CN104319453B - 基于无源驱动的双层环形桁架天线机构 - Google Patents

Abstract

基于无源驱动的双层环形桁架天线机构，它涉及一种双层环形桁架式可展开天线机构，以解决现有的大口径单环环形桁架天线刚度较小，无法达到使用刚度要求以及现有环形桁架天线机构的驱动结构复杂、重量大、采用拉索展开容易发生缠绕和展开可靠性较低的问题，它包括多个内外桁架式可折展单元模块、多个内过渡折展组件和多个外过渡折展组件；每个内外桁架式可折展单元模块包括内折展单元模块、外折展单元模块和两个内外连接桁架组件；正对的内支撑竖杆和外支撑竖杆之间通过内外连接桁架组件连接，多个内外桁架式可折展单元模块展开后为一个内外双层环形桁架式多面体。本发明用于卫星、空间站和空间探测器上。

Description

基于无源驱动的双层环形桁架天线机构

技术领域

本发明涉及一种双层环形桁架式可展开天线机构，属于航天器材与设备技术领域。

背景技术

随着技术的发展以及应用的推广，在卫星通信、无线广播***、地球观测、陆地遥感、深空探测和深空通信等领域，星载大型可展开天线已被广泛应用于导航卫星、通信卫星、中继卫星、气象卫星和侦查卫星等方面。为了满足多功能、多波段、大容量、大功率、长寿命等需要，对卫星天线提出了大口径化、高精度、轻质量及高刚性的要求，但由于火箭有效运载空间及运载力的限制,要求天线在发射阶段折叠起来固定在运载工具有效载荷舱内,待航天器进入轨道后,再由地面控制中心指令其在空间轨道按设计要求,逐步完成展开动作,然后锁定并保持为工作状态。因此，卫星天线需做成可折叠式的。随着宇航空间研究计划的逐步发展和空间***的复杂化程度升级，空间折展机构已从过去简单单一的形式向复杂、多自由度、模块化方向发展，大型空间折展机构成为近年来宇航科学与技术研究领域的热点。

大型可展开天线的研究成为了卫星研制工作中的关键技术，对天线的口径要求越来越大，但单环环形桁架机构随天线口径的增大，天线刚度下降，达不到实际的使用要求刚度，而如何提高天线整体刚度，还没有很好的解决方案。现有的环形桁架可展开天线大多采用电机拉动驱动绳索从而实现整个机构的展开，电机驱动虽然可以有效的控制展开速度，减少机构展开过程中的冲击振动，但复杂的驱动机构不但增加了结构的重量，也降低了结构的可靠性，容易引起环形桁架可展开天线展开失败，导致空间探测任务无法实现，从而造成巨大的经济损失。现有的环形桁架可展开天线大多采用张紧拉索实现天线机构整体刚度的提高，但张紧拉索在展开过程中容易发生缠绕，导致展开失败。

发明内容

本发明是为解决现有的大口径单环环形桁架天线刚度较小，无法达到使用刚度要求以及现有环形桁架天线机构的驱动结构复杂、重量大、采用拉索展开容易发生缠绕和展开可靠性较低的问题，进而提供一种基于无源驱动的双层环形桁架天线机构。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：本发明的基于无源驱动的双层环形桁架天线机构包括多个内外桁架式可折展单元模块、多个内过渡折展组件和多个外过渡折展组件；

每个内外桁架式可折展单元模块包括内折展单元模块、外折展单元模块和两个内外连接桁架组件；

内折展单元模块包括中心连接竖杆、上连接接头、下连接接头、两个内上弦杆、两个内下弦杆、两个内支撑弹性杆、两个曲柄、两个滑块、两个内支撑竖杆、四个自锁铰链和四个弦杆展开驱动弹性铰链；

