CN102437404A - 一种可刚化充气展开桁架式平面天线与太阳帆板一体机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可刚化充气展开桁架式平面天线与太阳帆板一体机构，本发明太阳帆板基板设置在桁架结构的上侧面，太阳能电池片固定在太阳帆板的上表面，平面天线模块设置在桁架结构的下侧面形成平面天线，卫星或空间站设置在桁架结构的中部或端部。本发明采用可刚化充气展开的桁架作为一体机构的主体，在发射时可保证该桁架灵活折叠，折叠效率高，发射体积小，便于利用现有的发射技术和发射装备进行大口径天线和大面积太阳帆板的发射，发射入轨后，一体机构展开并刚化，具有较高的结构刚度和振动基频，有利于卫星等飞行器的姿态控制和在轨稳定运行，并显著提高平面天线的抗振能力，提高信号精度和灵敏度。

Description

一种可刚化充气展开桁架式平面天线与太阳帆板一体机构

技术领域

本发明涉及一种可刚化充气展开桁架式平面天线与太阳帆板一体机构。

背景技术

平面天线及太阳帆板(太阳能电池阵或太阳翼)在卫星、载人飞船、空间站等飞行器中的应用已非常广泛，平面天线用于星载合成孔径雷达作为信号收发部件，太阳帆板用于卫星等空间飞行器作为电力供应部件，但目前飞行器使用的平面天线或太阳帆板都是机械式展开结构形式，而且是单独安装在飞行器上。

现有的展开式太阳帆板主要采用机械式展开支撑结构，此展开支撑结构是由很多刚性构件通过连接机构、控制展开机构和锁紧机构连接而成，在使用中存在结构复杂、易出故障、展开可靠性差、整体重量重、折叠效率低、发射体积大等问题，对于采用大面积的平面框架式展开结构的太阳帆板来说，还存在结构刚度低、振动基频低、易引起与飞行器主体共振而导致飞行器姿态控制较难的问题。

现有的平面天线主要采用机械式展开结构，此种展开支撑结构是由很多刚性构件通过连接机构、控制展开机构和锁紧机构连接而成，因而在使用中同样存在结构复杂、易出故障、展开可靠性差、整体重量重、折叠效率低、发射体积大等问题。平面天线口径(或有效面积)大小对卫星等飞行器信号接收或发射的精度和灵敏度影响较大，平面天线口径越大，卫星等飞行器信号接收或发射的精度和灵敏度就越高。而大口径的机械式展开平面天线还存在结构刚度低、振动基频低的问题，易引起与飞行器主体共振而导致的对飞行器姿态控制较难的问题，并导致平面天线信号精度下降等问题。

综上所述，现有的机械式展开、单独安装的平面天线不能满足飞行器对大口径平面天线的需求，现有的机械式展开、单独安装的太阳帆板也不能满足飞行器对大面积太阳帆板的需求。

发明内容

本发明的目的是为解决现有的机械式展开太阳帆板以及现有的机械式展开平面天线在单独使用中存在结构复杂、易出故障、展开可靠性差、整体重量重、折叠效率低、发射体积大以及成本高的问题；同时解决因采用大面积平面框架式展开结构存在结构刚度和基频随结构尺寸增大而降低，易引起与飞行器主体共振并导致对飞行器姿态控制较难，而且导致平面天线信号精度下降的问题，进而提供一种可刚化充气展开桁架式平面天线与太阳帆板一体机构。

本发明包括：太阳帆板支架、支撑管、平面天线支架、平面天线模块、太阳帆板基板、太阳能电池片以及卫星或空间站，太阳帆板支架和平面天线支架之间连接有支撑管构成截面为四边形的桁架结构，太阳帆板基板设置在桁架结构的上侧面，太阳能电池片固定在太阳帆板基板的上表面，平面天线模块设置在桁架结构的下侧面形成平面天线，卫星或空间站设置在桁架结构的中部或端部

发射时，整个桁架式平面天线与太阳帆板一体机构折叠包装在装载箱内部，发射入轨后，一体机构充气展开并刚化成型，从而在轨成型为大口径平面天线和大面积太阳帆板的桁架式一体机构，一体机构展开成型在飞行器的一侧或两侧。

本发明的有益效果：

一、本发明采用可刚化充气展开的桁架作为太阳帆板和平面天线的结构主体，充气展开桁架采用可刚化柔性复合材料构建，可灵活折叠，折叠效率高，发射体积小，便于利用现有的发射技术和发射装备进行大口径天线和大面积太阳帆板的发射。

二、本发明结构简单，不含有机械关节或铰链，不需要锁紧机构，以充气压力驱动展开，展开可靠性高，有利于整个结构在轨的可靠展开并刚化成型。

三、这种可刚化充气展开天线和太阳帆板一体化机构具有折叠体积小、质量轻的优点，比现有的机械式展开机构有很多工程上的优势，可以构建更大口径的平面天线和更大面积的太阳帆板，显著提高平面天线的灵敏度、精度及太阳帆板的发电功率。

