随着现代科技的更新发展，立方星的使用会更加频繁。但立方星能够携带的燃料少，工作时间较短。达到工作寿命后如果不能及时清理，将会占用宝贵的空间轨道资源，威胁其他在轨航天器的正常运行。
3.2007年，机构间空间碎片协调委员会(iadc)出版了《空间碎片减缓指南》，建议航天器在完成任务后25年内或者入轨后30年内应离开运行轨道。同时，我国国防科工局也出台了《空间碎片减缓与防护管理办法》等文件，要求低轨卫星应具备主动离轨能力。阻力帆技术是目前最适合立方星降轨的一种降轨方法。因此，秉承可持续发展的理念，设计适用于立方星快速离轨的空间可展开阻力帆具有深刻的现实意义，对维护空间环境，为人类更好地利用太空，保护空间资源有着重要的作用。如天仪研究院自主研制的“青藤之星”(天仪spacety.天仪研究院第六次太空任务发射成功[db/ol].[2019-05-01].https://mp.weixin.qq.com/s/vocmkcy-lzb_s28at9jkpw)携带的阻力帆装置，展开面积为0.7m2，可以使卫星在6～12个月内离轨。“青藤之星”于2019年1月发射入轨。
[0004]
目前常见的阻力帆设计均针对于某种特定的展开布局，范例如下：
[0005]
中国专利申请号为：201620485944.7公开的一种阻力帆设计，该阻力帆设计的展开方式为平面径向展开布局，该阻力帆布局的优势在于整体结构简单，且支撑杆切向的伸出方向十分契合单一的中心转轴结构，可以尽可能减少带状卷尺弹簧反曲的问题，但是其局限性也较为明显，首先，该阻力帆设计展开后位于同一平面不具备气动自稳定特性，对卫星的姿态控制系统要求较高，其次带状卷尺弹簧展开过程迅速且不受控，易出现膨胀卡死的现象，最后，从帆膜的角度来说，切向展开方式会造成帆膜两侧受力不均匀，产生内力不对称的情况，易使单侧帆膜先行出现破损。因此，该阻力帆无法适配于一些成本较低，姿态控制系统不完善的立方星。
[0006]
中国专利申请号为：202010293058.5公开的一种阻力帆设计，该阻力帆为一种具有气动自稳定布局的阻力帆，相较于上段所述的阻力帆设计，该阻力帆不存在帆膜受力不对称的问题，且气动自稳定设计的存在降低了对立方星的要求，但是相较于前者，该阻力帆在相同条件下的帆膜面积较小，且存在底板空间利用率不足，传动机构较复杂的问题，同时当立方星姿态控制系统较完善时，气动自稳定设计便没有其设计的必要性，也成为了阻力帆帆膜面积的限制因素。
[0007]
综合上述专利，我们不难看出不同的立方星，适用于不同的展开布局，但是目前阻力帆设计在展开方式上没有实现标准模块化，不同的展开布局所适用的阻力帆结构各不相
同，在确定展开布局后，设计人员不得不为不同的立方星方案设计不同阻力帆结构，无形中延长了设计过程，增加了设计周期。


技术实现要素：

[0008]
针对现有技术存在的问题，本发明提出一种用于立方星离轨的标准模块化阻力帆装置，能够利用标准展开单元装配为不同的展开布局，实现上述的平面径向展开布局与气动自稳定布局之间的转化，以便于适配于多种立方星的离轨需求，提高阻力帆设计的模块化，标准化程度，大大提高了其应用范围，节省了针对不同的立方星方案设计不同阻力帆结构的时间。
[0009]
本发明的技术方案为：
[0010]
所述一种用于立方星离轨的标准模块化阻力帆装置，包括四组标准展开单元、标准展开单元底板、驱动系统、帆箱、阻力帆外壳和解锁装置；
[0011]