两个内支撑竖杆的上端和下端各连接有一个自锁铰链，两个内支撑竖杆的上端之间布置有上连接接头、两个内上弦杆和两个弦杆展开驱动弹性铰链，两个内支撑竖杆的下端之间布置有下连接接头、两个内下弦杆和两个弦杆展开驱动弹性铰链；上连接接头和下连接接头之间布置有与二者连接的中心连接竖杆，上连接接头的两端各通过一个弦杆展开驱动弹性铰链与一个内上弦杆的一端连接，内上弦杆的另一端与自锁铰链铰接，下连接接头的两端各通过一个弦杆展开驱动弹性铰链与一个内下弦杆的一端连接，内下弦杆的另一端与自锁铰链铰接；

每个内支撑竖杆的下部滑动安装有一个滑块，每个滑块与相对应的内下弦杆之间布置有与二者铰接的曲柄；内上弦杆和内下弦杆之间布置有两个内支撑弹性杆，两个内支撑弹性杆呈倒八字型排布，内支撑弹性杆的一端与下连接接头铰接，内支撑弹性杆的另一端与设置在内支撑竖杆的上端的自锁铰链铰接；

外折展单元模块包括中心连接竖杆、上连接接头、下连接接头、两个外上弦杆、两个外下弦杆、两个外支撑弹性杆、两个曲柄、两个滑块、两个外支撑竖杆、四个自锁铰链和四个弦杆展开驱动弹性铰链；

两个外支撑竖杆的上端和下端各连接有一个自锁铰链，两个外支撑竖杆的上端之间布置有上连接接头、两个外上弦杆和两个弦杆展开驱动弹性铰链，两个外支撑竖杆的下端之间布置有下连接接头、两个外下弦杆和两个弦杆展开驱动弹性铰链；上连接接头和下连接接头之间布置有与二者连接的中心连接竖杆，上连接接头的两端各通过一个弦杆展开驱动弹性铰链与一个外上弦杆的一端连接，外上弦杆的另一端与外支撑竖杆铰接，下连接接头的两端各通过一个弦杆展开驱动弹性铰链与外下弦杆的一端连接，外下弦杆的另一端与外支撑竖杆铰接；

每个外支撑竖杆的上部滑动安装有一个滑块，每个滑块与相对应的外上弦杆之间布置有与二者铰接的曲柄；外上弦杆和外下弦杆之间布置有两个外支撑弹性杆，两个外支撑弹性杆呈八字型排布，外支撑弹性杆的一端与上连接接头铰接，外支撑弹性杆的另一端与设置在外支撑竖杆下端的自锁铰链铰接；

内上弦杆的长度小于外上弦杆的长度，内下弦杆的长度小于外下弦杆的长度，正对的内支撑竖杆和外支撑竖杆之间通过内外连接桁架组件连接，内外桁架式可折展单元模块展开后为一个六面体形可折展单元模块，相邻两个内外桁架式可折展单元模块的内折展单元模块通过内过渡折展组件连接，相邻两个内外桁架式可折展单元模块的外折展单元模块通过外过渡折展组件连接，多个内外桁架式可折展单元模块展开后为一个内外双层环形桁架式多面体。

本发明与现有技术相比具有以下效果：

1、本发明采用内外桁架式可折展单元模块、内折展单元模块、外折展单元模块和弹性杆，天线机构的整体刚度较高，满足空间大口径天线的使用刚度要求。

2、本发明收拢后体积小，重量轻，收纳率高达35％。

3、本发明中加入了弹性杆，克服了对角拉索缠绕及运动不规律的问题，同时加强了支撑臂的整体刚度、重复展开精度和可靠性。

4、本发明的基于无源驱动的双层环形桁架天线机构依靠弹性铰链实现无源动力驱动，不需要增加额外的驱动机构，减轻了整个机构的重量；本发明展开运动简单、可靠性高，随着模块化单元拓展后不需要刻意增加另外的驱动组件，本发明展开控制简单，稳定性好。

5、本发明的基于无源驱动的双层环形桁架天线机构展开过程通过释放弹性铰链的弹性势能实现，弹性铰链展开后恢复立直状态，该状态为稳定状态，需要较大的力矩使其弯曲变形，因此折叠展开后不需要锁定装置，实施方式简单、工作稳定可靠。

