[发明专利]基于形状记忆聚合物驱动的航天温控式百叶窗机构

说明书

本发明公开了一种基于形状记忆聚合物驱动的航天温控式百叶窗机构，其包括：驱动室、窗体和联动机构；驱动室(6)内分别设有上、下形状记忆聚合物弹簧(10A,10B)；上部弹簧两端分别与驱动室上部内壁和工字梁(9)相连；下部弹簧两端分别与驱动室下部内壁和连杆(8)固定；窗体包括叶片单元和框架(15)，叶片单元两端分别与框架和连杆固定；联动机构包括铰链(11)、转动杆(12)和活动杆(16)，转动杆两端分别与工字梁和活动杆固接，中部与铰链固连；活动杆下端与连杆相连；当上部弹簧发生形变时，带动工字梁运动和转动杆转动，活动杆的运动带动连杆和叶片单元转动。本发明结构简单、可靠性高，可用于卫星通信、载人航天器。

技术领域

本发明设计属于热控技术领域，特别具体涉及一种基于形状记忆聚合物驱动的航天温控式百叶窗机构，可用于航天航空设备的温度控制。

技术背景

作为航天器主动热控方式，温控百叶窗是航天器研制中的关键技术之一。航天温控式百叶窗机构通过调节覆盖在散热基面旋转叶片的角度来控制基面对外辐射散热强度，实现航天器表面对外辐射散热的最佳效果。为了保证航天器在轨工作时各种设备在不同环境温度下的正常运行，需要在航天器上设计并安装温控百叶窗，以自动检测温度变化，并通过百叶窗的张开与闭合，改变有效辐射率，进而达到温度控制的作用。

2010年哈尔滨工业大学宋一新在他的硕士学位论文“卫星热控百叶窗设计及仿真分析”中，提出了一种热控百叶窗结构。如图1所示，该热控百叶窗由窗体结构，驱动组件，联动机构和角度传感器四个部分组成，窗体结构包括框架，叶片组件，滑动副组件；驱动部件包括蜗杆传动，传动轴系，步进电机，一体化连接支架；联动机构包括拉杆，摆杆，滑动副组件。这是一种利用电机驱动，拉杆联动及蜗杆传动的电动百叶窗设计方案，但是这种设计存在以下问题：

1)驱动组件结构较为复杂，无法根据外界温度变化自动调节百叶窗叶片角度；

2)由于采用电机驱动，有一定的振动和噪音，影响了系统的整体稳定性。

2007年清华大学航天航空学院的万凯、任建勋和过增元，在工程热物理学报中发表的“微热控百叶窗驱动器的分析与模拟”一文中，提出了一种微热控百叶窗驱动器，如图2所示，该驱动器利用热电制冷作为温控装置，利用高膨胀系数的金属作为活动部件，实现热控百叶窗的开合。该驱动器包括金属带材层、陶瓷层、电极层和半导体层，但是这种设计存在以下问题：

1)需要额外供应驱动能量，由电能转化为热能需要一定的时间，响应时间长。

2)驱动力不足，只能驱动较小的百叶窗结构。

发明内容

本发明的目的在于针对上述已有的技术不足，提供一种基于形状记忆聚合物驱动的温控式百叶窗机构，以简化驱动结构，增大驱动力，提高系统的稳定性。

为实现上述目的，本发明基于形状记忆聚合物驱动的航天温控式百叶窗机构，包括驱动室、窗体主体结构和联动机构，其特征在于：

所述驱动室6，其内侧上部和下部分别设有形状记忆聚合物弹簧10A和10B，该上部形状记忆聚合物弹簧10A的一端与驱动室6的上部内侧壁固定，另一端连接有悬空的工字梁9；该下部形状记忆聚合物弹簧10B的一端与驱动室6的下部内侧壁固定，另一端连接有连杆8；

所述窗体主体结构，由N个叶片单元和框架15组成，每个叶片单元包括叶片1和叶片轴3，叶片轴3的两端固定在框架15上，叶片1安装在叶片轴3上，N≥2；

所述联动机构，主要由固定铰链11、转动杆12、连杆8和活动杆16构成，转动杆12的一端固定在悬空的工字梁9上，另一端与活动杆16的中间位置固接，转动杆12的中部与固定铰链11连接，活动杆16的下端与连杆8相连；当上部形状记忆聚合物弹簧10A发生形变时，悬空的工字梁9上下运动带动转动杆12绕固定铰链11转动，使活动杆16作上下运动带动连杆8转动，连杆8的转动带动叶片单元转动。