專利名稱：使宇宙飛行器上配有太陽能電池的底板運動的傳動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種按權(quán)利要求1前序部分的用來使宇宙飛行器上用鉸鏈像手風琴一樣折疊的、配有太陽能電池的底板運動的繩索傳動裝置。
已知一種這一類繩索傳動裝置(參見例如DE-PS 2 021 580)。通常用它打開兩個帆板，它們構(gòu)成宇宙飛行器的太陽能發(fā)電裝置。為了展開帆板，各個太陽能底板必須用繩索傳動裝置使之同步，由此例如每個帆板的重心在展開時在一條規(guī)定的軌道上運動，帆板的各個零件以受控的運動到達展開位置。
但是在帆板展開時太陽能底板運動過程的精確同步存在一定困難。例如在展開時繩上出現(xiàn)很大的拉力，這導(dǎo)致繩索的伸長。此外繩相對于傳動裝置裝配時的溫度在宇宙航行條件下要經(jīng)受約±100°K的溫度波動。因為繩具有比例如碳素纖維加強的塑料多層材料所制成的底板更大的熱膨脹系數(shù)，在高溫時繩出現(xiàn)松弛現(xiàn)象。為了防止這種情況，必須附加地提高繩的預(yù)緊力。因此在低溫時繩索滑輪上受到很大拉力，這會導(dǎo)致鉸鏈和太陽能底板上很大的載荷，同時鉸鏈內(nèi)的摩擦力會明顯地增加。
為了確保即使在運行溫度劇烈變化時繩上也有確定的預(yù)緊力，眾所周知，在繩內(nèi)編入拉簧。但是由此造成一個新的問題。
展開過程的驅(qū)動裝置例如由底板之間的發(fā)條(Triebfeder)構(gòu)成，發(fā)條一邊嵌在繩索滑輪上，另一邊嵌在可旋轉(zhuǎn)地支承繩索滑輪的底板上。為了在通過發(fā)條展開的過程中底板不會不受控地迅速向外，而是以規(guī)定的速度打開，通常最里面的鉸鏈，也就是用來使所謂的軛與宇宙飛行器相連的鉸鏈的轉(zhuǎn)動，例如用一個能自鎖的傳動裝置制動，或者在必要時驅(qū)動。然后應(yīng)該通過繩索傳動裝置最里面的鉸鏈的這個規(guī)定的轉(zhuǎn)動速度傳遞到其余鉸鏈上。
但是如果繩配備拉簧這是不可能的。因為在展開時拉力彈簧導(dǎo)致各個底板不受控的彈入和彈出。
因為各個帆板的底板在展開的最終位置時處于一個平面之內(nèi)，通常設(shè)有相應(yīng)的制動裝置，當?shù)竭_最終位置時它自動地卡住。因此通過由于繩索傳動裝置繩索內(nèi)的拉簧而產(chǎn)生的不受控彈出甚至可能在兩個底板之間的制動裝置出現(xiàn)過早的卡住，這導(dǎo)致展開過程完全不能控制。
本發(fā)明的目的在于提供一種在權(quán)利要求1前序部分所述這一類繩索傳動裝置，用這種傳動裝置宇宙飛行器各個帆板的單個太陽能底板的運動過程可以同步進行。
按本發(fā)明這由權(quán)利要求1中所表征的傳動裝置來達到。在從屬權(quán)利要求中表示本發(fā)明優(yōu)良的結(jié)構(gòu)造型。
按本發(fā)明兩個被繩索環(huán)繞的繩索滑輪之間的環(huán)形繩的至少一段，但最好是兩段直線部分配備一個塑料外殼，它與繩固定相連，例如通過粘接。環(huán)繞繩索滑輪鋪設(shè)并固定在它上面的一段繩不用塑料外殼罩起來，以免影響這個區(qū)域內(nèi)繩的柔性。