所述标准展开单元包括展开单元转轴、用于撑开阻力帆的支撑杆、展开单元转轴保护壳以及展开单元外壳；
[0012]
所述展开单元转轴两端通过轴承安装在所述展开单元外壳上；所述展开单元转轴保护壳两端固定安装在所述展开单元外壳上，且所述展开单元转轴保护壳上具有供支撑杆伸出的支撑杆槽，所述支撑杆槽的长度方向与所述展开单元转轴轴向平行；所述支撑杆绕在所述展开单元转轴上，当所述展开单元转轴转动时，所述支撑杆能够从所述支撑杆槽伸出；
[0013]
所述展开单元外壳上具有两组连接结构，用于将所述标准展开单元固定在标准展开单元底板与帆箱底板之间，从而能够利用标准展开单元实现平面径向展开布局以及气动自稳定布局；
[0014]
当采用平面径向展开布局时，四组所述标准展开单元分别布置在标准展开单元底板的四角位置，且每组标准展开单元的展开单元转轴垂直于标准展开单元底板平面；对角布置的两组标准展开单元各自的支撑杆槽中心线与标准展开单元底板的一条对角线共面，且支撑杆槽朝向外部；
[0015]
当采用气动自稳定布局时，四组所述标准展开单元分别布置在标准展开单元底板四边中间位置，且每组标准展开单元的展开单元转轴平行于标准展开单元底板对应边；各组标准展开单元中，支撑杆槽中心线与展开单元转轴中心轴线所形成的平面与标准展开单元底板平面的夹角相同，且支撑杆槽均朝向外部靠近帆箱的一侧；
[0016]
所述驱动机构能够带动四组标准展开单元的展开单元转轴同步旋转，使四组标准展开单元的支撑杆同步从对应的支撑杆槽中伸出；
[0017]
所述帆箱具有帆箱底板和帆箱隔板；帆箱隔板呈十字分布，固定在帆箱底板上侧，当采用平面径向展开布局时，帆箱隔板与标准展开单元底板的两条对角线对应重合，当采用气动自稳定布局时，帆箱隔板与标准展开单元底板的四条边对应垂直；
[0018]
所述阻力帆外壳包覆在标准展开单元底板、展开单元、驱动系统和帆箱外侧，并能够在解锁装置作用下打开，露出帆箱及标准展开单元。
[0019]
进一步的，所述展开单元外壳采用由展开单元左侧外壳、展开单元后侧外壳以及展开单元右侧外壳组成的凹字型敞开结构；
[0020]
所述展开单元左侧外壳中部设置有轴承孔，用于安装轴承，并与展开单元转轴一端配合；
[0021]
在所述展开单元左侧外壳壁面上还开有多组插孔，所有插孔中心处于以轴承孔中心为圆心的同一圆弧上；所述插孔用于与所述展开单元转轴保护壳一侧端面的插销配合，将所述展开单元转轴保护壳与所述展开单元左侧外壳连接；存在一组插孔，使得当该组插孔与所述插销配合后，在所述展开单元外壳以平面径向展开布局形式安装到标准展开单元底板上时，对角布置的两组展开单元各自的支撑杆槽中心线与标准展开单元底板的一条对角线共面；而其余各组插孔，能够使得当某一组插孔与所述插销配合后，在所述展开单元外壳以气动自稳定布局形式安装到标准展开单元底板上时，支撑杆伸出的后掠角满足相应要求；
[0022]
所述展开单元左侧外壳外侧壁面上还有用于与标准展开单元底板或帆箱底板连接的连接孔，以及与展开单元后侧外壳一侧连接的连接孔；
[0023]
所述展开单元右侧外壳与所述展开单元左侧外壳为镜像对称结构，用于与展开单元转轴另一端、展开单元转轴保护壳另一侧端面以及展开单元后侧外壳另一侧连接；
[0024]
所述展开单元左侧外壳或所述展开单元右侧外壳的某一侧边具有t型凸起，用于与标准展开单元底板上的滑槽配合，实现所述展开单元外壳以气动自稳定布局形式安装到标准展开单元底板上，所述t型凸起的长度方向垂直于所述展开单元后侧外壳平面；
[0025]
