形状记忆伸杆及其驱动的卷轴式太阳电池阵研究
发布时间：2021-07-13 09:31
随着人类太空活动的日益增多,对大功率、低成本的大型空间太阳电池阵的需求随之不断增加,为了适应空间任务的需求,亟需研究新型太阳电池阵技术。卷轴式薄膜太阳电池阵作为一种新型结构,具有结构简单、驱动方便、收纳比高等优点,在深空探测及近地小行星探测等领域有着广泛的应用前景。国外对于卷轴式薄膜太阳电池阵的研究已经较为深入,成功实现了相关技术的突破与在轨验证。国内在卷轴式薄膜太阳电池阵的研究设计尚停留在方案设计阶段,与国际先进水平存在着一定的差距,因此相关方面的研究工作亟需展开。本文对一种新型环氧形状记忆聚合物基复合材料（Shape Memory Polymer Composite,SMPC）展开分析,采用热真空袋成型的工艺进行制备,通过相关试验测试表征了其基本力学性能,包括动态热力学性能、静态力学性能及高低温环境下的材料力学性能。基于经典层合板理论推导了SMPC的刚度矩阵。利用SMPC材料研制薄膜太阳电池阵展开机构的核心元件——形状记忆伸杆,明确了SMPC伸杆的工作原理。基于三维梁理论建立了伸杆结构展开状态的抗弯刚度数学模型,利用有限元仿真的方法对抗弯刚度的理论模型进行验证,确保其准确性,分析了...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Hubble太空望远镜及其太阳电池阵[2,6]
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-3-体系结构，每个模块由支撑框架、滚轴、末端撑杆、铰链等组成，整体刚性较好，模块之间由一个短连接架连接，单个模块的展开面积达到109m2。HPSA可根据功率、质量、比功率、刚度以及成本来调整模块的数量以实现不同的结构配置，其最大的机械配置可达10模块，产生的功率达130kW，比功率为300W/kg。HPSA的展开分多级，如图1-3所示，首先，连接架和多个模块由折叠形式逐步展开成一个细长的刚性管状结构，从而组成展开式太阳电池阵的刚性结构脊骨；随后，各个模块的太阳毯在电机的驱动下向两侧展开；最终薄膜太阳毯通过张拉装置被拉紧在精确的位置。太阳电池阵模块结构脊骨航天器图1-2Boeing公司HPSA太阳电池阵（10模块）[9]a）收拢状态b）主结构的展开c）主结构的锁定d)模块单元的展开图1-3HPSA在轨展开过程示意图（3模块）[9]
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-3-体系结构，每个模块由支撑框架、滚轴、末端撑杆、铰链等组成，整体刚性较好，模块之间由一个短连接架连接，单个模块的展开面积达到109m2。HPSA可根据功率、质量、比功率、刚度以及成本来调整模块的数量以实现不同的结构配置，其最大的机械配置可达10模块，产生的功率达130kW，比功率为300W/kg。HPSA的展开分多级，如图1-3所示，首先，连接架和多个模块由折叠形式逐步展开成一个细长的刚性管状结构，从而组成展开式太阳电池阵的刚性结构脊骨；随后，各个模块的太阳毯在电机的驱动下向两侧展开；最终薄膜太阳毯通过张拉装置被拉紧在精确的位置。太阳电池阵模块结构脊骨航天器图1-2Boeing公司HPSA太阳电池阵（10模块）[9]a）收拢状态b）主结构的展开c）主结构的锁定d)模块单元的展开图1-3HPSA在轨展开过程示意图（3模块）[9]
【参考文献】：
期刊论文
[1]滚卷式太阳毯结构张力保持系统与动力特性研究[J]. 沈银祥,项平,吴明儿,商红军,关富玲. 载人航天. 2020(01)
[2]复合材料层合管等效抗弯刚度的试验分析[J]. 沈泽懿. 粘接. 2019(07)
[3]空间站柔性太阳电池翼模态分析及基频优化[J]. 臧旭,吴松,郭其威,唐国安. 振动与冲击. 2019(07)
[4]形状记忆聚合物复合材料可展开结构的研究进展[J]. 任天宁,朱光明,聂晶. 航空材料学报. 2018(04)
[5]大变形太阳电池阵展开的多体动力学分析[J]. 史加贝,刘铸永,洪嘉振. 宇航学报. 2017(08)
[6]动态热机械分析在高分子聚合物及复合材料中的应用[J]. 樊慧娟,王晶,张惠. 化学与黏合. 2017 (02)
[7]智能软聚合物及其航空航天领域应用[J]. 刘立武,赵伟,兰鑫,刘彦菊,冷劲松. 哈尔滨工业大学学报. 2016(05)
[8]空间站太阳翼伸展机构屈曲载荷分析与试验研究[J]. 郭其威,吴松,刘芳. 载人航天. 2015(04)