由于塑料外殼很高的剛性，鋼絲繩的拉伸剛性明顯提高，以解決底板展開時由于拉伸力很大而引起的繩索延伸問題。因為按本發(fā)明由于塑料外殼在溫度升高時鋼絲繩的長度變化和底板的長度變化相當，同時繩預(yù)先規(guī)定的應(yīng)力也基本保持不變。因此通過繩索傳動裝置確保展開過程的精確同步。
此外按本發(fā)明由于塑料外殼在溫度降低時繩的長度變化相應(yīng)于底板的長度變化。因此既阻止了在運行溫度很低時由于高的拉力引起的鉸鏈和底板應(yīng)力的提高，也阻止鉸鏈內(nèi)摩擦力的增加。
通過在它的直線部分配備塑料外殼的繩拉伸剛性的提高，同時也防止在展開時底板不能控制的彈來彈去。
繩通?？梢允卿撝频模貏e是不銹合金鋼制成的鋼絲繩。做鋼絲繩外殼的塑料可以是環(huán)氧樹脂。塑料外殼最好是纖維加強的。作為加強纖維，特別是還出于重量方面的原因，采用碳素纖維，或者例如芳族聚酰胺纖維。底板和軛通?？梢杂商妓乩w維加強的塑料制成。
底板的熱膨脹系數(shù)通常在-1×10-6和+4×10-61／K之間，鋼絲繩的熱膨脹系數(shù)在14～17×10-61／K左右。底板以及繩索直線部分的長度例如可以在1至4米之間或更長。
為了在溫度變化時鋼絲繩的長度變化和底板的長度變化相匹配，對于塑料外殼采用一種其熱膨脹系數(shù)差不多和底板的熱膨脹系數(shù)相當?shù)乃芰?。因為鋼絲繩由塑料外殼罩起來的部分受熱的長度變化與繩索橫截面和塑料外殼橫截面有關(guān)，因此通過塑料外殼橫截面可以調(diào)整受熱的長度變化。
此外受熱的長度變化，也就是溫度改變時的長度變化還與塑料外殼內(nèi)加強纖維的取向有關(guān)，因此加強纖維相對于繩索縱軸的角度構(gòu)成調(diào)整鋼絲繩隨溫度變化長度改變的另一個參數(shù)。
包裹和未包裹塑料外殼的繩索長度之比構(gòu)成調(diào)整受熱長度變化的另一個參數(shù)。
塑料外殼包裹的鋼絲繩部分的拉伸剛度一方面取決于塑料外殼的彈性模量，另一方面取決于它的橫截面積。此外加強纖維對拉伸剛度有很大的影響。例如碳素纖維在直徑很細時就具有很高的拉伸剛度。它的熱膨脹系數(shù)也很小。為了充分發(fā)揮加強纖維拉伸剛性的作用，它們最好基本上平行于鋼絲繩縱軸取向。
為了制造塑料外殼例如可以用浸漬環(huán)氧樹脂的碳素纖維玻璃絲束最好沿長度方向涂抹在鋼絲繩上，并使之硬化。在環(huán)氧樹脂硬化時同時在塑料外殼和鋼絲繩之間形成牢固的粘合連接，與此同時或者在一個單獨的工序中可以附加地涂一層由纖維加強的塑料制成的碳素纖維玻璃絲束保護層。
塑料外殼和鋼絲繩之間牢固的連接是按本發(fā)明的繩索傳動裝置的前提條件。由于運行時溫度載荷劇烈波動這個連接經(jīng)受巨大的載荷。
可以這樣來提高塑料外殼和鋼絲繩之間的連接強度，使塑料外殼在它的末端做得逐漸變細。由此在變細區(qū)域塑料外殼的熱膨脹和鋼絲繩的熱膨脹相匹配，其結(jié)果使鋼絲繩和塑料外殼之間的力減小，從而可靠地防止外殼末端區(qū)域內(nèi)粘接的破壞。
鋼絲繩由塑料外殼包裹起來的部分的拉伸剛度最好大于鋼絲繩本身拉伸剛度的兩倍，特別是至少是它的四倍。因為另一方面在展開時鋼絲繩具有一定的，即使是很小的彈性作用，拉伸剛度最好在鋼絲繩本身(剛度)的四倍到十倍之間。