所述展开单元后侧外壳顶边具有与标准展开单元底板或帆箱底板连接的连接孔。
[0026]
进一步的，所述展开单元左侧外壳、所述展开单元右侧外壳以及所述展开单元后侧外壳中用于与标准展开单元底板或帆箱底板连接的连接孔均采用在外壳端面上布置立方体凸块，并在立方体凸块中设置连接孔的方式实现。
[0027]
进一步的，所述标准展开单元底板为正方形底板，在四角位置布置有轴承孔，并在四条边上设置有垂直于对应边的滑槽，用于与所述t型凸起配合。
[0028]
进一步的，所述驱动系统包括减速电机、电机座、电机齿轮、四个连接轴齿轮以及四个连接轴，还包括四组锥齿轮组；所述减速电机通过电机座安装在标准展开单元底板中心位置，电机齿轮以及四个连接轴齿轮布置在标准展开单元底板背面，四个连接轴齿轮布置在电机齿轮四周，通过减速电机带动电机齿轮转动，从而驱动四个连接轴齿轮同步转动；所述连接轴齿轮安装在连接轴一端，所述连接轴通过轴承与所述标准展开单元底板四角位置布置的轴承孔配合；
[0029]
当采用平面径向展开布局时，所述连接轴与某一展开单元的展开单元转轴同轴固定连接，通过连接轴能够带动展开单元转轴同步转动；
[0030]
当采用气动自稳定布局时，所述连接轴顶部与对应展开单元的展开单元转轴端部通过一组锥齿轮组配合，从而通过连接轴带动展开单元转轴同步转动。
[0031]
进一步的，所述阻力帆外壳为由四扇外壳门板、外壳底板、外壳顶板、外壳门板合页组成立方体结构，共同形成了整个装置的外包络；所述外壳顶板固定在帆箱隔板上侧；所述外壳底板连接在标准展开单元底板下侧；四扇外壳门板下边沿与所述外壳底板四边通过外壳门板合页连接，四扇外壳门板上边沿设置有圆孔，通过穿过圆孔的绑线与外壳顶板连接；所述解锁装置能够切断绑线，实现所述阻力帆外壳的解锁。
[0032]
进一步的，所述解锁装置采用热刀熔断解锁装置。
[0033]
进一步的，所述支撑杆采用双稳态复合材料支撑杆。
[0034]
有益效果
[0035]
本发明的有益效果为：
[0036]
1、相较于目前单一布局形式的阻力帆设计，本发明通过采用标准化、模块化的标准展开单元，利用标准展开单元的不同安装方式，就能够便捷的实现不同布局形式的阻力帆，能够适应更多任务要求，适配于更多的不同配置的立方星。
[0037]
2、本发明通过采用标准化、模块化的标准展开单元，能够简化立方星的方案设计过程，缩短立方星的设计周期。
[0038]
3、本发明通过采用标准化、模块化的标准展开单元，易于实现大批次生产，节约立方星发射成本。
[0039]
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
[0040]
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0041]
图1为本发明标准展开单元20的立体结构示意图
[0042]
图2为本发明标准展开单元20的爆炸视图
[0043]
图3为本发明展开单元转轴保护壳5装配示意图
[0044]
图4为本发明标准展开装置底板结构示意图
[0045]
图5为本发明传动装置示意图
[0046]
图6为本发明径向展开布置方式的结构示意图
[0047]
图7为本发明自稳定布置方式的结构示意图
[0048]
图8为本发明在自稳定布置方式下的立体结构示意图
[0049]
图9为本发明在径向展开布置方式下的立体结构示意图
[0050]
图10为本发明折叠状态的立体结构示意图
[0051]