四、一体机构在轨展开并刚化后，平面天线和太阳帆板通过刚化后的桁架结构连接成一体，显著提高整个结构的结构刚度和振动基频，有利于卫星等飞行器的姿态控制和在轨稳定运行，并显著提高平面天线的抗振能力，提高信号精度和灵敏度。

五、桁架结构本身材料用量很少，而构建桁架结构的薄壁的柔性复合材料支撑管更进一步减少了材料用量，因而整个结构重量大大减轻，有利于整个飞行器的发射。

六、本发明将平面天线和太阳帆板一体化安装，简化了飞行器附件结构，减少了天线和帆板对飞行器外部空间的占用，利于整个结构可靠性的提高，并有利于飞行器外部安装更多其它附件或载荷。

附图说明

图1是本发明的具体实施方式提供的整体结构示意图；

图2是太阳帆板的结构示意图；

图3是平面天线的结构示意图；

图4是图1的A向视图；

图5是图1的B处放大图；

图6是图2的C处放大图；

图7是图3的D处放大图；

图8是本发明的立体结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：见图1、图4和图8，本实施方式包括：太阳帆板支架1、支撑管2、平面天线支架3、平面天线模块4、太阳帆板基板8、太阳能电池片9以及卫星或空间站10，太阳帆板支架1和平面天线支架3之间连接有支撑管2构成截面为四边形的桁架结构，太阳帆板基板8设置在桁架结构的上面，太阳能电池片9固定在太阳帆板基板8的上面，平面天线模块4设置在桁架结构的下面形成平面天线，卫星或空间站10设置在桁架结构的中部或端部。本发明被送入太空轨道并且充气展开刚化后，太阳帆板对日、平面天线对地。

具体实施方式二：见图2，本实施方式所述的太阳帆板支架1包括：两个帆板纵向充气管1-1和帆板横向充气管1-2，两个帆板纵向充气管1-1之间连接有帆板横向充气管1-2，帆板纵向充气管1-1和帆板横向充气管1-2之间相互连通，在每一个由帆板纵向充气管1-1和帆板横向充气管1-2组成的单元内设置有一太阳帆板基板8。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：见图3，本实施方式所述的平面天线支架3包括：两个天线纵向充气管3-1和天线横向充气管3-2，两个天线纵向充气管3-1之间连接有天线横向充气管3-2，天线纵向充气管3-1和天线横向充气管3-2之间相互连通，在每一个由天线纵向充气管3-1和天线横向充气管3-2组成的单元内设置有一平面天线模块4。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：见图2和图6，本实施方式还包括帆板连接件6，所述帆板连接件6设置在帆板纵向充气管1-1和帆板横向充气管1-2之间的连接处。帆板连接件6可以用来增加帆板纵向充气管1-1和帆板横向充气管1-2之间的连接强度。其它组成及连接关系与具体实施方式二相同。

具体实施方式五：见图3和图7，本实施方式还包括天线连接件7，所述天线连接件7设置在天线纵向充气管3-1和天线横向充气管3-2之间的连接处。天线连接件7可以用来增加天线纵向充气管3-1和天线横向充气管3-2之间的连接强度。其它组成及连接关系与具体实施方式三相同。

具体实施方式六：见图1和图5，本实施方式所述支撑管2的一端与帆板纵向充气管1-1相连通，支撑管2的另一端与天线纵向充气管3-1相连通。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二或三相同。

具体实施方式七：见图1和图5，本实施方式还包括支撑管连接件5，所述支撑管连接件5设置在支撑管2和帆板纵向充气管1-1之间的连接处以及支撑管2和天线纵向充气管3-1之间的连接处。支撑管连接件5的作用是为了增加支撑管2和帆板纵向充气管1-1之间、支撑管2和天线纵向充气管3-1之间的连接强度。其它组成及连接关系与具体实施方式六相同。

具体实施方式八：本实施方式所述的支撑管2、帆板纵向充气管1-1、帆板横向充气管1-2、天线纵向充气管3-1和天线横向充气管3-2的管壁由内至外依次分别由气体阻隔层、加热层、热固层、绝热防护层和环境防护层制成。由于支撑管、充气管是由多层薄膜复合材料构成，支撑管抗弯刚度、强度等性能指标可通过改变支撑管的直径、长度、管壁厚度及材料性能等方法进行设计。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二或三相同。

具体实施方式九：本实施方式所述的气体阻隔层由聚合物薄膜制成，气体阻隔层的厚度为0.01～0.1mm，管壁要求较薄时，采用此参数。其它组成及连接关系与具体实施方式八相同。

