CN103847983B - 展开和重绕柔性结构的装置及配备它的可展开结构和卫星 - Google Patents

Abstract

一种展开和重绕柔性结构的装置及配备它的可展开结构和卫星。用于展开和重绕的装置包括至少一个具有平行于轴X的展开和重绕轴的带状弹簧（10、31a、31b、31c）和能够围绕垂直于轴X的轴Y旋转的转子（15、33），所述带状弹簧（10、31a、31b、31c）能够从其缠绕在所述转子（33）上的状态自主地转变为松开状态。所述带状弹簧（10、31a、31b、31c）安装为弯曲成U形的两部分，并且包括牢牢地固定至可以固定至定子（14、32）的第一锚定点（5、36）或固定至所述转子（15、33）的第一端部（16），以及缠绕在所述转子（15、33）上的第二端部（17）。

Description

展开和重绕柔性结构的装置及配备它的可展开结构和卫星

技术领域

本发明涉及用于展开和重绕柔性结构的装置，涉及均配备有这样的装置的柔性可展开结构和卫星。其尤其应用于必须在轨道上展开的太空设备的领域，并且更具体地，其应用于用于卫星的太空设备，例如天线、太阳能电池阵列、隔热屏、档板或望远镜。

背景技术

能够在太空展开的结构（例如太阳能电池阵列类型的）通常由彼此铰接的刚性板制成，当在存储位置上时，这些板堆叠在彼此的上面。这些结构具有良好受控的动力学优点，但具有高比质和大惯性的缺点。此外，当在存储位置上时，刚性结构占据了发射台的整流罩下极大的空间量。由于发射台的整流罩下分配给可展开结构的空间是有限的，因此重要的是当这些可展开结构在存储位置上时减小它们所需要的空间量，以优化当展开时它们能够占据的区域。

存在着包括柔性薄片和固定至薄片上的同一个平面的带状弹簧的可展开柔性平面结构。在存储位置上，薄片和带状弹簧缠绕在芯轴上。当芯轴自由旋转时，柔性平面结构通过带状弹簧的自发解旋而自主地展开。

事实上，如图1a、1b、1c所描绘的，带状弹簧作为具有圆弧形式的横截面的柔性带在太空领域是已知的，圆弧的曲率半径在第一面上是凸的而在第二面上是凹的，这些带能够从缠绕状态转变为松开状态，这实质上是它们自身存储的弹性能量的结果。因此带状弹簧具有展开的自然趋势，以回复到它们的松开状态。如果它们被迫重绕，则在半径大致上等于它们的横向曲率半径R时它们有这样做的趋势。因此只需要小的外力来使它们保持缠绕成该形状。然而，如果该力突然消失，则展开可能是猛烈的且不受控的，这意思是说整个带状弹簧可能具有在整个长度上同时拉直回来的趋势，并且这存在损坏带状弹簧所固定在的柔性薄片，或者周围元件的风险。因此，传统的带状弹簧在控制它们的展开方面存在困难。此外，带状弹簧在凸面101和凹面102上不具有相同的刚度，它们的凸面101是柔性的，而它们的凹面102是刚性的。其结果是，在松开状态，施加在带状弹簧的凸面101上的极小的力（在图1a中的箭头）将具有引起带状弹簧收缩的趋势，而施加在凹面102上的力将不产生效果，这存在着柔性结构在其展开状态不稳定的问题。为了解决这个在展开状态不稳定的问题，因此需要利用额外的固位器将薄片保持在展开位置，或者过度构建带状弹簧，以确保其在轨道运行力下保持稳定。

发明内容

本发明的目的是生产一种用于展开和重绕可展开结构的装置，其不具有现有装置的缺点，而具有以下优点：占据非常小的空间，其易于生产，其使得在发射台的整流罩下存储时可展开结构的体积能够被优化，在展开时其在不需要使用额外的固位器的情况下能够对展开进行控制并且具有重绕的能力和给结构刚性和稳定性。

为了实现这些，本发明涉及一种用于展开和重绕柔性结构的装置，其包括至少一个具有平行于轴X的展开和重绕轴的带状弹簧和能够围绕垂直于轴X的轴Y旋转的转子，所述带状弹簧能够从其缠绕在所述转子上的状态自主地转变为松开状态。所述带状弹簧安装为弯曲成具有两个分支的U形，并且包括牢牢地固定至第一锚定点的第一分支的第一端部，以及牢牢地固定在至第二锚定点上的第二分支的第二端部，所述第二锚定点固定至转子，所述带状弹簧的第一分支的第一端部安装在所述第一锚定点的两个钳口之间。

有利地，所述第二锚定点包括面向彼此安装的互补形状的两个钳口，所述带状弹簧的第二分支的第二端部安装在所述第二锚定点的两个钳口之间。

有利地，所述展开和重绕装置可以进一步包括至少两个在固定的配件上面向彼此安装的滚轮，所述配件支撑所述转子的旋转轴，固定至所述转子的所述带状弹簧的第二分支在两个滚轮之间装入。