图11为本发明径向展开布置方式展开示意图
[0052]
图12为本发明自稳定布置方式展开示意图
[0053]
其中：1为展开单元左侧外壳、2为展开单元后侧外壳、3为展开单元右侧外壳、4为展开单元转轴、5为展开单元保护壳、6为展开单元轴承、7为减速电机、8为电机座、9为标准展开装置底板、10为展开装置底板滑槽、11为滑槽挡板、12为展开装置底板轴承、13为轴承压盖、14为连接轴、15为连接轴齿轮、16为电机齿轮、17为锥齿轮组、18为帆箱底板、19为帆箱隔板、20为标准展开单元、21为外壳门板、22为外壳底板、23为外壳顶板、24为外壳门板合页。
具体实施方式
[0054]
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0055]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0056]
本实施例提出了一种高标准化，高模块化的阻力帆，不需要额外的设计修改流程，通过使用标准模块化展开装置，就能够实现平面布局与气动自稳定布局之间的转化，大大提高了其应用范围，节省了针对不同的立方星方案设计不同阻力帆结构的时间。
[0057]
该用于立方星离轨的标准模块化阻力帆装置，包括四组标准展开单元、标准展开单元底板、驱动系统、帆箱、阻力帆外壳和解锁装置。
[0058]
如图1～图3所示，所述标准展开单元的外包络大体为长方体，包括展开单元转轴、用于展开阻力帆的双稳态复合材料支撑杆、展开单元转轴保护壳以及展开单元外壳。
[0059]
所述展开单元转轴两端通过轴承安装在所述展开单元外壳上；所述展开单元转轴保护壳两端固定安装在所述展开单元外壳上，且所述展开单元转轴保护壳上具有供支撑杆伸出的支撑杆槽，所述支撑杆槽的长度方向与所述展开单元转轴轴向平行；所述支撑杆绕在所述展开单元转轴上，当所述展开单元转轴转动时，所述支撑杆能够从所述支撑杆槽伸出。
[0060]
所述展开单元外壳上具有两组连接结构，用于将所述标准展开单元固定在标准展开单元底板与帆箱底板之间，从而能够利用标准展开单元实现平面径向展开布局以及气动自稳定布局；
[0061]
当采用平面径向展开布局时，四组所述展开单元分别布置在标准展开单元底板的四角位置，且每组展开单元的展开单元转轴垂直于标准展开单元底板平面；对角布置的两组展开单元各自的支撑杆槽中心线与标准展开单元底板的一条对角线共面，且支撑杆槽朝向外部。
[0062]
当采用气动自稳定布局时，四组所述展开单元分别布置在标准展开单元底板四边中间位置，且每组展开单元的展开单元转轴平行于标准展开单元底板对应边；各组展开单元中，支撑杆槽中心线与展开单元转轴中心轴线所形成的平面与标准展开单元底板平面的夹角相同，且支撑杆槽均朝向外部靠近帆箱的一侧。
[0063]
本实施例中，所述展开单元外壳采用由展开单元左侧外壳、展开单元后侧外壳以及展开单元右侧外壳组成的凹字型敞开结构。
[0064]
所述展开单元左侧外壳中部设置有轴承孔，用于安装展开单元轴承，并与展开单元转轴一端配合。
[0065]
在所述展开单元左侧外壳壁面上还开有四组插孔，所有插孔中心处于以轴承孔中心为圆心的同一圆弧上；所述插孔用于与所述展开单元转轴保护壳一侧端面的插销配合，将所述展开单元转轴保护壳与所述展开单元左侧外壳连接。
[0066]