6、本发明采用模块化单元设计思想，模块单元数量可以根据天线口径的需求而扩展，模块扩展性强，可实现模块化生产，降低制造成本和难度。

7、本发明所有结构都是由航天常用材料加工制造，材料资源丰富，加工工艺成熟，便于机构的顺利实施。

8、本发明也满足其它可展开天线机构的探测基本要求，便于展开技术的推广。本发明的弹性铰链可以实现自驱动展开，省去了驱动***，大大减轻了整个双层环形桁架式可展开天线机构的重量。本发明的节点整体性好、强度高、运动机构与控制***简单。本发明用于卫星、空间站、空间探测器以及大型空间反射器支撑桁架上。

附图说明

图1是本发明的基于无源驱动的双层环形桁架天线机构的展开结构示意图，图2是本发明的基于无源驱动的双层环形桁架天线机构收拢结构示意图，图3是本发明的内外桁架式可折展单元模块的整体结构示意图，图4是内折展单元模块的整体结构示意图，图5是外折展单元模块的整体结构示意图，图6是图5收拢结构示意图，图7是内过渡折展组件的整体结构示意图，图8是外过渡折展组件的整体结构示意图，图9是具体实施方式三的内外连接桁架组件的整体结构示意图，图10是具体实施方式四的内外连接桁架组件的整体结构示意图，图11是自锁铰链的立体结构示意图，图12是滑块的立体结构示意图，图13是弦杆展开驱动弹性铰链的整体结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1-图13说明，本实施方式的基于无源驱动的双层环形桁架天线机构包括多个内外桁架式可折展单元模块A、多个内过渡折展组件B1和多个外过渡折展组件B2；

每个内外桁架式可折展单元模块A包括内折展单元模块A1、外折展单元模块A2和两个内外连接桁架组件3；

内折展单元模块A1包括中心连接竖杆5、上连接接头9、下连接接头14、两个内上弦杆7、两个内下弦杆16、两个内支撑弹性杆4、两个曲柄10、两个滑块11、两个内支撑竖杆13、四个自锁铰链6和四个弦杆展开驱动弹性铰链15；

两个内支撑竖杆13的上端和下端各连接有一个自锁铰链6，两个内支撑竖杆13的上端之间布置有上连接接头9、两个内上弦杆7和两个弦杆展开驱动弹性铰链15，两个内支撑竖杆13的下端之间布置有下连接接头14、两个内下弦杆16和两个弦杆展开驱动弹性铰链15；上连接接头9和下连接接头14之间布置有与二者连接的中心连接竖杆5，上连接接头9的两端各通过一个弦杆展开驱动弹性铰链15与一个内上弦杆7的一端连接，内上弦杆7的另一端与自锁铰链6铰接，下连接接头14的两端各通过一个弦杆展开驱动弹性铰链15与一个内下弦杆16的一端连接，内下弦杆16的另一端与自锁铰链6铰接；

每个内支撑竖杆13的下部滑动安装有一个滑块11，每个滑块11与相对应的内下弦杆16之间布置有与二者铰接的曲柄10；内上弦杆7和内下弦杆16之间布置有两个内支撑弹性杆4，两个内支撑弹性杆4呈倒八字型排布，内支撑弹性杆4的一端与下连接接头14铰接，内支撑弹性杆4的另一端与设置在内支撑竖杆13的上端的自锁铰链6铰接；

外折展单元模块A2包括中心连接竖杆5、上连接接头9、下连接接头14、两个外上弦杆8、两个外下弦杆17、两个外支撑弹性杆41、两个曲柄10、两个滑块11、两个外支撑竖杆12、四个自锁铰链6和四个弦杆展开驱动弹性铰链15；

