随着科技水平的发展,人们对于宇宙的探索日趋深入,小型卫星作为探索宇宙空间的重要工具被广泛使用。我们注意到,能源问题一直是卫星制造过程中的重点,为了保持长时间的续航,卫星会搭载太阳能板以提供动力,而太阳能板的结构设计中涉及如何使折叠体积小、展开过程稳定、展开后面积大等问题。本作品聚焦于改良小型卫星太阳能板的结构,通过仿生Rove Beetles的翼翅结构设计太阳能板折纸结构,利用合页与高应变弹性材料组合连接各块太阳能板,提高封装率,实现紧凑折叠与大面积展开。
1. 提高太阳能板结构的封装率(展开后面积/展开前面积)
通过仿生Rove beetles,将展开结构结构设计成二维结构,大幅度提高太阳能板的封装率。
2. 提高太阳能板结构的连接刚度
对比传统的单纯的铰链连接,通过仿生思路引入高应变弹性材料,提高结构的关节活动度和连接牢固程度。
3. 简化太阳能板结构的展开过程
传统的太阳能板采用电控制展开,自身并不具有稳定展开的特性,通过弹性势能使得结构在展开时达到能量最低点,进而提升机构的稳定程度,同时不需要电控,简化太阳能板结构的展开过程。
仿生Rove Beetles的不对称翼翅结构设计了太阳能板折纸结构,实现了较大的展开面积和封装率;采用磁吸的方式解决了阵列结构中各块太阳能板之间的过度约束的问题,并减小了局部应力;采用高应变弹性材料与合页组合连接各块太阳能板,储存弹性势能,实现了自动展开,无需电控,简单平稳;用硬纸板制作了实物模型,采用橡胶材料与自制合页进行连接,验证了展开过程的可行性,并进一步分析其受力状况。
项目成果总体满足用户需求以及设计目标。