[9]空间太阳能电池阵列技术综述[J]. 谢宗武,宫钇成,史士财,金明河,王达. 宇航学报. 2014(05)
[10]形状记忆复合材料的最新研究进展[J]. 马立. 宇航材料工艺. 2013(05)
硕士论文
[1]形状记忆复合材料及其伸展臂研究[D]. 刘昭.北华航天工业学院 2018
[2]形状记忆复合材料桁架结构的动力学行为研究[D]. 王通.哈尔滨工业大学 2013
本文编号：3281814
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：80 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Hubble太空望远镜及其太阳电池阵[2,6]
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-3-体系结构，每个模块由支撑框架、滚轴、末端撑杆、铰链等组成，整体刚性较好，模块之间由一个短连接架连接，单个模块的展开面积达到109m2。HPSA可根据功率、质量、比功率、刚度以及成本来调整模块的数量以实现不同的结构配置，其最大的机械配置可达10模块，产生的功率达130kW，比功率为300W/kg。HPSA的展开分多级，如图1-3所示，首先，连接架和多个模块由折叠形式逐步展开成一个细长的刚性管状结构，从而组成展开式太阳电池阵的刚性结构脊骨；随后，各个模块的太阳毯在电机的驱动下向两侧展开；最终薄膜太阳毯通过张拉装置被拉紧在精确的位置。太阳电池阵模块结构脊骨航天器图1-2Boeing公司HPSA太阳电池阵（10模块）[9]a）收拢状态b）主结构的展开c）主结构的锁定d)模块单元的展开图1-3HPSA在轨展开过程示意图（3模块）[9]
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-3-体系结构，每个模块由支撑框架、滚轴、末端撑杆、铰链等组成，整体刚性较好，模块之间由一个短连接架连接，单个模块的展开面积达到109m2。HPSA可根据功率、质量、比功率、刚度以及成本来调整模块的数量以实现不同的结构配置，其最大的机械配置可达10模块，产生的功率达130kW，比功率为300W/kg。HPSA的展开分多级，如图1-3所示，首先，连接架和多个模块由折叠形式逐步展开成一个细长的刚性管状结构，从而组成展开式太阳电池阵的刚性结构脊骨；随后，各个模块的太阳毯在电机的驱动下向两侧展开；最终薄膜太阳毯通过张拉装置被拉紧在精确的位置。太阳电池阵模块结构脊骨航天器图1-2Boeing公司HPSA太阳电池阵（10模块）[9]a）收拢状态b）主结构的展开c）主结构的锁定d)模块单元的展开图1-3HPSA在轨展开过程示意图（3模块）[9]
【参考文献】：
期刊论文
[1]滚卷式太阳毯结构张力保持系统与动力特性研究[J]. 沈银祥,项平,吴明儿,商红军,关富玲. 载人航天. 2020(01)
[2]复合材料层合管等效抗弯刚度的试验分析[J]. 沈泽懿. 粘接. 2019(07)
[3]空间站柔性太阳电池翼模态分析及基频优化[J]. 臧旭,吴松,郭其威,唐国安. 振动与冲击. 2019(07)
[4]形状记忆聚合物复合材料可展开结构的研究进展[J]. 任天宁,朱光明,聂晶. 航空材料学报. 2018(04)
[5]大变形太阳电池阵展开的多体动力学分析[J]. 史加贝,刘铸永,洪嘉振. 宇航学报. 2017(08)
[6]动态热机械分析在高分子聚合物及复合材料中的应用[J]. 樊慧娟,王晶,张惠. 化学与黏合. 2017 (02)
[7]智能软聚合物及其航空航天领域应用[J]. 刘立武,赵伟,兰鑫,刘彦菊,冷劲松. 哈尔滨工业大学学报. 2016(05)
[8]空间站太阳翼伸展机构屈曲载荷分析与试验研究[J]. 郭其威,吴松,刘芳. 载人航天. 2015(04)
[9]空间太阳能电池阵列技术综述[J]. 谢宗武,宫钇成,史士财,金明河,王达. 宇航学报. 2014(05)
[10]形状记忆复合材料的最新研究进展[J]. 马立. 宇航材料工艺. 2013(05)
硕士论文
[1]形状记忆复合材料及其伸展臂研究[D]. 刘昭.北华航天工业学院 2018
[2]形状记忆复合材料桁架结构的动力学行为研究[D]. 王通.哈尔滨工业大学 2013
本文编号：3281814
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