两个外支撑竖杆12的上端和下端各连接有一个自锁铰链6，两个外支撑竖杆12的上端之间布置有上连接接头9、两个外上弦杆8和两个弦杆展开驱动弹性铰链15，两个外支撑竖杆12的下端之间布置有下连接接头14、两个外下弦杆17和两个弦杆展开驱动弹性铰链15；上连接接头9和下连接接头14之间布置有与二者连接的中心连接竖杆5，上连接接头9的两端各通过一个弦杆展开驱动弹性铰链15与一个外上弦杆8的一端连接，外上弦杆8的另一端与外支撑竖杆12铰接，下连接接头14的两端各通过一个弦杆展开驱动弹性铰链15与外下弦杆17的一端连接，外下弦杆17的另一端与外支撑竖杆12铰接；

每个外支撑竖杆12的上部滑动安装有一个滑块11，每个滑块11与相对应的外上弦杆8之间布置有与二者铰接的曲柄10；外上弦杆8和外下弦杆17之间布置有两个外支撑弹性杆41，两个外支撑弹性杆41呈八字型排布，外支撑弹性杆41的一端与上连接接头9铰接，外支撑弹性杆41的另一端与设置在外支撑竖杆12下端的自锁铰链6铰接；

内上弦杆7的长度小于外上弦杆8的长度，内下弦杆16的长度小于外下弦杆17的长度，正对的内支撑竖杆13和外支撑竖杆12之间通过内外连接桁架组件3连接，内外桁架式可折展单元模块A展开后为一个六面体形可折展单元模块，相邻两个内外桁架式可折展单元模块A的内折展单元模块A1通过内过渡折展组件B1连接，相邻两个内外桁架式可折展单元模块A的外折展单元模块A2通过外过渡折展组件B2连接，多个内外桁架式可折展单元模块A展开后为一个内外双层环形桁架式多面体。

本实施方式的内折展单元模块A1和外折展单元模块A2通过弹性铰链释放弹性势能实现展开。内支撑弹性杆4和外支撑弹性杆41结构相同，内支撑弹性杆和外支撑弹性杆41能起到提高桁架刚度的作用。本实施方式的内支撑竖杆和外支撑竖杆均为二阶梯式杆，滑块套装在二阶梯式杆的细杆上，并顶靠在粗杆和细杆的台阶处。本实施方式的内折展单元模块和外折展单元模块的折展和收拢方向相反。内折展单元模块向上收和外折展单元模块向下收。

具体实施方式二：结合图4、图5、图7和图8说明，本实施方式的内过渡折展组件B1包括中心连接竖杆5、上连接接头9、下连接接头14、两个过渡内支撑弹性杆51、两个过渡内上弦杆31、两个过渡内下弦杆32、两个曲柄10和四个弦杆展开驱动弹性铰链15；上连接接头9和下连接接头14之间布置有与二者连接的中心连接竖杆5，两个过渡内上弦杆31同轴布置，两个过渡内下弦杆32同轴布置，两个过渡内上弦杆31布置在两个过渡内下弦杆32的上方；

上连接接头9的两端各通过一个弦杆展开驱动弹性铰链15与一个过渡内上弦杆31连接，过渡内上弦杆31与其相邻的自锁铰链6铰接，下连接接头14的两端各通过一个弦杆展开驱动弹性铰链15与一个过渡内下弦杆32连接，过渡内下弦杆32与相邻的内折展单元模块A1上的自锁铰链6铰接，每个过渡内下弦杆32上铰接有一个曲柄10，曲柄10与相邻的内折展单元模块A1上的滑块11铰接，下连接接头14的两侧各铰接有过渡内支撑弹性杆51，两个过渡内支撑弹性杆51呈倒八字形布置，过渡内支撑弹性杆51与相邻的内折展单元模块A1上的自锁铰链6铰接；