如图3中黑色标注出的一组插孔，当该组插孔与所述插销配合后，在所述展开单元外壳以平面径向展开布局形式安装到标准展开单元底板上时，对角布置的两组展开单元各自的支撑杆槽中心线与标准展开单元底板的一条对角线共面；而其余三组插孔用于调整阻力帆后掠角，即当某一组插孔与所述插销配合后，在所述展开单元外壳以气动自稳定布局
形式安装到标准展开单元底板上时，支撑杆伸出的后掠角满足相应要求。
[0067]
所述展开单元左侧外壳外侧壁面上还有用于与标准展开单元底板或帆箱底板连接的连接孔，以及与展开单元后侧外壳一侧连接的连接孔。
[0068]
所述展开单元右侧外壳与所述展开单元左侧外壳为镜像对称结构，用于与展开单元转轴另一端、展开单元转轴保护壳另一侧端面以及展开单元后侧外壳另一侧连接。
[0069]
所述展开单元后侧外壳顶边具有与标准展开单元底板或帆箱底板连接的连接孔。
[0070]
本实施例中，所述展开单元左侧外壳、所述展开单元右侧外壳以及所述展开单元后侧外壳中用于与标准展开单元底板或帆箱底板连接的连接孔均采用在外壳端面上布置立方体凸块，并在立方体凸块中设置连接孔的方式实现。
[0071]
所述展开单元左侧外壳或所述展开单元右侧外壳的某一侧边具有t型凸起，用于与标准展开单元底板上的滑槽配合，实现所述展开单元外壳以气动自稳定布局形式安装到标准展开单元底板上；且所述t型凸起的长度方向垂直于所述展开单元后侧外壳平面，确保安装方位要求。
[0072]
如图2所示，标准展开单元的装配流程为：首先将展开单元轴承装配至位于展开单元左侧外壳和展开单元右侧外壳中部的轴承孔中，随后将展开单元转轴插入展开单元轴承内，同时将展开单元后侧外壳与展开单元左侧外壳配合，形成单侧的完整配合。如图3所示，在实现了单侧配合后，安装展开单元转轴保护壳，将展开单元转轴保护壳侧面的圆柱体插销插入展开单元左侧外壳上的多组插孔中的一组插孔内，如前文所述：当需实现平面径向展开布局时，选择将展开单元转轴保护壳支撑杆槽处的圆柱体插销(即图3中黑色突起)与最边缘一组插孔(即图3中黑色孔洞)配合，在此形式下支撑杆槽中心将与标准展开单元底板的对角线共面，支撑杆将会从底板径向伸出，实现平面径向展开。当需实现气动自稳定展开布局时，选择将展开单元转轴保护壳支撑杆槽处的圆柱体插销(即图3中黑色突起)与某一组插孔配合，在此种形式下选择不同的插孔会使支撑杆槽中心线和展开单元转轴中心轴线组成的平面呈现出不同的角度，使支撑杆获得可以调整的后掠角大小，以满足不同的任务要求。最后，在展开单元转轴保护壳与标准展开单元单侧完成配合后，将展开单元右侧外壳与前者进行装配，完成标准展开单元的组装。该流程仅为示例性流程，可进行合理的调整与修改。
[0073]
如图4所示，所述标准展开单元底板为正方形底板，在四角位置设置有用于装配展开装置底板轴承的轴承孔，该轴承孔低于底板上表面，展开装置底板轴承上方为轴承压盖，用于限制轴承的位置。在标准展开单元底板四条边上设置有垂直于对应边的滑槽，用于与所述t型凸起配合，并通过滑槽与滑槽挡板相配合限制标准展开单元的运动。在气动自稳定展开布局下，展开装置底板滑槽与展开单元左侧外壳下部t型凸起配合，在平面径向展开布局下展开装置底板滑槽不起作用。
[0074]
所述驱动机构能够带动四组标准展开单元的展开单元转轴同步旋转，使四组标准展开单元的支撑杆同步从对应的支撑杆槽中伸出。
[0075]
如图4和图5所示，本实施例中，所述驱动系统包括减速电机、电机座、电机齿轮、四个连接轴齿轮以及四个连接轴，还包括四组锥齿轮组。所述减速电机通过电机座安装在标准展开单元底板中心位置，电机齿轮以及四个连接轴齿轮布置在标准展开单元底板下侧面，四个连接轴齿轮布置在电机齿轮四周，通过减速电机带动电机齿轮转动，从而驱动四个