有利地，所述展开和重绕装置可以进一步包括联接至所述转子的展开速度调节装置。

有利地，所述展开和重绕装置可以进一步包括至少一个二维XY柔性膜片，所述带状弹簧固定至平行于所述带状弹簧的展开和重绕轴X的所述柔性膜片。

有利地，所述展开和重绕装置可以包括至少两个在所述柔性膜片上平行于彼此且平行于轴X固定的带状弹簧，每个带状弹簧安装为弯曲成两部分，每个带状弹簧的所述第一端部牢牢地固定至所述第一锚定点，并且每个带状弹簧的所述第二端部牢牢地固定至所述第二锚定点上，所述第二锚定点固定至转子。

有利地，所述柔性膜片可以包括正交于轴X的横向压条，所述横向压条分别固定至每个带状弹簧。

根据本发明的第一实施方案，所述展开和重绕装置进一步包括至少一个固定的定子，并且所述第一锚定点固定至所述定子。

根据本发明的第二实施方案，所述第一锚定点固定至所述转子，并且所述展开和重绕装置包括在配件上面向彼此安装的两个第一滚轮，以及在所述配件上面向彼此安装的两个第二滚轮，所述带状弹簧的第二分支在所述两个第一滚轮之间装入，所述带状弹簧的第一分支在所述两个第二滚轮之间装入。

有利地，所述展开和重绕装置可以包括至少两个在同一个转子上相对安装的带状弹簧，每个带状弹簧安装为弯曲成两部分，并且包括分别通过第一锚定点固定至同一个定子和通过第二锚定点固定至所述转子的两个端部。

替代地，所述展开和重绕装置可以包括至少三个在同一个转子上安装成星形的带状弹簧，每个带状弹簧安装为弯曲为两部分，并且包括分别通过第一锚定点固定至同一个定子和通过第二锚定点固定至所述转子的两个端部。

根据一个特定实施方案，所述展开和重绕装置可以包括至少两个平行于轴Y的定子，所述两个定子安装在所述转子的两侧上，并且两个柔性结构在所述转子上相对安装，每个柔性结构包括二维XY柔性膜片以及至少一个弯曲成两部分的固定至柔性膜片的带状弹簧，所述带状弹簧包括牢牢地固定至两个定子的其中一个的第一端部和固定至所述转子的第二端部。

有利地，所述带状弹簧可以是成波状的薄片。

本发明还涉及包括至少一个展开和重绕装置的柔性可展开结构。

有利地，所述柔性可展开结构可以进一步包括可展开的铰接桅杆。

有利地，所述铰接桅杆可以经由旋转驱动电动机固定至卫星的平台。

有利地，所述柔性可展开结构可以包括在可展开结构的中平面的两侧上背靠背地安装的太阳能电池阵列半翼，所述中平面垂直于两个半翼的展开和重绕轴X，并且两个独立的展开和重绕装置分别专用于所述两个半翼，两个展开和重绕装置包括两个各自的转子，并且两个转子具有互相平行的各自的旋转轴。

有利地，所述柔性可展开结构可以包括固定至弯曲成两部分的带状弹簧的第一分支的第一柔性膜片以及固定至所述弯曲成两部分的带状弹簧的第二分支的第二柔性膜片，所述第一柔性膜片支撑第一物体，并且所述第二柔性膜片支撑不同于所述第一物体的第二物体。

根据一个特定实施方案，所述第一物体可以是太阳能电池，并且所述第二物体可以是集中光的透镜，并且其中所述第二柔性膜片对于光的射线是透明的。

本发明还涉及包括至少一个用于展开和重绕柔性结构的装置的卫星。

附图说明

在参考所附示意图，以纯示意和非限定实例方式给出的说明书的其余部分中，本发明的其他细节和优点将变得明显清楚，所附示意图描绘：

图1a、图1b：分别在弯曲和静止过程中的、具有一个单一曲率半径的带状弹簧的第一实例的两个透视图；

图1c：带状弹簧的第一实例的横截面图；

图1d：具有若干曲率半径的带状弹簧的第二实例的透视图；

图2a、2b、2c：显示根据本发明的第一实施方案的、分别处于展开过程中的存储位置和处于展开位置的展开和重绕装置的一个实例的透视图；

图3a至图3d：根据本发明的分别对应于四个不同的展开状态的展开和重绕装置的第一实例在纵剖面上的四张图；

图3e和图3f：显示根据本发明的带状弹簧锚定的两个不同实例在横截面上的两张图；

图4a到图4c：显示根据本发明的包括滚轮导轨装置的展开和重绕装置的一个实例在纵剖面上的三张图；

图4d到图4f：显示根据本发明的滚轮导轨装置的三个实例在横截面上的三张图；

图5a到图5c：显示根据本发明的包括两个滚轮导轨装置的展开和重绕装置的一个实例在纵剖面上的三张图；

图6a和图6b：根据本发明的第二实施方案的在展开构造中包括相对安装的两个带状弹簧的展开和重绕装置的一个实例在纵剖面上的两张图；

图7：根据本发明的第三实施方案的在展开构造中包括安装成星形的三个带状弹簧的展开和重绕装置的一个实例在纵剖面上的图；

图8a：根据本发明的在展开构造中用于包括固定至柔性薄片的三个基本带状弹簧的展开和重绕展结构的装置的透视图；

图8b、图8c和图8d：根据本发明的包括固定至带状弹簧的横向压条的柔性膜片在横截面上的三个实例；

图9a和图9b：显示用于展开和重绕相对安装的两个可展开结构的装置的一个实例的两个透视图，根据本发明，每个可展开结构在展开构造中包括固定至柔性薄片的三个基本带状弹簧；

