JPH021720B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は打上げ時には折畳まれていて所定の
軌道投入時又は軌道において展開する例えばアン
テナ、太陽電池パネル等の宇宙船の展開物を展開
させる機構に関するものである。 従来の概念として折畳まれた展開物を展開させ
る場合、展開物の平面体相互間を１軸回転自在な
ヒンジで結合して展開させる方式であり、いわゆ
る可展ダブルコルゲーシヨン面のように展開時に
２方向に展開する２次元展開方式の場合、１軸回
転自在なヒンジを用いる従来の方式では以下述べ
るような問題点がある。第１図ａは展開物の展開
前を、第１図ｂは展開物の展開途中を、又第１図
ｃは展開物の展開後をそれぞれ示す図であり、複
数個の平行四辺形平面体１ａ〜１ｄおよび衛星２
をそれぞれ１軸回転自在なヒンジ３ａ〜３ｅを用
いて結合している。平行四辺形平面体１ａの回転
角θ₁が90度の時が第１図ａに示す展開前の状態で
あり０度の時が第１図ｃに示す展開後の状態であ
り第１図ｂにおいて展開時に１軸回転自在なヒン
ジ３ｂを介して結合されている平面体１ａ，１ｂ
それぞれの回転角θ₁、θ₂が常に等しく変動し、こ
れと同様の条件が平面体１ｂ，１ｃ、平面体１
ｃ，１ｄにも適用でき、これらの条件から展開時
における平面体１ａ〜１ｄの位置関係は決定され
る。後述するように平面体１ｄ，１ａ間の距離Ｌ
は展開物の展開前、展開中、展開後で変動するの
で、展開物の平面体相互を１軸回転自在なヒンジ
で結合する従来の方式は２次元的に展開する展開
機構の場合、円滑な展開運動を達成し得ないとい
う欠点がある。 この発明はこのような問題点に対処し得る宇宙
船の展開物展開機構を提案するもので以下第２図
を用いてこの発明を詳述する。第２図ａは１軸回
転自在なヒンジを示す図であり２個の平面体１
ａ，１ｂの板厚Ｔ、ヒンジ直径Ｄ、ヒンジ回転中
心４ａから平面体端部までのヒンジクリアランス
Ｈにより形状諸元が定義される。 第２図ｂは１軸回転自在なヒンジを３個３ａ，
３ｂ，３ｃ組み合わせたヒンジ５を示す図であ
り、２個の平面体１ａ，１ｂを結合している。第
２図ｃは提案する展開物展開機構の展開後を示す
図であり、衛星２に１軸回転自在なヒンジ３ａ〜
３ｉを介して平行四方形平面体１ａ〜１ｉを取り
付ける。ここで１軸回転自在なヒンジ３ｂ，３
ｄ，３ｆ，３ｈは平面体下方に取り付けられ、１
軸回転自在なヒンジ３ａ，３ｃ，３ｅ，３ｇ，３
ｉは平面体上方に取り付けられている。各平面体
は１軸回転自在なヒンジ３ａ〜３ｉを介して対称
に展開するので、展開時における平面体１ａ〜１
ｉの位置関係は決定される。この時平面体１ａ，
１ｆ間の距離L₁および平面体１ｄ，１ｉ間の距
離L₂を求めてみる。第２図ｄにおいて衛星２と
第１の平面体１ａにより構成される回転角θ₁を示
す。第２図ｅにおいて第３の平面体１ｃと第４の
平面体１ｄとにより構成される回転角θ₂を示す。
第２図ｆにおいて第１の平面体１ａ、第２の平面
体１ｂ、第５の平面体１ｅ、第６平面体１ｆとに
より構成される角度θ₃を示す。第２図ｇにおいて
第１の平面体１ａと第６の平面体１ｆにより構成
される回転角θ₄を示す。第２図Ｃにおいて軸６
ａ、ｙ軸６ｂおよび上記２軸と直交右手座標系を
構成するような図示しないｚ軸を考える。上記座
標系において頂点７ａの座標を仮に（x_c、y_c、
z_c）および頂点７ａをとおり頂点７ｂ，７ｃから
構成される直線の傾きと直交する傾きを有する直
線と頂点７ｂ，７ｃから構成される直線との交点
７ｄの座標を（x_M、y_M、z_M）とすると回転角θ₂
は次のように定義される。 ここではＮは段数すなわちｘ軸方向に配列され
る平面体の数を示す。座標（x_c、y_c、z_c）は頂点
７ｂの座標（x_A、y_A、z_A）とすれば次の関係を有
している。 x_c＝x_A y_c＝y_A−P₁ ……(2) z_c＝z_A ここでP₁は各平面体のｙ軸方向の辺の長さで
ある。座標（x_A、y_A、z_A）は次のように書ける。 ここでＨはヒンジクリアランス、θはヒンジ直
径、P₂は各平面体のｘ軸方向の辺の長さ、Ｔは
平面体板厚、θ_aは平面体の小さい方の頂角であ
る。 また頂点７ｂ，７ｃを結ぶ直線の傾きをαとし
それに直交する傾きをα′とするとそれらは次式の
ように示し得る。 よつて座標（x_M、y_M、z_M）は次式で示し得る。 以上によりθ₂が定義された。 θ₃は次のように定義される。 θ₃＝ARCTAN（−α） ……(6) 回転角θ₄は頂点７ｅの座標を（x₂、y₂、z₂）お
よび頂点７ｅをとおり頂点７ｆ，７ｇから構成さ
れる直線の傾きと直交する傾きを有する直線と頂
点７ｆ，７ｇから構成される直線との交点７ｈの
座標を（x_N、y_N、z_N）とすれば次のように定義さ
れる。 座標（x₂、y₂、z₂）は頂点７ｆの座標（x₁、