连接轴齿轮同步转动；所述连接轴齿轮安装在连接轴一端，所述连接轴通过轴承与所述标准展开单元底板四角位置布置的轴承孔配合。
[0076]
当采用平面径向展开布局时，所述连接轴与某一展开单元的展开单元转轴同轴固定连接，通过连接轴能够带动展开单元转轴同步转动。
[0077]
当采用气动自稳定布局时，所述连接轴顶部与对应展开单元的展开单元转轴端部通过一组锥齿轮组配合，从而通过连接轴带动展开单元转轴同步转动。
[0078]
所述帆箱具有帆箱底板和帆箱隔板；帆箱隔板呈十字分布，固定在帆箱底板上侧，当采用平面径向展开布局时，帆箱隔板与标准展开单元底板的两条对角线对应重合，当采用气动自稳定布局时，帆箱隔板与标准展开单元底板的四条边对应垂直。
[0079]
所述阻力帆外壳包覆在标准展开单元底板、展开单元、驱动系统和帆箱外侧，并能够在解锁装置作用下打开。
[0080]
本实施例中，所述阻力帆外壳为由四扇外壳门板、外壳底板、外壳顶板、外壳门板合页组成立方体结构，共同形成了整个装置的外包络；所述外壳顶板固定在帆箱隔板上侧；所述外壳底板连接在标准展开单元底板下侧，通过短轴相连接，在标准展开装置底板下部形成一个空间用于放置电机齿轮和连接轴齿轮；四扇外壳门板下边沿与所述外壳底板四边通过外壳门板合页连接，四扇外壳门板上边沿设置有圆孔，通过穿过圆孔的绑线与外壳顶板连接；所述解锁装置能够切断绑线，实现所述阻力帆外壳的解锁。本实施例中，所述解锁装置采用热刀熔断解锁装置，布置于外壳顶板上，用于熔断与外壳门板连接的绑线。
[0081]
图6和图7分别展示了平面径向展开布局与气动自稳定展开布局中标准展开单元与标准展开装置底板的连接方式。
[0082]
对于平面径向展开布局，标准展开单元的布置方式为：标准展开单元在完成装配后，展开单元转轴将超出展开单元右侧外壳的外侧平面，将转轴超出的部分插入装配于标准展开装置底板上的连接轴，并利用螺钉将连接轴与展开单元转轴同轴连接，同时利用展开单元右侧外壳的和标准展开装置底板上的相对应的螺孔将标准展开单元的位置固定，至此便实现了利用减速电机的旋转带动连接轴的旋转，再带动展开单元转轴的转动。
[0083]
对于气动自稳定展开布局，标准展开单元的布置方式为：首先利用展开装置底板滑槽与展开单元左侧外壳下部t型突起配合，将标准展开单元推至展开装置底板滑槽的最末端，然后将滑槽挡板安置连接于标准展开装置底板侧面凹槽内，用以限制标准展开单元的位移；对于此布局下的传动过程设计如下：将展开单元转轴超出展开单元右侧外壳外侧的部分与锥齿轮组相连接，同时锥齿轮组也连接在连接轴上，两端锥齿轮相啮合，以实现连接轴带动展开单元转轴的转动，至此便实现了气动自稳定展开布局。
[0084]
图8和图9为两种布局的整体结构示意图，主要说明帆箱布置方式，两种布局方式所需的帆箱隔板角度不同，但满足同一原则，即帆箱隔板的隔板方向与支撑杆伸出方向相同。在两种布局下，帆箱底板的位置没有区别，只需与标准展开单元的对应螺孔相配合即可。
[0085]
如图10所示，本实施例中的阻力帆收起状态为一102mm*102mm*75mm的长方体(此示例与1u立方星相适配，但本发明不局限于目前示例中所呈现的尺寸)，该形状易于与立方星形成装配，且不影响立方星的整体形状。
[0086]
图11和图12为两种布局下的展开示意图，图中利用黑色直线代替支撑杆结构。
[0087]