图10a到图10e：根据本发明的图8a的可展开结构的展开动态的实例；

图11a到图11g：根据本发明的图9a的两个可展开结构的展开动态的一个实例；

图12a到图12c：根据本发明的安装在卫星平台上的柔性可展开结构（例如太阳能电池阵列翼）的各种构造的实例；

图13a到图13d：根据本发明的包括两对相对安装在卫星平台上的两个太阳能电池阵列半翼的柔性可展开结构的构造的实例；

图14a到图14c：根据本发明的分别处于存储位置、部分展开位置以及完全展开位置的太阳能电池阵列翼在纵剖面上的三个视图；

图15a和图15b：根据本发明的在完全展开位置上的分别为卫星上的太阳能电池阵列翼以及相对安装的两个太阳能电池阵列翼的两个透视图；

图16：根据本发明的在展开构造中包括两个支撑在翼的两个外部面上的不同物体的柔性膜片的集中式太阳能电池阵列翼在纵剖面上的视图。

具体实施方式

根据本发明的第一实施方案，在图2a到图2c中以及在图3a到图3d的截面示意图中描绘的展开和重绕装置包括至少一个带状弹簧10，带状弹簧10具有平行于轴X的展开和重绕的轴以及转子15。如在图1a、图1b、图1c中描绘的，带状弹簧10可以是柔性叶片，其包括凸的第一面101、凹的第二面102以及圆弧形式的横截面，圆弧具有横向曲率半径R。带状弹簧还可以是包括若干横向曲率半径的成波状的柔性叶片或成波状的柔性薄片，叶片或薄片的波纹能够形成由凹陷区域104隔开的若干凸起区域103。图1d显示了包括具有由凹陷中间区域隔开的两个凸起区域的面的成波状的柔性叶片的一个实例的透视图，但是凸起区域的数目可以大于两个。带状弹簧实质上利用其自身的弹性存储能量，能够自主地从缠绕状态转变为松开状态。根据本发明，带状弹簧安装为弯曲成两部分并且包括分别牢牢地固定至第一锚定点5和固定至第二锚定点6的两个端部16、17，第二锚定点6固定至转子15。第一锚定点可以固定至定子14或转子15。因此，在展开期间以及在展开位置上时，带状弹簧形成包括两个分支11、12的U形结构，两个分支11、12通过圆弧形式的底部9连接，圆弧的半径大致上对应于带状弹簧的曲率半径。位于带状弹簧10的第一分支11的端部的端部16可以直接固定至定子14，或者经由例如在图3a到图3d中描绘的固定配件13固定，但这不是强制性的。替代地，在本发明的另一个实施方案中，如在图5a到图5c中所描绘的，位于带状弹簧10的第一分支11的端部的端部16可以固定至转子15。固定至定子14的配件13支撑转子15的旋转轴Y，轴Y垂直于轴X。在图3a中描绘的存储位置上，当第一锚定点5固定至定子14时，带状弹簧10从第二分支12的端部17向着第一分支11的端部16缠绕在转子15上。在存储位置上，第一分支11因此缠绕在第二分支12的顶部。在图3b中描绘的展开期间，带状弹簧10在转子15的旋转作用下，在平行于轴X的方向上，从第一分支11的端部16向着第二分支12的端部17逐渐地松开和展开，第一分支11的端部16保持固定，第二分支12的端部17保持固定至转子。在展开位置上，如在图3d中描绘的，带状弹簧10的两个分支11、12是间隔开的。在U的底部9处，带状弹簧10的两个分支11、12之间的间隔大致上对应于带状弹簧10的曲率直径D。带状弹簧10的两个分支11、12可以如图3a、3b、3d所描绘地互相平行，但这不是强制性的。

由于带状弹簧安装为弯曲成两部分，在展开位置上，其具有在纵向中轴20的两侧延伸的连续的柔性结构，纵向中轴20平行于展开和卷收的轴X（同一个），因此带状弹簧的凹面102或凸面101或成波状的面总是面向U形的外侧。因此，展开的柔性结构的两个分支11和12具有前外表面和后外表面，前外表面和后外表面在同一个方向Z的两个相反指向上具有完全相同的刚度，方向Z与因此而非常稳定的展开的柔性结构的平面正交。在带状弹簧是包括两个面（一个凸面和一个凹面）的柔性叶片的优选例子中，带状弹簧在其凹面102侧弯曲成两部分，使得其凸面101面向U形的外侧。然而，带状弹簧还能够在其凸面101侧弯曲成两部分，使得其凹面102面向U形的外侧。

在存储位置中，带状弹簧10自身保持缠绕。利用带状弹簧存储的弹性能量，自主地发生带状弹簧的展开。为了使带状弹簧的展开在展开阶段是渐进的、一致的和平坦的，展开和重绕装置可以进一步包括联接至转子15的调节装置45，例如在图9b中描绘的。调节装置45使得带状弹簧能够在存储位置上保持缠绕，并且调节带状弹簧10在展开期间展开的速度。调节装置可以包括例如与减速齿轮相关联的电动机，并且可以进一步包括将带状弹簧固定在存储位置上的止动装置。优选地，在无动力时调节装置45不能转向另一边，并且这使得可以使弹簧在存储位置上保持绕紧。则施加至调节装置45的动力使得带状弹簧能够被释放，该弹簧然后自主地展开，其展开的速度受调节装置45的控制。

