本發(fā)明設(shè)計(jì)屬于熱控技術(shù)領(lǐng)域，特別具體涉及一種基于形狀記憶聚合物驅(qū)動(dòng)的航天溫控式百葉窗機(jī)構(gòu)，可用于航天航空設(shè)備的溫度控制。

技術(shù)背景

作為航天器主動(dòng)熱控方式，溫控百葉窗是航天器研制中的關(guān)鍵技術(shù)之一。航天溫控式百葉窗機(jī)構(gòu)通過(guò)調(diào)節(jié)覆蓋在散熱基面旋轉(zhuǎn)葉片的角度來(lái)控制基面對(duì)外輻射散熱強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)航天器表面對(duì)外輻射散熱的最佳效果。為了保證航天器在軌工作時(shí)各種設(shè)備在不同環(huán)境溫度下的正常運(yùn)行，需要在航天器上設(shè)計(jì)并安裝溫控百葉窗，以自動(dòng)檢測(cè)溫度變化，并通過(guò)百葉窗的張開與閉合，改變有效輻射率，進(jìn)而達(dá)到溫度控制的作用。

2010年哈爾濱工業(yè)大學(xué)宋一新在他的碩士學(xué)位論文“衛(wèi)星熱控百葉窗設(shè)計(jì)及仿真分析”中，提出了一種熱控百葉窗結(jié)構(gòu)。如圖1所示，該熱控百葉窗由窗體結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)組件，聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)和角度傳感器四個(gè)部分組成，窗體結(jié)構(gòu)包括框架，葉片組件，滑動(dòng)副組件；驅(qū)動(dòng)部件包括蝸桿傳動(dòng)，傳動(dòng)軸系，步進(jìn)電機(jī)，一體化連接支架；聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括拉桿，擺桿，滑動(dòng)副組件。這是一種利用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，拉桿聯(lián)動(dòng)及蝸桿傳動(dòng)的電動(dòng)百葉窗設(shè)計(jì)方案，但是這種設(shè)計(jì)存在以下問(wèn)題：

1)驅(qū)動(dòng)組件結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，無(wú)法根據(jù)外界溫度變化自動(dòng)調(diào)節(jié)百葉窗葉片角度；

2)由于采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，有一定的振動(dòng)和噪音，影響了系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性。

2007年清華大學(xué)航天航空學(xué)院的萬(wàn)凱、任建勛和過(guò)增元，在工程熱物理學(xué)報(bào)中發(fā)表的“微熱控百葉窗驅(qū)動(dòng)器的分析與模擬”一文中，提出了一種微熱控百葉窗驅(qū)動(dòng)器，如圖2所示，該驅(qū)動(dòng)器利用熱電制冷作為溫控裝置，利用高膨脹系數(shù)的金屬作為活動(dòng)部件，實(shí)現(xiàn)熱控百葉窗的開合。該驅(qū)動(dòng)器包括金屬帶材層、陶瓷層、電極層和半導(dǎo)體層，但是這種設(shè)計(jì)存在以下問(wèn)題：

1)需要額外供應(yīng)驅(qū)動(dòng)能量，由電能轉(zhuǎn)化為熱能需要一定的時(shí)間，響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)。

2)驅(qū)動(dòng)力不足，只能驅(qū)動(dòng)較小的百葉窗結(jié)構(gòu)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述已有的技術(shù)不足，提供一種基于形狀記憶聚合物驅(qū)動(dòng)的溫控式百葉窗機(jī)構(gòu)，以簡(jiǎn)化驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，增大驅(qū)動(dòng)力，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明基于形狀記憶聚合物驅(qū)動(dòng)的航天溫控式百葉窗機(jī)構(gòu)，包括驅(qū)動(dòng)室、窗體主體結(jié)構(gòu)和聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)，其特征在于：

所述驅(qū)動(dòng)室6，其內(nèi)側(cè)上部和下部分別設(shè)有形狀記憶聚合物彈簧10A和10B，該上部形狀記憶聚合物彈簧10A的一端與驅(qū)動(dòng)室6的上部?jī)?nèi)側(cè)壁固定，另一端連接有懸空的工字梁9；該下部形狀記憶聚合物彈簧10B的一端與驅(qū)動(dòng)室6的下部?jī)?nèi)側(cè)壁固定，另一端連接有連桿8；