雖然可以考慮，鋼絲繩的直線部分完全由實心的塑料棒代替，繞繩索滑輪運動的那部分鋼絲繩固定在它里面。除了鋼絲繩固定在塑料棒里有困難之外，按本發(fā)明的鋼絲繩的塑料包裹可確保環(huán)形鋼絲繩足以克服在鋼絲繩直線區(qū)域內(nèi)單個元件的斷裂以及克服塑料外殼的斷裂。
以下實施例用來對本發(fā)明作進一步的說明例子用來展開太陽能底板的常用繩索傳動裝置的繩索包上里面放有沿繩索長度方向的碳素纖維的環(huán)氧樹脂。由不銹鋼制成的繩索直徑為1．6mm，塑料外殼外徑為5mm。鋼絲繩用塑料包裹起來的部分的熱膨脹系數(shù)確定為0．4×10-61／K。
下面借助于附圖對本發(fā)明的繩索傳動裝置的結(jié)構(gòu)形式作較詳細的說明。其中示意表示

圖1宇宙飛行器的太陽能電池帆板在展開過程開始時的頂視圖；圖2按圖1的帆板的一部分的側(cè)視圖；圖3帶有局部去除塑料外殼的一段鋼絲繩的透視圖。
按圖1在宇宙飛行器，例如人造衛(wèi)星1上手風琴式折疊地安裝一個太陽能電池帆板2。安裝在人造衛(wèi)星1相對的另一側(cè)上的第二個結(jié)構(gòu)相同的太陽能電池帆板在圖1中沒有畫出來。
兩個太陽能電池帆板中的每一個具有例如五塊底板3至7，它們構(gòu)成沒有畫出來的太陽能電池的支承面。最里面一塊底板3通過鉸鏈10與所謂的軛(Joch)8相連，軛通過一個鉸鏈9固定在人造衛(wèi)星1上。底板3至7相互之間通過鉸鏈11至14相連。鉸鏈9至14的軸線相互平行分布。在圖2中較詳細地畫出了底板4、5和6之間的鉸鏈12和13。
為了展開太陽能電池帆板，設(shè)有一個驅(qū)動裝置，例如發(fā)條，用發(fā)條由人造衛(wèi)星向軛施力，由軛向底板3施力，底板4至7相互施力，如圖1中由雙箭頭15至19所示。為了在展開時帆板2的重心S在預(yù)先規(guī)定的直線軌道21上運動，設(shè)有一個繩索傳動裝置，它由繩索上滑輪22至27和鉸鏈9至14上的繩索下滑輪組成，其中在圖2上可以看到繩索下滑輪中的滑輪25＇和26＇。繩索上滑輪22至27和下滑輪25＇，26＇成對地通過繩索29至33相連。做成環(huán)形的繩索29至33環(huán)繞相關(guān)的一對繩索滑輪，并且如圖2所示，在部位45，46處與繩索滑輪25，26固定連接。
借助于圖2中的鉸鏈12可以看到，每個鉸鏈由兩個折頁35、36連同各一個裝在軸承39，40中的軸37，38組成。折頁35的軸與底板4不可旋轉(zhuǎn)地連接，折頁36的軸38與底板5不可旋轉(zhuǎn)地連接。軸承39、40固定在底板5或4上。
因此例如在通過鉸鏈12相互連接的兩個相鄰底板4和5中，繩索上滑輪25與底板4不可旋轉(zhuǎn)地連接，繩索下滑輪25＇與底板5不可旋轉(zhuǎn)地連接。
圖1中由箭頭15至19所表示的，用來展開底板3至7的驅(qū)動裝置，如圖2所示，可以由發(fā)條42、43構(gòu)成，它一端固定在折頁35、36的軸37或38上，另一端固定在底板5或4上。按照本發(fā)明環(huán)形繩索的直線部分，如圖2中的繩索32所示，在繩索滑輪25，26以外配有塑料外殼47，48。為了不影響在繩索滑輪25，26區(qū)域內(nèi)的柔性，繩32在這個區(qū)域內(nèi)可以分段地配備塑料外殼，這在圖中沒有畫出來。