可以在转子15上以及在定子14上形成各种类型的锚定。在图3e和图3f中描绘的锚定点包括被称为钳口18、19的两个互补组件，其具有面向彼此定位的互补形状的两个内表面，两个钳口18、19的两个互补内表面构成用于锚定带状弹簧10的表面。因此，带状弹簧10在U的第一分支11的端部16和U的第二分支的端部17处被装入且困在两个钳口之间。在图3e中，两个带状弹簧锚定表面为平面形状，这使得更易于缠绕和松开带状弹簧10，但是当带状弹簧在展开位置上时，其同样不能被装入。在图3f中，两个带状弹簧锚定表面分别为凹的和凸的形状，使得当在展开位置上时，带状弹簧能够稳固地装入，但要求带状弹簧10的缠绕和松开的半径大于当锚定表面是平面时所需要的。锚定类型的选择依据带状弹簧刚性和想要的驱动扭矩性能。

第一钳口19（例如为凸的）当该钳口位于第一锚定点5的区域中时，固定至定子14，或者当位于第二锚定点6的区域中时，固定至转子15。第二钳口18（例如为凹的）通过钳夹4固定至第一钳口19。钳夹固定在第二钳口18的外表面上，外表面可以如图3e和图3f中描绘的为平面的，或者如图4d中描绘的具有一些其他形状，例如凹的，在图4d中滚轮21具有凹的外表面。

固定在转子15上的第一分支11的端部16通常配备有第一锚定点5，第一锚定点5包括两个互补钳口18、19，分别为凹的钳口和凸的钳口，就像在图3f中描绘的锚定点，这是由于必须在该端部16处具有尽可能稳固的锚定点并且在该端部16处对缠绕没有约束。

有利地，展开和重绕装置可以包括引导带状弹簧10的装置，以在展开或重绕期间引导带状弹簧10的方向。在图4a到图4c中，引导带状弹簧的第二分支12的装置固定在配件13上。如在图4a到4d中描绘的，引导装置可以包括例如两个滚轮21、22，两个滚轮21、22具有两个互补的表面，这些表面分别为凹的和凸的，面向彼此放置。为了减小滚轮和带状弹簧之间的摩擦，每个滚轮21、22可以是如图4d中描绘的整体结构，或者可以包括若干不同部件21a、21b、21c、22a、22b、22c（这些部件例如为圆柱的或者凸的或者凹的），其显示出关于同一个轴的旋转对称性，如在图4f中描绘的。带状弹簧因此在U的第二分支12处被装入且困在两个滚轮21、22之间。两个滚轮还使得带状弹簧10能够在展开阶段正确地绕紧在转子15上，并且当可展开结构安装在卫星上时使得带状弹簧能够在飞行中重绕。在图4a到图4c中描绘的特殊情况下，其中带状弹簧10由滚轮的***引导，可以在转子15处具有平面的锚定点，如图3e和图3f中描绘的。

为了减小在展开和重绕阶段滚轮和带状弹簧之间的摩擦，可以利用以圆弧形式的、彼此相对布置的两组若干个滚轮25、26分别替换凸滚轮22和凹滚轮21，从而形成彼此互补的凸形状和凹形状，这两组滚轮能够包括相同数目的滚轮（例如图4e中描绘的三个滚轮），或不同数目的滚轮。第一组滚轮25包括布置在第一圆弧上的若干径向间隔的滚轮，第二组滚轮26包括布置在第二圆弧上的若干径向间隔的滚轮，第一圆弧和第二圆弧是同轴的，第二组滚轮26的滚轮分别面向第一组滚轮25的滚轮定位。带状弹簧10因此在滚轮中的第一组25和第二组26之间装入并被夹住。

在已在图5a到图5c中描绘的本发明的替代形式中，带状弹簧10的第一分支11的端部16和第二分支12的端部17固定在锚定点6上，锚定点6固定至转子15，并且引导装置包括安装在配件13上的两个第一滚轮21、22和两个第二滚轮23、24。两个第一滚轮21、22和两个第二滚轮23、24相对于U的中轴20对称放置在配件13上，并且包括两个互补表面，分别是凹的和凸的，面向彼此安装。带状弹簧10因此在U的第二分支12处的两个第一滚轮21、22之间以及U的第一分支11处的两个第二滚轮23、24之间装入并被夹住。在这种情况下，在存储位置上，带状弹簧10的两个分支11、12一起缠绕在转子15上，并且在展开期间，带状弹簧10的两个分支11、12同时展开。带状弹簧的两个分支分别通过两个第一滚轮21、22以及通过两个第二滚轮23、24的引导同时围绕转子15松开和缠绕，U的底部以及在U的底部和U的中轴之间的交叉点P因此总是保持沿着带状弹簧10定位在相同的点。