至此，本发明的装配过程与原理以尽可能阐释清楚，但可以理解的是，以上叙述均为示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的技术人员可以在该发明的原理上，对该实例进行修改，变化，替换和变型。

技术特征：
1.一种用于立方星离轨的标准模块化阻力帆装置，其特征在于：包括四组标准展开单元、标准展开单元底板、驱动系统、帆箱、阻力帆外壳和解锁装置；所述标准展开单元包括展开单元转轴、用于展开阻力帆的支撑杆、展开单元转轴保护壳以及展开单元外壳；所述展开单元转轴两端通过轴承安装在所述展开单元外壳上；所述展开单元转轴保护壳两端固定安装在所述展开单元外壳上，且所述展开单元转轴保护壳上具有供支撑杆伸出的支撑杆槽，所述支撑杆槽的长度方向与所述展开单元转轴轴向平行；所述支撑杆绕在所述展开单元转轴上，当所述展开单元转轴转动时，所述支撑杆能够从所述支撑杆槽伸出；所述展开单元外壳上具有两组连接结构，用于将所述标准展开单元固定在标准展开单元底板与帆箱底板之间，进而能够利用标准展开单元实现平面径向展开布局以及气动自稳定布局；当采用平面径向展开布局时，四组所述标准展开单元分别布置在标准展开单元底板的四角位置，且每组标准展开单元的展开单元转轴垂直于标准展开单元底板平面；对角布置的两组标准展开单元各自的支撑杆槽中心线与标准展开单元底板的一条对角线共面，且支撑杆槽朝向外部；当采用气动自稳定布局时，四组所述标准展开单元分别布置在标准展开单元底板四边中间位置，且每组标准展开单元的展开单元转轴平行于标准展开单元底板对应边；各组标准展开单元中，支撑杆槽中心线与展开单元转轴中心轴线所形成的平面与标准展开单元底板平面的夹角相同，且支撑杆槽均朝向外部靠近帆箱的一侧；所述驱动机构能够带动四组标准展开单元的展开单元转轴同步旋转，使四组标准展开单元的支撑杆同步从对应的支撑杆槽中伸出；所述帆箱具有帆箱底板和帆箱隔板；帆箱隔板呈十字分布，固定在帆箱底板上侧，当采用平面径向展开布局时，帆箱隔板与标准展开单元底板的两条对角线对应重合，当采用气动自稳定布局时，帆箱隔板与标准展开单元底板的四条边对应垂直；所述阻力帆外壳包覆在标准展开单元底板、展开单元、驱动系统和帆箱外侧，并能够在解锁装置作用下打开，露出帆箱及标准展开单元。2.根据权利要求1所述一种用于立方星离轨的标准模块化阻力帆装置，其特征在于：所述展开单元外壳采用由展开单元左侧外壳、展开单元后侧外壳以及展开单元右侧外壳组成的凹字型敞开结构；所述展开单元左侧外壳中部设置有轴承孔，用于安装轴承，并与展开单元转轴一端配合；在所述展开单元左侧外壳壁面上还开有多组插孔，所有插孔中心处于以轴承孔中心为圆心的同一圆弧上；所述插孔用于与所述展开单元转轴保护壳一侧端面的插销配合，将所述展开单元转轴保护壳与所述展开单元左侧外壳连接；存在一组插孔，使得当该组插孔与所述插销配合后，在所述展开单元外壳以平面径向展开布局形式安装到标准展开单元底板上时，对角布置的两组展开单元各自的支撑杆槽中心线与标准展开单元底板的一条对角线共线；而其余各组插孔，能够使得当某一组插孔与所述插销配合后，在所述展开单元外壳以气动自稳定布局形式安装到标准展开单元底板上时，支撑杆伸出的后掠角满足相应要求；所述展开单元左侧外壳外侧壁面上还有用于与标准展开单元底板或帆箱底板连接的