所述窗體主體結(jié)構(gòu)，由N個(gè)葉片單元和框架15組成，每個(gè)葉片單元包括葉片1和葉片軸3，葉片軸3的兩端固定在框架15上，葉片1安裝在葉片軸3上，N≥2；

所述聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)，主要由固定鉸鏈11、轉(zhuǎn)動(dòng)桿12、連桿8和活動(dòng)桿16構(gòu)成，轉(zhuǎn)動(dòng)桿12的一端固定在懸空的工字梁9上，另一端與活動(dòng)桿16的中間位置固接，轉(zhuǎn)動(dòng)桿12的中部與固定鉸鏈11連接，活動(dòng)桿16的下端與連桿8相連；當(dāng)上部形狀記憶聚合物彈簧10A發(fā)生形變時(shí)，懸空的工字梁9上下運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)桿12繞固定鉸鏈11轉(zhuǎn)動(dòng)，使活動(dòng)桿16作上下運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)連桿8轉(zhuǎn)動(dòng)，連桿8的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)葉片單元轉(zhuǎn)動(dòng)。

本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1)本發(fā)明利用上部形狀記憶聚合物彈簧10A和下部形狀記憶聚合物彈簧10B作為驅(qū)動(dòng)源，有效地提高了驅(qū)動(dòng)力；

2)本發(fā)明所設(shè)計(jì)的聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工實(shí)現(xiàn)；

3)本發(fā)明由于采用上部形狀記憶聚合物彈簧10A和下部形狀記憶聚合物彈簧10B驅(qū)動(dòng)，聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)聯(lián)動(dòng)而不需要電機(jī)驅(qū)動(dòng)，沒(méi)有振動(dòng)和噪音，有效地提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。

附圖說(shuō)明

圖1為現(xiàn)有的熱控百葉窗結(jié)構(gòu)圖；

圖2為現(xiàn)有的熱控百葉窗驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)圖；

圖3為本發(fā)明的形狀記憶聚合物驅(qū)動(dòng)的航天溫控式百葉窗結(jié)構(gòu)圖；

圖4為圖3的驅(qū)動(dòng)部分放大圖。

具體實(shí)施方式

參照?qǐng)D3和圖4，本發(fā)明的溫控式百葉窗機(jī)構(gòu)包括葉片1、底部輻射板2、葉片軸3、安裝底板5、驅(qū)動(dòng)室6、連桿8、懸空的工字梁9、上部形狀記憶聚合物彈簧10A、下部形狀記憶聚合物彈簧10B、固定鉸鏈11、轉(zhuǎn)動(dòng)桿12、框架15和活動(dòng)桿16。其可分為驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、窗體主體結(jié)構(gòu)和聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)三部分。其中：

驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，主要由驅(qū)動(dòng)室6、上部形狀記憶聚合物彈簧10A和下部形狀記憶聚合物彈簧10B，懸空的工字梁9、連桿8、驅(qū)動(dòng)室安裝螺孔7和限位孔13構(gòu)成。上部形狀記憶聚合物彈簧10A和下部形狀記憶聚合物彈簧10B材料中均添加有Fe₃O₄納米顆粒；上部基于形狀記憶聚合物彈簧10A的一端與驅(qū)動(dòng)室6的上部?jī)?nèi)側(cè)壁固定，另一端與懸空的工字梁9相連。驅(qū)動(dòng)室6的上部?jī)?nèi)側(cè)壁上設(shè)有限位孔13，下部形狀記憶聚合物彈簧10B的一端固定在驅(qū)動(dòng)室6的下部?jī)?nèi)側(cè)壁，另一端與連桿8連接；驅(qū)動(dòng)室6的側(cè)壁兩邊上設(shè)有若干個(gè)安裝螺孔7，用于安裝蓋板封閉驅(qū)動(dòng)室。

窗體主體結(jié)構(gòu)，由安裝底板5，框架15和N個(gè)葉片單元組成，每個(gè)葉片單元包括葉片1和葉片軸3，葉片軸3的兩端分別固定在框架15和連桿8上，葉片1安裝在葉片軸3上，N≥2；葉片1采用碳纖維材料，葉片1的背光表面采用低發(fā)射率熱控涂層處理減少漏熱，葉片1對(duì)光面采用F46鍍銀二次表面處理。葉片軸3采用鈦合金材料，框架15和底部輻射板2均采用碳纖維和環(huán)氧無(wú)緯布材料設(shè)計(jì)，底部輻射板2噴涂輻射白漆?？蚣?5與安裝底板5固接，安裝底板5上設(shè)有若干個(gè)底板安裝螺孔4，安裝底板5通過(guò)這些底板安裝螺孔4與航天器固定安裝。

聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)，主要由固定鉸鏈11、轉(zhuǎn)動(dòng)桿12、連桿8和活動(dòng)桿16構(gòu)成。活動(dòng)桿16上套有兩個(gè)限位墊片14，固定鉸鏈11固定在驅(qū)動(dòng)室6的內(nèi)側(cè)壁上，轉(zhuǎn)動(dòng)桿12的中部與固定鉸鏈11連接，轉(zhuǎn)動(dòng)桿12的一端固定在懸空的工字梁9上，轉(zhuǎn)動(dòng)桿12的另一端與活動(dòng)桿16的中間位置垂直固接，活動(dòng)桿16的上端穿過(guò)限位孔13伸出，活動(dòng)桿16的下端與連桿8相連，當(dāng)上部形狀記憶聚合物彈簧10A發(fā)生形變時(shí)，懸空的工字梁9上下運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)桿12繞固定鉸鏈11轉(zhuǎn)動(dòng)，使活動(dòng)桿16作上下運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)連桿8轉(zhuǎn)動(dòng)，連桿8的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)葉片單元轉(zhuǎn)動(dòng)。

本發(fā)明的工作過(guò)程如下：

當(dāng)航天設(shè)備溫度低于設(shè)備的標(biāo)定溫度時(shí)，溫控式百葉窗機(jī)構(gòu)葉片1靜止在葉片軸3上，此時(shí)形狀記憶聚合物彈簧10A和10B處于初始狀態(tài)，活動(dòng)桿16位于下端極限位置，下端的限位墊片14壓緊驅(qū)動(dòng)室6側(cè)壁。

當(dāng)航天器的在軌情況發(fā)生變化時(shí)，設(shè)備溫度上升，在設(shè)備溫度高于設(shè)備的標(biāo)定溫度時(shí)，形狀記憶聚合物彈簧10A和10B發(fā)生拉伸形變，形狀記憶聚合物彈簧10A驅(qū)動(dòng)懸空工字梁9向下運(yùn)動(dòng)；懸空工字梁9帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)桿12繞固定鉸鏈11逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)桿12帶動(dòng)活動(dòng)桿16通過(guò)限位孔13向上移動(dòng)，活動(dòng)桿16帶動(dòng)連桿8順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，形狀記憶聚合物彈簧10B同時(shí)驅(qū)動(dòng)連桿8的另一端逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，連桿8的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)葉片1繞葉片軸3順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)?；顒?dòng)桿16上的限位墊片14限制了活動(dòng)桿16的上下移動(dòng)范圍，當(dāng)葉片1轉(zhuǎn)動(dòng)到90°時(shí)，活動(dòng)桿16位于上端極限位置，上端的限位墊片14壓緊驅(qū)動(dòng)室6側(cè)壁，至此該溫控式百葉窗葉片完全展開，底部輻射板2向外輻射能量，設(shè)備溫度降低。

當(dāng)設(shè)備溫度降低到低于設(shè)備標(biāo)定溫度時(shí)，由于形狀記憶聚合物的形狀記憶效應(yīng)，形狀記憶聚合物彈簧10A和10B產(chǎn)生收縮形變，形狀記憶聚合物彈簧10A驅(qū)動(dòng)懸空工字梁9向上運(yùn)動(dòng)；懸空工字梁9帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)桿12繞固定鉸鏈11順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)桿12帶動(dòng)活動(dòng)桿16通過(guò)限位孔13向下移動(dòng)，活動(dòng)桿16帶動(dòng)連桿8逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，形狀記憶聚合物彈簧10B同時(shí)驅(qū)動(dòng)連桿8的另一端順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，連桿8的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)葉片1繞葉片軸3逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)使葉片1恢復(fù)到初始狀態(tài)。

以上描述僅是本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)例，不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的任何限制，顯然對(duì)于本領(lǐng)域的專業(yè)人員來(lái)說(shuō)，在了解了本發(fā)明內(nèi)容和原理后，都可能在不背離本發(fā)明原理、結(jié)構(gòu)的情況下，進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)上的各種修正和改變，但是這些基于本發(fā)明思想的修正和改變?nèi)栽诒景l(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。