展开和重绕装置可以具有弯曲成两部分的单个带状弹簧或者若干带状弹簧，每个带状弹簧弯曲成两部分并且具有固定至同一个转子15的第二端部以及或者固定至同一个定子或者固定至同一个转子的第一端部。在本发明的第二实施方案中，如在图6a和图6b中描绘的，展开和重绕装置包括具有相反指向的展开和重绕轴的两个带状弹簧10a、10b，展开和重绕轴例如可以平行于轴X或者相对于轴X产生角度A。两个带状弹簧10a、10b可以固定在同一个配件13上，配件13固定至定子14并且固定至相同的转子15，每个带状弹簧安装为弯曲成两部分，使得在展开期间以及在展开位置上形成U形结构。因此，第一带状弹簧10a包括通过第一固定的锚定点5a经由配件13固定至定子14的第一端部16a，以及通过第二锚定点6a固定至转子15的第二端部17a。第二带状弹簧10b包括通过固定的第一锚定点5b固定至定子的第一端部16b，以及通过固定至转子15的第二锚定点6b固定至转在15的第二端部17b。在存储位置上，两个带状弹簧10a、10b一起缠绕在转子15上，并且在展开期间，两个带状弹簧10a、10b在例如可以平行于轴X并且如图6a中描绘的彼此间产生180°的角度的两个方向上，或者如图6b中描绘的在它们之间产生小于180°的角度A的两个方向上、在转子15的两侧上彼此相对地同时展开。

在本发明的第三实施方案中，展开和重绕装置包括具有布置成星形的展开和重绕轴的若干带状弹簧。例如，在图7中，三个带状弹簧10c、10d、10f布置成星形，并且在它们之间产生大约120°的角度。三个带状弹簧10c、10d、10f具有例如固定至同一个定子14或者替代地固定至同一个转子15的第一端部16，以及牢牢地固定至同一个转子15的第二端部17，每个带状弹簧安装为弯曲成两部分，使得其在展开期间以及在展开位置上形成U形。在这种情况下，定子14例如可以具有三分支星形，三个带状弹簧的第一端部16分别固定至三个分支，并且转子15例如可以具有包括至少三个面的多边形形状，三个带状弹簧的第二端部17分别固定至三个面。还可以生产包括多于三个布置成星形的带状弹簧的展开和重绕装置。

当待展开的物体尺寸较小，例如像电路、电磁元件、天线或小平面表面，带状弹簧10能够用于支撑待展开的物体，物体直接固定在带状弹簧上。因此展开的带状弹簧展开了固定在它上面的物体。例如，当需要展开配备有诸如太阳能电池的元件的大尺寸的平面表面时，可能需要将柔性膜片30（旨在支撑待展开的元件）固定在至少两个带状弹簧上，以在作为一个整体的柔性结构展开时，增加其刚度。

在图8a中描绘了用于展开和重绕包括固定至柔性膜片的三个基本带状弹簧的柔性可展开结构41的装置的一个实例的视图。展开和重绕装置包括在分别在两个维度上平行于轴X和轴Y的柔性膜片或柔性薄片30、三个带状弹簧31a、31b、31c、定子32、转子33以及两个配件34、35。柔性膜片30旨在支撑能够被展开的元件，例如太阳能电池、用于反射无线电波的金属化电池，或者用于制造例如隔热屏或者其他装置的绝缘元件。每个带状弹簧31a、31b、31c安装为弯曲成两部分，这三个带状弹簧固定至平行于彼此且平行于纵向的展开和重绕轴X的柔性膜片30。例如，两个带状弹簧可以安装在柔性膜片的横向边缘上，并且第三带状弹簧可以沿着柔性膜片的中轴安装。柔性膜片30可以利用正交于轴X并且分别固定至每个带状弹簧31a、31b、31c的横向压条80、84、85来加强。图8b和图8c描绘了固定至包括若干横向曲率半径的带状弹簧的横向压条在横截面上的两个实例。横向压条80、84、85可以固定在固定点81、82、83处，固定点81、82、83例如位于带状弹簧的波纹103、104的波峰处。当带状弹簧具有若干波纹时，固定点81、82、83可以位于如图8b中描绘的中间波纹104的波峰处，或者位于如图8c中描绘的横向波纹103的波峰处。在图8c的情况下，带状弹簧的两个横向波纹103提供了两个可能的固定点82、83以及将两个不同的横向压条84、85固定至相同的带状弹簧的可能性。尽管包括若干横向曲率半径的带状弹簧是有利的，但是就考虑到横向压条的固定而言，当然同样可以将横向压条固定至具有单个曲率半径的带状弹簧，例如在图8d中的所描绘的，在图8d中横向压条固定至布置为彼此平行的具有单个曲率半径的两个带状弹簧的凸面101的波峰。在展开位置上，由于依据想要的应用每个带状弹簧弯曲成U形，因此可以将带状弹簧固定至沿着整个带状弹簧的长度的同一个柔性膜片，U的每个分支在带状弹簧弯曲之前固定至柔性膜片，或者可以将U的两个分支固定至两个不同的膜片，或者在应用于例如太阳能电池阵列的情况下，将带状弹簧的仅一个分支固定至柔性膜片。

