立方体卫星制动帆离轨装置关键部件设计及制造(4)

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1.3 本文主要研究内容

本文根据国外众多成熟的制动帆展开装置，参考它们的特点和装置原理，学习先进的设计理念，按照科学的步骤，选择依靠桅杆卷在被释放后产生的应变能，作为装置唯一展开动力的制动帆装置设计方案。结合自身条件选择铝 7075，聚酰亚胺等合适的材料，研究装置原理，自行拟定设计方案，设计出制动帆装置中制动帆、桅杆、展开装置、解锁装置以及各种容器等关键部件，分析计算各关键部件的可靠性，使用合理的解决方案，减小关键运动部件的磨损，实现桅杆和制动帆的重复使用。利用 ansys 软件对制动帆装置整体进行力学仿真分析，得出装置的各项载荷条件，最终设计出能够展开 12 ㎡制动帆的制动帆展开装置。

2 立方体卫星制动帆离轨装置设计

本制动帆离轨装置结合国外较为成熟的同类型装置，分析了这些装置的优点，根据自身条件，通过改进创新，自主设计了一种制动帆离轨装置。本项目是基于立方体卫星平台的制动帆展开装置，制动帆展开面积达 12 ㎡，如图 2.1 所示，桅杆是两根 5m 长的弹性铍铜合金带。能够在卫星寿命终止时实现自主离轨。

2.1 制动帆装置结构简介

图 2.1 制动帆展开

本装置由三个主要部分构成，制动帆舱，桅杆展开装置以及解锁装置，如图 2.2。各个部分呈立方体结构，长宽都为 95cm，与立方体卫星尺寸和外观相匹配。其中核心部分为桅杆展开装置，也是结构最复杂的部分，这个部分是立方体卫星制动帆展开装置能否正常工作，实现既定目标的关键。该装置拥有大量关键部件，对于其中的每个零件，都经过了反复的研究，根据实际情况进行了多次修改。最终成功设计出符合本项目要求的立方体卫星制动帆展开装置。

图 2.2 制动帆装置完整装配体

2.1.1 制动帆舱及制动帆

制动帆舱是卫星制动帆的容器，长宽为 95mm，高 105mm。位于整个装置三个部分的最上面。制动帆舱通过沉头螺钉与中间的桅杆展开装置四个侧面上方的支耳连接，在舱四个侧面下方延伸出四个小长方形的区域，给个长方形面上各有两个沉头孔，与桅杆展开装置顶盖侧面支耳上的螺纹孔相匹配。舱的四个侧面覆盖电池阵，电池阵于立方体卫星在轨工作期间使用，待电池阵展开后，制动帆装置才可以展开。文献综述

制动帆通过一定的方式折叠放入制动帆舱中。这种折叠方式是以经验将帆折成符合要求且在一定高度、宽度公差范围内的褶皱，并适合舱体。这种方式能够在桅杆展开的过程中将褶皱从舱体中一点一点拉开，没有被拉开的部分任然保留在制动帆舱中。这会确保帆不会从舱中翻出来，也不会使帆缠绕在桅杆上导致展开失败。

2.1.2 桅杆展开装置

桅杆展开装置位于整个装置的中间部分，上方与制动帆舱相连，下方安装有作为桅杆展开开关的解锁装置。它是最重要也是结构最复杂的部分，如图 2.3。装置长宽 95mm，总高 34mm，内部工作空间高 20mm。该部分主要功能是作为桅杆的容器，并且能够不借助其它能源装置展开桅杆，从而部署制动帆。桅杆展开装置包括瓣状中心轴、四个两两呈 90°角安置的压紧装置、上下装配板、两个相对安装的轴承、桅杆以及桅杆出口处的聚酰亚胺导向套筒等主要部件。将桅杆卷成卷尺状缠绕于瓣状中心轴上，产生的弹性势能在解锁时可以驱动瓣状中心轴旋转，同时释放桅杆。