具体实施方式十：本实施方式所述的刚化层由可刚化柔性复合材料制成，刚化后可保证支撑管、充气管所需要的强度和刚度。其它组成及连接关系与具体实施方式八相同。

具体实施方式十一：本实施方式所述的刚化层由可刚化柔性复合材料制成。其特点是刚化前柔韧性好，刚化后具有很高的强度和刚度。其它组成及连接关系与具体实施方式八相同。

具体实施方式十二：本实施方式在充气管道上安装有控制阀，可控制充气管道充入到支撑管、充气管内部的气体流量和流速，使框架的充气展开过程较为稳定。

由于平面天线的尺寸越大，卫星等飞行器信号接收或发射的精度和灵敏度就越高；而太阳帆板的作用是为卫星等飞行器提供电力保障，因此太阳帆板的尺寸越大，为卫星等飞行器提供的电力就越充足。本发明的平面天线和太阳帆板充气展开后的体积可达到展开前体积的十几倍、几十倍或百倍以上。

Claims (10)

1.一种可刚化充气展开桁架式平面天线与太阳帆板一体机构，其特征在于，包括：太阳帆板支架(1)、支撑管(2)、平面天线支架(3)、平面天线模块(4)、太阳帆板基板(8)、太阳能电池片(9)以及卫星或空间站(10)，太阳帆板支架(1)和平面天线支架(3)之间连接有支撑管(2)构成截面为四边形的桁架结构，太阳帆板基板(8)设置在桁架结构的上侧面，太阳能电池片(9)固定在太阳帆板基板(8)的上表面，平面天线模块(4)设置在桁架结构的下侧面形成平面天线，卫星或空间站(10)设置在桁架结构的中部或端部。

2.根据权利要求1所述的可刚化充气展开桁架式平面天线与太阳帆板一体机构，其特征在于，所述的太阳帆板支架(1)包括：两个帆板纵向充气管(1-1)和帆板横向充气管(1-2)，两个帆板纵向充气管(1-1)之间连接有帆板横向充气管(1-2)，帆板纵向充气管(1-1)和帆板横向充气管(1-2)之间相互连通，在每一个由帆板纵向充气管(1-1)和帆板横向充气管(1-2)组成的单元内设置有一太阳帆板基板(8)。

3.根据权利要求2所述的可刚化充气展开桁架式平面天线与太阳帆板一体机构，其特征在于，还包括帆板连接件(6)，所述帆板连接件(6)设置在帆板纵向充气管(1-1)和帆板横向充气管(1-2)之间的连接处。

4.根据权利要求1所述的可刚化充气展开桁架式平面天线与太阳帆板一体机构，其特征在于，所述的平面天线支架(3)包括：两个天线纵向充气管(3-1)和天线横向充气管(3-2)，两个天线纵向充气管(3-1)之间连接有天线横向充气管(3-2)，天线纵向充气管(3-1)和天线横向充气管(3-2)之间相互连通，在每一个由天线纵向充气管(3-1)和天线横向充气管(3-2)组成的单元内设置有一平面天线模块(4)。

5.根据权利要求4所述的可刚化充气展开桁架式平面天线与太阳帆板一体机构，其特征在于，还包括天线连接件(7)，所述天线连接件(7)设置在天线纵向充气管(3-1)和天线横向充气管(3-2)之间的连接处。

6.根据权利要求1、2或4所述的可刚化充气展开桁架式平面天线与太阳帆板一体机构，其特征在于，所述支撑管(2)的一端与帆板纵向充气管(1-1)相连通，支撑管(2)的另一端与天线纵向充气管(3-1)相连通。

7.根据权利要求6所述的可刚化充气展开桁架式平面天线与太阳帆板一体机构，其特征在于，还包括支撑管连接件(5)，所述支撑管连接件(5)设置在支撑管(2)和帆板纵向充气管(1-1)之间的连接处以及支撑管(2)和天线纵向充气管(3-1)之间的连接处。

8.根据权利要求1、2或4所述的可刚化充气展开桁架式平面天线与太阳帆板一体机构，其特征在于，所述的支撑管(2)、帆板纵向充气管(1-1)、帆板横向充气管(1-2)、天线纵向充气管(3-1)和天线横向充气管(3-2)的管壁由内至外依次分别由气体阻隔层、加热层、刚化层、绝热防护层和环境防护层制成。

9.根据权利要求8所述的可刚化充气展开桁架式平面天线与太阳帆板一体机构，其特征在于，所述的气体阻隔层由聚合物薄膜制成，气体阻隔层的厚度为0.01～0.1mm。

10.根据权利要求1所述的可刚化充气展开桁架式平面天线与太阳帆板一体机构，其特征在于，所述的刚化层由可刚化柔性复合材料制成。

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