如圖3所示，塑料外殼47配有加強纖維50，它們主要平行于鋼絲繩縱軸分布。在塑料外殼的末端49處它錐形收縮。塑料外殼47另一個在圖3中沒有畫出來的末端同樣做得錐形收縮。
權(quán)利要求
1．一種用來使宇宙飛行器上用鉸鏈像手風琴一樣折疊的、配有太陽能電池的底板運動的傳動裝置，帶在各個鉸鏈上的繩索滑輪，它們與一個底板不可旋轉(zhuǎn)地，與相鄰的另一個底板可旋轉(zhuǎn)地連接，其中每兩個相鄰的繩索滑輪由一根環(huán)形鋼絲繩環(huán)繞，它與滑輪不可旋轉(zhuǎn)地相連接，其特征在于鋼絲繩(29至33)配備一個與它固定相連的塑料外殼(47，48)，以使當溫度變化時鋼絲繩長度的變化與底板(3至7)長度的變化相匹配，并提高鋼絲繩在繩索滑輪(22至27；25＇、26＇)以外區(qū)域的拉伸剛度。
2．按權(quán)利要求1的傳動裝置，其特征在于塑料外殼(47，48)是纖維加強的。
3．按權(quán)利要求1或2的傳動裝置，其特征在于當溫度變化時鋼絲繩(29至33)的長度變化通過塑料外殼(47，48)的熱膨脹系數(shù)和橫截面積與底板(3至7)的長度變化相匹配。
4．按權(quán)利要求2或3的傳動裝置，其特征在于當溫度變化時鋼絲繩(29至33)的長度變化通過加強纖維(50)相對于鋼絲繩縱軸的角度與底板(3至7)的長度變化相匹配。
5．按上述權(quán)利要求之任一項的傳動裝置，其特征在于鋼絲繩包著塑料外殼(47，48)那一段的拉伸剛性可以通過塑料外殼(47，48)的橫截面積和彈性模量加以調(diào)整。
6．按權(quán)利要求2的傳動裝置，其特征在于鋼絲繩包裹塑料外殼(47，48)那一段的拉伸剛性可以通過加強纖維(50)相對于鋼絲繩縱軸的角度加以調(diào)整。
7．按上述權(quán)利要求之任一項的傳動裝置，其特征在于鋼絲繩包裹塑料外殼(47，48)那一段的拉伸剛度至少是鋼絲繩拉伸剛度的兩倍。
8．按上述權(quán)利要求之任一項的傳動裝置，其特征在于塑料外殼(47，48)在其末端具有一個逐漸變細的部分(49)。
9．按權(quán)利要求2的傳動裝置，其特征在于加強纖維(50)由碳素纖維構(gòu)成。
10．按上述權(quán)利要求之任一項的傳動裝置，其特征在于鋼絲繩(29至33)逐段地用塑料外殼包裹，以使在繩索滑輪(22至27)區(qū)域內(nèi)的柔性不致受到削弱。
全文摘要
用來展開宇宙飛行器(1)上手風琴一樣折疊的太陽能電池底板(3至7)的傳動裝置在鉸鏈(9至14)上具有繩索滑輪(22至27),它們成對地被環(huán)形鋼絲繩(29至33)環(huán)繞。為了使在溫度變化時鋼絲繩長度的變化與底板(3至7)長度的變化相匹配,并提高它的拉伸剛性,鋼絲繩(29至33)在繩索滑輪(22至27)以外的區(qū)域配備一個與它固定相連的塑料外殼(47,48)。
文檔編號B64G1/44GK1204604SQ9810842
公開日1999年1月13日 申請日期1998年5月11日 優(yōu)先權(quán)日1997年7月5日
發(fā)明者勒內(nèi)·莫伊雷爾, 阿爾貝·吉耶爾, 馬庫斯·賴因德爾 申請人:戴姆勒－奔馳航空公司