y₁、z₁）と次の関係を有している。 x₂＝x₁ y₂＝−y₁ ……(8) z₂＝z₁ ここで座標（x₁、y₁、z₁）は次のように書け
る。 x₁＝Ｈ×sin（θ₁）＋Ｄ／２×cos（θ₁） Y₁＝P₁／２ ……(9) z₁＝Ｈ×cos（θ₁）−Ｄ／２×sin（θ₁） さらに座標（x_N、y_N、z_N）は次のように書け
る。 x_N＝2y₁＋（α′−α）×x₁／α′−α Y_N＝−y₁＋α′₁（x_N−x₁） z_N＝z₁＋P₂sin（θ_a）cos（θ₁）×（x₁−x_N）²＋（Y₁
−Y_N）²／（P₂sin（θ_a）sin（θ₁）²＋（P₂cos（θ_a）
）² 以上によりθ₄が定義された。 ここで頂点７ｉの座標を（x_p、y_p）とするとL₁
は次式で示される。 L₁＝（x_P−x₁）²＋（Y_P−y₁）² ……(11) ただし x_p−x₁＝〔２｛Ｄ／２cos（θ₁）＋Ｈ×sin（θ₁）｝（
Ｎ−１）＋2Tcos（θ₁）×Ｎ＋（−１）^N−１／２／２
〕×｛１ −cos（2θ₃）｝＋２〔｛Ｄ／２sin（θ₂）＋Ｈ×cos
（θ₂）｝＋Ｔ×１−（−１）^N／２×sin（θ₂）〕×１
／１＋α′²……(12) Y_p−Y₁＝〔２｛Ｄ／２cos（θ₁）＋Ｈ×sin（θ₁）｝（
Ｎ−１）＋2Tcos（θ₁）×Ｎ＋（−１）^N−１／２／２ ×sin（2θ₃）＋２〔｛Ｄ／２sin（θ₂）＋Ｈ×cos（
θ₂）｝＋Ｔ×１−（−１）^N／２×sin（θ₂）〕×α′
／１＋α′₂……（13） である。 L₂は頂点７ｊ，７ｋを結ぶ直線と頂点７ｌ，
７ｍを結ぶ直線と平行な傾きを有しかつ上記２直
線の中心を通る直線、と頂点７ｎを通り上記直線
と直交する傾きを持つ直線との交点（x_Q、y_Q）と
頂点７ｎの座標（x_B、y_B）との距離および点７ｄ
の座標（x_M、y_M）と頂点７ａの座標（x_c、y_c）間
の距離を用いて次式のように示し得る。 L₂＝２×｛√（_Q−_B）²＋（_Q−_B）² −√（_M−_c）²＋（_M−_c）²｝ ……（14） ここで x_M−x_c＝P₁／α′−α …（17） y_M−y_c＝α′P₁／α′−α ……（18） である。いまＨ＝２mm、Ｄ＝５mm、P₁＝P₂＝100
mm、θ_a＝60゜、Ｔ＝５mm、Ｎ＝３の場合のθ₁に対
応するL₁およびL₂の変化を表１に示す。

【表】 このように平面体１ａ，１ｆ、平面体１ｂ，１
ｅ、平面体１ｅ，１ｈ、平面体１ｄ，１ｉ間の距
離は最大値と最小値を有する。これらを結ぶヒン
ジを第２図ｂで説明したヒンジ５ａ〜５ｄを用い
ることにより展開中も平面体１ａ，１ｆ、平面体
１ｂ，１ｅ、平面体１ｅ，１ｈ、平面体１ｄ，１
ｉは剛に結合された状態で円滑な展開運動を達成
し得る。第２図は提案する展開物展開機構の展開
前を示す図であり、衛星２に１軸回転自在なヒン
ジ３ａ〜３ｉを介して平面体１ａ〜１ｉが接続さ
れておりかつ１軸回転自在なヒンジを複数個組み
合わせたヒンジ５ａ〜５ｄにより平面体相互を保
持している。 従つてこの発明によれば２次元的に展開する展
開機構の場合生ずる平面体相互間の距離の変動は
１軸回転自在なヒンジを複数個組み合わせたヒン
ジで対応することが可能であり円滑な各平面体の
対称展開も達成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａは従来の概念による展開物の展開前を
示す図、第１図ｂは従来の概念による展開物の展
開中を示す図、第１図ｃは従来の概念による展開
物の展開後を図す図、第２図ａは１軸回転自在な
ヒンジを示す図、第２図ｂはこの発明による１軸
回転自在なヒンジを複数個組み合わせたヒンジを
示す図、第２図ｃはこの発明による展開物の展開
後を示す図、第２図ｄ〜ｇは展開物の展開角を示
す図、第２図ｈはこの発明による展開物の展開前
を示す図であり１は平行四辺形平面体、２は衛
星、３は１軸回転自在なヒンジ、４はヒンジ回転
中心、５は１軸回転自在なヒンジを複数個組み合
わせたヒンジ、６は座標系、７は平行四辺形平面
体の各頂点である。なお、図中同一あるいは相当
部分には同一符号を付してある。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 宇宙船に取付けられている展開物を宇宙空間
   で２次元的に展開させるように構成した宇宙船の
   展開物展開機構において、複数個の平面体からな
   る展開物の各平面体が同一平面上で、所定の配置
   をなすように展開物の平面体相互間を１軸回転自
   在の第１のヒンジ、および１軸回転自在な第１の
   ヒンジを複数個組み合わせた第２のヒンジを用い
   て結合し、上記第１および第２のヒンジの作用に
   より展開の過程において平面体相互が対称形を保
   持しつつ２次元的に展開するようにしたことを特
   徴とする宇宙船の展開物展開機構。