外过渡折展组件B2包括中心连接竖杆5、上连接接头9、下连接接头14、两个过渡外支撑弹性杆61、两个过渡外上弦杆71、两个过渡外下弦杆42、两个曲柄10和四个弦杆展开驱动弹性铰链15；上连接接头9和下连接接头14之间布置有与二者连接的中心连接竖杆5，两个过渡外上弦杆71同轴布置，两个过渡外下弦杆42同轴布置，两个过渡外上弦杆71布置在两个过渡外下弦杆42的上方；

上连接接头9的两端各通过一个弦杆展开驱动弹性铰链15与一个过渡外上弦杆71连接，过渡外上弦杆71与相邻的外折展单元模块A2上的自锁铰链6铰接，下连接接头14的两端各通过一个弦杆展开驱动弹性铰链15与一个过渡外下弦杆42连接，过渡外下弦杆42与相邻的外折展单元模块A2上的自锁铰链6铰接，每个过渡外上弦杆71上铰接有一个曲柄10，曲柄10与相邻的外折展单元模块A2上的滑块11铰接，上连接接头9的两侧各铰接有过渡外支撑弹性杆61，两个过渡外支撑弹性杆61呈八字形布置，过渡外支撑弹性杆61与相邻的外折展单元模块A2上的自锁铰链6铰接。

本实施方式的过渡外支撑弹性杆61、过渡内支撑弹性杆51、内支撑弹性杆4和外支撑弹性杆41四者的结构相同。本实施方式的内过渡折展组件B1的弦杆展开驱动弹性铰链15与上连接接头9或下连接接头14的两端固定连接，从而实现两根过渡内上弦杆31和两根过渡内上弦杆32的转动；所述两根过渡内上弦杆31和两根过渡内上弦杆32分别铰接在自锁铰链6上，自锁铰链6固定连接在两根内支撑竖杆13或外支撑竖杆12的上端和下端；每个过渡内下弦杆32通过滑块和曲柄与相邻的内支撑竖杆13动连接，滑块11可滑动连接于内支撑竖杆13的上端，曲柄10的一端通过转动副连接于过渡内下弦杆32，另一端通过转动副连接于滑块11。本发明由滑块曲柄机构实现内外桁架式可折展单元模块A之间的同步联动。所述的内支撑竖杆13的长度大于内上弦杆7和内下弦杆16的两倍。为了加强展开后机构的整体刚度，可以在内上弦杆7和内下弦杆16的两侧的内支撑竖杆13和中心连接杆5之间所组成的两个矩形平面内分别设置一根过渡内支撑弹性杆51来实现整体刚度的增加，过渡内支撑弹性杆51还可以在展开过程中提供辅助展开动力，提高整个机构的展开可靠性。外过渡折展组件B2的工作原理同内过渡折展组件B1。本实施方式的内过渡折展组件B1和外过渡折展组件B2均依靠弦杆展开驱动弹性铰链15实现动力驱动，不需要增加额外的驱动机构，减轻了结构的重量。

具体实施方式三：结合图4、图5和图9说明，本实施方式的每个所述的内外连接桁架组件3包括上横杆28、下横杆29、对角上弦杆18、对角下弦杆20和弦杆展开驱动弹性铰链15；

对角上弦杆18和对角下弦杆20之间布置有与二者固接的弦杆展开驱动弹性铰链15，上横杆28、下横杆29、对角上弦杆18、对角下弦杆20和弦杆展开驱动弹性铰链15呈Z形排布，对角上弦杆18与外折展单元模块A2上的自锁铰链6铰接，对角下弦杆20与内折展单元模块A1上的自锁铰链6铰接，设置在内支撑竖杆13上的自锁铰链6和外支撑竖杆12上的自锁铰链6之间铰接有上横杆28和下横杆29。如此设置，模块化的内外连接桁架组件3的设计，有利于内外桁架式可折展单元模块A的整体展开，能满足根据天线口径的需求而扩展。其它与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：结合图4、图5和图10说明，本实施方式的每个内外连接桁架组件3包括上横杆28、下横杆29、套筒式伸缩杆外管21、套筒式伸缩杆内管22和弹簧30组成，上横杆28、下横杆29、套筒式伸缩杆外管21和套筒式伸缩杆内管22呈Z形排布，套筒式伸缩杆外管21内的上部安装有弹簧30，套筒式伸缩杆内管22的上端伸入套筒式伸缩杆外管21内并与弹簧30连接，套筒式伸缩杆外管21的上端与外折展单元模块A2上的自锁铰链6铰接，套筒式伸缩杆内管22的下端与内折展单元模块A1上的自锁铰链6铰接，设置在内支撑竖杆13上的自锁铰链6和外支撑竖杆12上的自锁铰链6之间铰接有上横杆28和下横杆29。如此设置，展开和收拢时，套筒式伸缩杆外管21通过弹簧30与套筒式伸缩杆内管22拉伸和缩短，模块化的内外连接桁架组件3的设计，有利于内外桁架式可折展单元模块A的整体展开，能满足根据天线口径的需求而扩展。其它与具体实施方式二相同。