优选地，当每个带状弹簧具有若干波纹时，每个带状弹簧经由其凸面固定至柔性膜片，或者固定至波纹的波峰。带状弹簧可以利用任何固定手段（例如像压焊、压合、铆接或装订）固定至柔性膜片。转子33具有垂直于轴X的旋转轴Y，并且包括分别安装在两个配件34、35上的两个相对端部。如在图8a的实施方案中描绘的，转子33和定子32例如可以是圆柱形状，并且定子32可以具有平行于转子33的纵轴Y的纵轴，并且具有经由固定的锚定点分别固定至两个配件34、35的两个相对端部。每个带状弹簧具有经由锚定点36、37分别牢牢地固定在定子32和转子33上的两个16、17。在图8a的实例中，转子33和定子32在平行于展开轴X的方向上彼此偏移稍微大于每个带状弹簧的曲率直径的距离，以便使得带状弹簧能够在展开和重绕期间围绕转子33松开和绕紧。

如结合图8a描述的，展开和重绕装置可以包括单个的可展开结构41，但同样可以在同一个转子上相对安装两个可展开结构，并且可以同时展开或重绕两个结构。在图9a和图9b中，展开和重绕装置包括两个可展开结构41、42，每个包括固定至柔性膜片的三个基本带状弹簧，如结合图8a描述的，两个可展开结构和在转子33的每侧上安装一个的两个相同的定子43、44共用单个转子33。在图9b中描述的可展开结构还示出安装在转子33的一个端部处的展开速度调节装置45。在存储位置上，两个可展开结构一起缠绕在转子33上，并且调节装置45是无动力的，其使得两个可展开结构能够保持一起缠绕在转子33上。在图9a和图9b中，两个可展开结构的展开轴彼此间产生180°的角度，但当然可以在它们之间产生小于180°的角度A的两个方向上放置两个可展开结构的展开轴，如结合图6b描述的。

图10a到图10e显示根据图3a到图3d和图8a的实施方案的柔性结构的展开动态的一个实例，例如像太阳能电池阵列。在该实例中，柔性结构包括在平行于轴X、Y的两个维度上的膜片或柔性薄片30以及固定至柔性膜片30的三个带状弹簧31a、31b、31c。如在实施方案中描绘的，尽管这不是必要的，但为了保持柔性结构远离支撑件50（例如像卫星的平台），柔性结构可以经由第一接合件54安装在桅杆53的端部处，桅杆的底部经由第二接合件55安装在支撑件上。为了增加桅杆的长度，桅杆可以由首尾相连安装并且通过中间接合件56彼此铰接的若干臂57制成。为了定向柔性结构，驱动桅杆围绕柔性结构的展开轴X旋转的电动机58可以定位在桅杆53的底脚处，在第二接合件55之下。在图10a中描绘的存储位置上，桅杆53在支撑件50上折叠，并且柔性结构围绕转子缠绕，两个配件34、35通过固定件51、52固定至支撑件50。从如图10b和图10c中描绘的存储位置开始，通过释放固定件51、52，桅杆自主地展开。如图10d和图10e中描绘的，当桅杆展开时，施加至调节装置45的动力使得缠绕在转子33上的柔性膜片能够展开（其是自主发生的），膜片围绕轴Y松开的速度由固定至转子的调节装置45控制。

同样可以想到的是，在展开桅杆53之前展开柔性结构，同时该桅杆仍然通过固定件51和52固定至支撑件50。

图11a到图11g显示根据图6、图9a、图9b的实施方案的在相同的转子33上相对安装的两个可展开结构41、42的展开动态的一个实例，例如像两个太阳能电池阵列。在该实例中，每个可展开结构包括在平行于轴X、Y的两个维度上的柔性膜片30，以及固定至柔性膜片的三个带状弹簧31a、31b、31c。如在实施方案中描绘的，尽管不是必要的，但为了保持两个柔性结构远离支撑件50（例如像卫星的主体），两个柔性结构经由第一接合件54安装在桅杆53的端部处，桅杆的底部经由第二接合件55安装在支撑件上。在如图11a中描绘的存储位置上，桅杆向下折叠在支撑件50上，并且两个柔性结构一起缠绕在转子33上，两个配件34、35通过固定件51、52固定至支撑件50。从存储位置开始，如图11b和图11c中描绘的，通过释放固定件51、52，桅杆自主地展开。当桅杆展开时，如在图11d到图11g中描绘的，两个柔性结构在转子33的每一侧上同时自主地展开。施加至调节装置45的动力使得缠绕在转子33上的柔性膜片能够展开，膜片围绕轴Y松开的速度由固定至转子的调节装置45控制。

图12a到图12c显示根据本发明的安装在卫星1的平台上的柔性可展开结构（例如太阳能电池阵列翼）的各种构造的实例。在图12a中，包括卫星1和太阳能电池阵列的翼2的装配件安装在发射台的整流罩3中，太阳能电池阵列的翼2处于存储位置上。图12b示出了太阳能电池阵列的两个翼2通过桅杆53在卫星1的两侧上对称展开的构造，太阳能电池阵列翼的展开轴X平行于桅杆。图12c显示固定于在同一个转子33上相对安装的两个可展开结构的成对的两个太阳能电池阵列翼2，这两对经由各自的桅杆53、53’在卫星1的两侧上对称展开。

