基于Miura折纸的可展开太阳能聚光器结构设计及其聚光特性研究

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进入二十一世纪,随着能源与环境问题的日益凸显,太阳能等清洁可再生能源变得愈发重要。目前最主要的利用太阳能的方法是太阳能发电,但是其无一例例外都会受到季节、天气、大气层以及地球自转等因素的影响,发电不不稳定且效率较低。因此早在1968年年就已经提出的空间太阳能电站(SSPS)构想重新受到各国关注。空间太阳能电站在太空中接收和转化太阳能,受工作环境影响小,可以连续工作,发电效率更更高更稳定。但是作为一个规模庞大的空间系统工程,空间太阳能电站体积大、质量量大、功率大,这些都给它的实现带来的很多困难。  针对如何减小系统体积、降低系统质量量;如何保持对日、对地定向;如何实现太空内的部署等问题,本文提出了了一种基于Mi ura折纸结构的聚光器设计方案。折纸本质上是一种将二维的材料料如纸张折叠成为三维的物体的艺术,其结构简单,可完全折叠和展开,能够得到多种三维表面结构。折纸结构的聚光器可以减小空间太阳能电站的整体质量量,同时更更加容易易运输和在轨部署。  论文基于基本Miura折叠模式给出了了一种新的具有两组非平行折痕分布形式的折叠模式,该折叠模式的三维折叠结构表面近似一个抛物面。运用裁剪的方法剪开折叠纸张的一部分折痕,保证其是一种具有单一自由度的刚性折纸结构。建立了了该折叠模式的基本折叠单元、整体拓拓展单元的几何结构关系数学模型,基于该数学模型通过计算顶点坐标和坐标变换的方法在软件中建立了了三维实体模型,并且折叠制作了了实物模型样机。在论文最后,引入用向量量表示的光线条件,在三维实体模型中给定一个入射光线,分析聚光器的聚光特性,以及在给定不不同初始折叠常量量和折叠角度时光线汇聚的特点和区别。
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