具体实施方式五：结合图4、图5、图7、图8和图11说明，本实施方式所述的自锁铰链6包括铰链支架26、两个铰链接头27和两套自锁组件28，每套自锁组件28包括压缩弹簧和两个销钉，铰链支架26的两端加工有U形凹槽26-2，U形凹槽26-2的两侧壁各加工有销孔26-1，铰链支架26的两端的U形凹槽26-2内各与一个铰链接头27的一端铰接，每个铰链接头27的一端加工有凹槽，铰链接头27的凹槽的两侧臂之间布置有压缩弹簧，压缩弹簧的两端各安装有销钉，销钉穿过凹槽的支臂并顶靠在铰链支架26的侧壁上，两个铰链接头27的另一端分别与相对应的内上弦杆7、内下弦杆16、外上弦杆8、外下弦杆17、过渡内上弦杆31、过渡内下弦杆32、过渡外上弦杆71或过渡外下弦杆42连接。如此设置，当天线机构展开后，两个可滑动的销钉在内部压缩弹簧的作用下***铰链支架26上相对应的销孔中，实现整个天线机构的锁定，实现方式简单，工作稳定可靠。其它与具体实施方式三相同。

具体实施方式六：结合图4、图5、图7、图8和图12说明，本实施方式所述的滑块11包括滑块支架29和滑块连接接头33，滑块支架29的两端分别转动连接有一个滑块连接接头33，滑块支架29的两端分别加工有限位凸台29-1，两个滑块连接接头33通过限位凸台29-1限位，两个滑块连接接头33分别与相对应的曲柄10铰接。如此设置，当天线机构展开到位后，两个滑块连接接头33固定于滑块支架29两端凸起处形成的限位凸台29-1上，实现整个机构的限位，防止天线展开终了的反响运动问题。其它与具体实施方式一、二、四或五相同。

具体实施方式七：结合图4、图5、图7、图8和图13说明，本实施方式所述的弦杆展开驱动弹性铰链15包括两个弹性铰链连接接头24、两个弹性铰链弹簧片25和四个弹性铰链连接压块23；两个弹性铰链弹簧片25并列对称分布，每个弹性铰链弹簧片25的两端各自与相对应的弹性铰链连接接头24胶接，四个弹性铰链连接压块23分为上下对称布置的两对，每个弹性铰链弹簧片25的两端分别布置有一个弹性铰链连接压块23，弹性铰链连接压块23与弹性铰链连接接头24固接，弹性铰链连接接头24分别与相对应的内上弦杆7、内下弦杆16、外上弦杆8、外下弦杆17、过渡内上弦杆31、过渡内下弦杆32、过渡外上弦杆71或过渡外下弦杆42连接，所述的弹性铰链弹簧片26由弹簧钢、铍青铜或记忆合金材料制成。如此设置，弹性铰链连接压块23能实现弹性铰链弹簧片25的压紧作用，弹性铰链的弯曲变形能够实现两个内上弦杆7、两个内下弦杆16、两个外上弦杆8、两个外下弦杆17、过渡内上弦杆31、过渡内下弦杆32、过渡外上弦杆71或过渡外下弦杆42以及对角上弦杆18或对角下弦杆20之间的展开和收拢的变形，有利于天线机构整体的展开和收拢。其它与具体实施方式六相同。