图13a和图13b显示包括两对经由各自的桅杆53，53’在卫星1的两侧上安装的两个太阳能电池阵列半翼2a、2b、2c、2d的两个对的柔性可展开结构的构造的实例，太阳能电池阵列半翼的展开轴X垂直于桅杆。每对的半翼2a、2b、2c、2d背靠背地安装在两个不同的各自的转子33a、33b、33c、33d上。因此，每个半翼是具有它自己专用的展开和重绕装置（在各个图3a到图3d、图4a到图4f、图5a到图5c或者在图8a中描绘）的独立柔性可展开结构。在图13a中，包括卫星1和两个太阳能电池阵列半翼2a、2b、2c、2d的装配件安装在发射台的整流罩3中，两个半翼处于存储位置上。在图13b中，成对的两个太阳能电池阵列半翼2a、2b、2c、2d在展开位置上。同一对的两个半翼平行于轴X但在一个方向的两个相反指向上展开。

图13c和图13d显示包括两个太阳能电池阵列半翼2a、2b的可展开结构的展开和重绕的一个实例在沿着展开轴X的纵剖面上的两个视图，两个太阳能电池阵列半翼2a、2b背靠背地安装在可展开结构的中平面60的两侧上，中平面60垂直于展开和重绕轴X。图13c示出了在存储位置上的两个半翼2a、2b。在图13d中，两个半翼2b中的其中一个处于展开的过程中，而另一个半翼2a保持在存储位置上。两个半翼2a、2b，每个包括至少一个如结合图6描述的安装为弯曲成两部分的带状弹簧，但两个半翼的两个各自的带状弹簧61a、61b分别缠绕在两个不同的转子62a、62b上，转子62a、62b对称布置在中平面60的两侧上。两个转子62a、62b具有各自的旋转轴63a、63b，旋转轴63a、63b互相平行并且由连接至固定的定子65的同一个配件64支撑。由于每个半翼安装在它自己专用的转子上，因此每个半翼具有它自己专用的展开和重绕装置。同一对的每个半翼的展开能够由与每个转子相关联的两个不同的调节装置控制，并且因此每个半翼的展开与其他半翼的展开无关，使得卫星能够由太阳风操纵。

可展开结构可以完全展开或部分展开。在柔性可展开结构包括两对安装在卫星1的两侧上的两个太阳能电池阵列半翼2a、2b、2c、2d的图13a到图13d的实施方案的情况下，半翼的展开能够独立于其他半翼的展开而受控，并且可以通过在飞行中部分或完全重绕一个或多个半翼来改变太阳能电池阵列的翼的几何结构。之后其使得能够用于操纵以及使得在卫星的路径上的偏差能够得到补偿，从而利用在改变的几何结构的翼上的太阳能电池翼的力。

在太阳能电池阵列翼的情况下，在展开位置上，太阳能电池全部位于翼的同一个单个面上，而在展开过程中，可以获得位于例如在图14b中描绘的翼的两个面上的太阳能电池。在图14a中，太阳能电池阵列翼在存储位置上。在图14b中，太阳能电池阵列翼在部分展开位置上，并且太阳能电池70分别分布在太阳能电池阵列翼的前和后两个外表面71、72上。在该构造中，太阳能电池阵列翼的两个外表面71、72是活动的。太阳能电池阵列翼的部分展开在将卫星从太空中的区域（在此区域中卫星从发射台的整流罩喷射）传送到围绕地球的既定轨道阶段是特别有利的，这是由于在该传送阶段，太阳能电池阵列的翼相对于太阳的定向不是最优化的并且能够改变。此外，可展开结构的部分展开可以在桅杆展开前进行，因此使得卫星能够吸收多于其在桅杆展开时能够吸收的机械负荷。

在图14c和图15a中，太阳能电池阵列翼完全展开并且太阳能电池70全部位于太阳能电池阵列的前外表面72上。在图15b中，包括两个太阳能电池阵列翼的可展开结构安装在卫星1上。两个太阳能电池阵列翼完全展开并且太阳能电池70全部位于太阳能电池阵列的每个翼的前外表面72上。

在另一个类型的应用中，例如在图16中描绘的，同样可以将不同的物体固定至同一个翼的两个后外表面71和前外表面72。在这样的例子中，配备有第一物体的第一柔性膜片固定至弯曲成U的带状弹簧的第一分支，并且配备有不同于第一物体的第二物体的第二柔性膜片固定至带状弹簧的第二分支上。例如，在集中式太阳能电池阵列的情况下，第一柔性膜片可以配备有太阳能电池70，并且第二柔性膜片可以是透明的且配备有能够聚焦光的光学元件73，例如像合聚透镜，能够聚焦光的光学元件面向太阳能电池布置。因此，位于朝向太阳的翼的面上的合聚透镜73使得太阳光线74能够集中在太阳能电池70上。

尽管已结合一些特定实施方案描述了本发明，但很明显的是，其不以任何方式受限，并且其包括了描述的手段的所有技术等效及落入本发明的范围内的技术等效的结合。

Claims (20)