连接孔，以及与展开单元后侧外壳一侧连接的连接孔；所述展开单元右侧外壳与所述展开单元左侧外壳为镜像对称结构，用于与展开单元转轴另一端、展开单元转轴保护壳另一侧端面以及展开单元后侧外壳另一侧连接；所述展开单元左侧外壳或所述展开单元右侧外壳的某一侧边具有t型凸起，用于与标准展开单元底板上的滑槽配合，实现所述展开单元外壳以气动自稳定布局形式安装到标准展开单元底板上，所述t型凸起的长度方向垂直于所述展开单元后侧外壳平面；所述展开单元后侧外壳顶边具有与帆箱底板连接的连接孔。3.根据权利要求2所述一种用于立方星离轨的标准模块化阻力帆装置，其特征在于：所述展开单元左侧外壳、所述展开单元右侧外壳以及所述展开单元后侧外壳中用于与标准展开单元底板或帆箱底板连接的连接孔均采用在外壳端面上布置立方体凸块，并在立方体凸块中设置连接孔的方式实现。4.根据权利要求2或3所述一种用于立方星离轨的标准模块化阻力帆装置，其特征在于：所述标准展开单元底板为正方形底板，在四角位置布置有轴承孔，并在四条边上设置有垂直于对应边的滑槽，用于与所述t型凸起配合。5.根据权利要求1所述一种用于立方星离轨的标准模块化阻力帆装置，其特征在于：所述驱动系统包括减速电机、电机座、电机齿轮、四个连接轴齿轮以及四个连接轴，还包括四组锥齿轮组；所述减速电机通过电机座安装在标准展开单元底板中心位置，电机齿轮以及四个连接轴齿轮布置在标准展开单元底板下侧面，四个连接轴齿轮布置在电机齿轮四周，通过减速电机带动电机齿轮转动，从而驱动四个连接轴齿轮同步转动；所述连接轴齿轮安装在连接轴一端，所述连接轴通过轴承与所述标准展开单元底板四角位置布置的轴承孔配合；当采用平面径向展开布局时，所述连接轴与某一展开单元的展开单元转轴同轴固定连接，通过连接轴能够带动展开单元转轴同步转动；当采用气动自稳定布局时，所述连接轴顶部与对应展开单元的展开单元转轴端部通过一组锥齿轮组配合，从而通过连接轴带动展开单元转轴同步转动。6.根据权利要求1所述一种用于立方星离轨的标准模块化阻力帆装置，其特征在于：所述阻力帆外壳为由四扇外壳门板、外壳底板、外壳顶板、外壳门板合页组成立方体结构，共同形成了整个装置的外包络；所述外壳顶板固定在帆箱隔板上侧；所述外壳底板连接在标准展开单元底板下侧；四扇外壳门板下边沿与所述外壳底板四边通过外壳门板合页连接，四扇外壳门板上边沿设置有圆孔，通过穿过圆孔的绑线与外壳顶板连接；所述解锁装置能够切断绑线，实现所述阻力帆外壳的解锁。7.根据权利要求1所述一种用于立方星离轨的标准模块化阻力帆装置，其特征在于：所述解锁装置采用热刀熔断解锁装置。8.根据权利要求1所述一种用于立方星离轨的标准模块化阻力帆装置，其特征在于：所述支撑杆采用双稳态复合材料支撑杆。

技术总结
本发明提出一种用于立方星离轨的标准模块化阻力帆装置，包括四组标准展开单元、标准展开单元底板、驱动系统、帆箱、阻力帆外壳和解锁装置；标准展开单元包括展开单元转轴、用于撑开阻力帆的支撑杆、展开单元转轴保护壳以及展开单元外壳。相较于目前单一布局形式的阻力帆设计，本发明通过采用标准化、模块化的标准展开单元，利用标准展开单元的不同安装方式，就能够便捷的实现不同布局形式的阻力帆，如平面径向展开方式阻力帆设计、具有气动自稳定特性阻力帆设计、平面切向展开方式阻力帆设计，不需要为不同的阻力帆布局设计不同的展开结构，以便于更好地满足不同的任务要求，简化了方案设计过程，缩短了立方星的设计周期，推进立方星相关配套设施向着更加模块化的方向发展。展。展。


技术研发人员：郭宁 王浩宇 曹善成 徐超
受保护的技术使用者：西北工业大学
技术研发日：2023.01.31
技术公布日：2023/5/4