具体实施方式八：结合图4、图5、图7和图8说明，本实施方式的内上弦杆7、内下弦杆16、外上弦杆8、外下弦杆17、过渡内上弦杆31、过渡内下弦杆32、过渡外上弦杆71、过渡外下弦杆42、内支撑竖杆13和外支撑竖杆12均由碳纤维复合材料或航空铝合金材料制成。如此设置，航空铝合金材料具有高强度高韧耐抗疲劳凹综合性能的特点，碳纤维复合材料具有耐高温、耐摩擦、导电、导热及耐腐蚀的特点，内外桁架式可折展单元模块依靠弹性铰链实现动力驱动，不需要增加额外的驱动机构，减轻了结构的重量。其它与具体实施方式二相同。

具体实施方式九：结合图10说明，本实施方式的上横杆28、下横杆29、套筒式伸缩杆外管21和套筒式伸缩杆内管22均由碳纤维复合材料或航空铝合金材料制成。如此设置，航空铝合金材料具有高强度高韧耐抗疲劳凹综合性能的特点，碳纤维复合材料具有耐高温、耐摩擦、导电、导热及耐腐蚀的特点，内外桁架式可折展单元模块依靠弹性铰链实现动力驱动，不需要增加额外的驱动机构，减轻了结构的重量。凯夫拉绳具有耐高温，防火阻燃，重量轻，强度高，模量高，尺寸稳定，收缩率低，耐刺破，耐磨耗，耐热性，耐化学腐蚀，机械性能好，介电性好等优点；碳纤维绳具有强度大，导电性优良的特点，便于保证重复展开精度。其它与具体实施方式四相同。

具体实施方式十：结合图9说明，本实施方式的上横杆28、下横杆29、对角上弦杆18和对角下弦杆20均由碳纤维复合材料或航空铝合金材料制成。如此设置，航空铝合金材料具有高强度高韧耐抗疲劳凹综合性能的特点，碳纤维复合材料具有耐高温、耐摩擦、导电、导热及耐腐蚀的特点，内外桁架式可折展单元模块依靠弹性铰链实现动力驱动，不需要增加额外的驱动机构，减轻了结构的重量。其它与具体实施方式五相同。

工作过程

结合图1-图13说明，多个内外桁架式可折展单元模块A、多个内过渡折展组件B1和多个外过渡折展组件B2分别在弦杆展开驱动弹性铰链15的弹性势能作用下实现自身的主动展开，通过滑块11和曲柄10组成的曲柄滑块机构实现相邻两个内外桁架式可折展单元模块A的同步展开运动。在对角上弦杆18和对角下弦杆20以及弦杆展开驱动弹性铰链15的弹性势能作用下实现所有的内外连接桁架组件3主动展开或在弹簧的作用下实现套筒式伸缩杆内管22和套筒式伸缩杆外管21的缩短，从而实现所有内外连接桁架组件3的主动展开。相邻内外桁架式可折展单元模块A通过内过渡折展组件B1和外过渡折展组件B2连接成一体，对应的上横杆28、下横杆29、内支撑竖杆13和外支撑竖杆12构成平行四边形结构，从而实现整个天线机构的同步展开。

Claims (10)

1.一种基于无源驱动的双层环形桁架天线机构，其特征在于：它包括多个内外桁架式可折展单元模块(A)、多个内过渡折展组件(B1)和多个外过渡折展组件(B2)；

每个内外桁架式可折展单元模块(A)包括内折展单元模块(A1)、外折展单元模块(A2)和两个内外连接桁架组件(3)；

内折展单元模块(A1)包括中心连接竖杆(5)、上连接接头(9)、下连接接头(14)、两个内上弦杆(7)、两个内下弦杆(16)、两个内支撑弹性杆(4)、两个曲柄(10)、两个滑块(11)、两个内支撑竖杆(13)、四个自锁铰链(6)和四个弦杆展开驱动弹性铰链(15)；