1.一种用于展开和重绕柔性结构的装置，包括至少一个具有平行于轴X的展开和重绕轴的带状弹簧和能够围绕垂直于轴X的轴Y旋转的转子，所述带状弹簧能够从其缠绕在所述转子上的状态自主地转变为松开状态，所述带状弹簧安装为弯曲成具有两个分支的U形，其中所述带状弹簧包括牢牢地固定至第一锚定点的第一分支的第一端部，以及牢牢地固定至第二锚定点的第二分支的第二端部，所述第二锚定点固定至所述转子，所述带状弹簧的第一分支的第一端部安装在所述第一锚定点的两个钳口之间，所述带状弹簧的两个分支从所述U形的底部沿着轴X的方向延伸。

2.根据权利要求1所述的用于展开和重绕柔性结构的装置，其中所述第二锚定点包括面向彼此安装的互补形状的两个钳口，所述带状弹簧的第二分支的第二端部安装在所述第二锚定点的两个钳口之间。

3.根据权利要求1所述的用于展开和重绕柔性结构的装置，进一步包括至少两个在固定的配件上面向彼此安装的滚轮，所述配件支撑所述转子的旋转轴，固定至所述转子的所述带状弹簧的第二分支在两个滚轮之间装入。

4.根据权利要求1所述的用于展开和重绕柔性结构的装置，进一步包括联接至所述转子的展开速度调节装置。

5.根据权利要求1所述的用于展开和重绕柔性结构的装置，进一步包括至少一个二维XY柔性膜片，所述带状弹簧固定至平行于所述带状弹簧的展开和重绕轴X的所述柔性膜片。

6.根据权利要求5所述的用于展开和重绕柔性结构的装置，包括至少两个在所述柔性膜片上平行于彼此且平行于轴X固定的带状弹簧，每个带状弹簧安装为弯曲成两部分，每个带状弹簧的所述第一端部牢牢地固定至所述第一锚定点，并且每个带状弹簧的所述第二端部牢牢地固定至所述第二锚定点，所述第二锚定点固定至所述转子。

7.根据权利要求6所述的用于展开和重绕柔性结构的装置，其中所述柔性膜片包括正交于轴X的横向压条，所述横向压条分别固定至每个带状弹簧。

8.根据前述权利要求中的一项所述的用于展开和重绕柔性结构的装置，进一步包括至少一个固定的定子，并且其中所述第一锚定点固定至所述定子。

9.根据权利要求1到7中的一项所述的用于展开和重绕柔性结构的装置，其中所述第一锚定点固定至所述转子，并且其中所述展开和重绕装置包括在支撑所述转子的旋转轴的固定的配件上面向彼此安装的两个第一滚轮，以及在所述配件上面向彼此安装的两个第二滚轮，所述带状弹簧的第二分支在所述两个第一滚轮之间装入，所述带状弹簧的第一分支在所述两个第二滚轮之间装入。

10.根据权利要求8所述的用于展开和重绕柔性结构的装置，包括至少两个在同一个转子上相对安装的带状弹簧，每个带状弹簧安装为弯曲成两部分，并且包括分别通过第一锚定点固定至同一个定子和通过第二锚定点固定至所述转子的两个端部。

11.根据权利要求8所述的用于展开和重绕柔性结构的装置，包括至少三个在同一个转子上安装成星形的带状弹簧，每个带状弹簧安装为弯曲为两部分，并且包括分别通过第一锚定点固定至同一个定子和通过第二锚定点固定至所述转子的两个端部。

12.根据权利要求8所述的用于展开和重绕柔性结构的装置，包括至少两个平行于轴Y的定子，所述两个定子安装在所述转子的两侧上，并且两个柔性结构在所述转子上相对安装，每个柔性结构包括二维XY柔性膜片以及至少一个弯曲成两部分的固定至柔性膜片的带状弹簧，所述带状弹簧包括牢牢地固定至两个定子的其中一个的第一端部和固定至所述转子的第二端部。

13.根据权利要求1到7中的一项所述的用于展开和重绕柔性结构的装置，其中所述带状弹簧是成波状的薄片。

14.一种柔性可展开结构，包括至少一个根据权利要求1到7中的一项所述的用于展开和重绕柔性结构的装置。

15.根据权利要求14所述的柔性可展开结构，进一步包括能够展开的铰接桅杆。

16.根据权利要求15所述的柔性可展开结构，其中所述铰接桅杆能够经由旋转驱动电动机固定至卫星的平台。

17.根据权利要求14所述的柔性可展开结构，包括两个在可展开结构的中平面的两侧上背靠背地安装的太阳能电池阵列半翼，所述中平面垂直于两个半翼的展开和重绕轴X，并且两个独立的展开和重绕装置分别专用于所述两个半翼，两个展开和重绕装置包括两个各自的转子，并且两个转子具有互相平行的各自的旋转轴。

18.根据权利要求14所述的柔性可展开结构，包括固定至弯曲成两部分的带状弹簧的第一分支的第一柔性膜片以及固定至所述弯曲成两部分的带状弹簧的第二分支的第二柔性膜片，所述第一柔性膜片支撑第一物体，并且所述第二柔性膜片支撑不同于所述第一物体的第二物体。

19.根据权利要求18所述的柔性可展开结构，其中所述第一物体是太阳能电池，并且所述第二物体是集中光的透镜，并且其中所述第二柔性膜片对于光的射线是透明的。

20.一种卫星，包括至少一个根据权利要求14所述的柔性可展开结构。