两个内支撑竖杆(13)的上端和下端各连接有一个自锁铰链(6)，两个内支撑竖杆(13)的上端之间布置有上连接接头(9)、两个内上弦杆(7)和两个弦杆展开驱动弹性铰链(15)，两个内支撑竖杆(13)的下端之间布置有下连接接头(14)、两个内下弦杆(16)和两个弦杆展开驱动弹性铰链(15)；上连接接头(9)和下连接接头(14)之间布置有与二者连接的中心连接竖杆(5)，上连接接头(9)的两端各通过一个弦杆展开驱动弹性铰链(15)与一个内上弦杆(7)的一端连接，内上弦杆(7)的另一端与自锁铰链(6)铰接，下连接接头(14)的两端各通过一个弦杆展开驱动弹性铰链(15)与一个内下弦杆(16)的一端连接，内下弦杆(16)的另一端与自锁铰链(6)铰接；

每个内支撑竖杆(13)的下部滑动安装有一个滑块(11)，每个滑块(11)与相对应的内下弦杆(16)之间布置有与二者铰接的曲柄(10)；内上弦杆(7)和内下弦杆(16)之间布置有两个内支撑弹性杆(4)，两个内支撑弹性杆(4)呈倒八字型排布，内支撑弹性杆(4)的一端与下连接接头(14)铰接，内支撑弹性杆(4)的另一端与设置在内支撑竖杆(13)的上端的自锁铰链(6)铰接；

外折展单元模块(A2)包括中心连接竖杆(5)、上连接接头(9)、下连接接头(14)、两个外上弦杆(8)、两个外下弦杆(17)、两个外支撑弹性杆(41)、两个曲柄(10)、两个滑块(11)、两个外支撑竖杆(12)、四个自锁铰链(6)和四个弦杆展开驱动弹性铰链(15)；

两个外支撑竖杆(12)的上端和下端各连接有一个自锁铰链(6)，两个外支撑竖杆(12)的上端之间布置有上连接接头(9)、两个外上弦杆(8)和两个弦杆展开驱动弹性铰链(15)，两个外支撑竖杆(12)的下端之间布置有下连接接头(14)、两个外下弦杆(17)和两个弦杆展开驱动弹性铰链(15)；上连接接头(9)和下连接接头(14)之间布置有与二者连接的中心连接竖杆(5)，上连接接头(9)的两端各通过一个弦杆展开驱动弹性铰链(15)与一个外上弦杆(8)的一端连接，外上弦杆(8)的另一端与外支撑竖杆(12)铰接，下连接接头(14)的两端各通过一个弦杆展开驱动弹性铰链(15)与外下弦杆(17)的一端连接，外下弦杆(17)的另一端与外支撑竖杆(12)铰接；

每个外支撑竖杆(12)的上部滑动安装有一个滑块(11)，每个滑块(11)与相对应的外上弦杆(8)之间布置有与二者铰接的曲柄(10)；外上弦杆(8)和外下弦杆(17)之间布置有两个外支撑弹性杆(41)，两个外支撑弹性杆(41)呈八字型排布，外支撑弹性杆(41)的一端与上连接接头(9)铰接，外支撑弹性杆(41)的另一端与设置在外支撑竖杆(12)下端的自锁铰链(6)铰接；

内上弦杆(7)的长度小于外上弦杆(8)的长度，内下弦杆(16)的长度小于外下弦杆(17)的长度，正对的内支撑竖杆(13)和外支撑竖杆(12)之间通过内外连接桁架组件(3)连接，内外桁架式可折展单元模块(A)展开后为一个六面体形可折展单元模块，相邻两个内外桁架式可折展单元模块(A)的内折展单元模块(A1)通过内过渡折展组件(B1)连接，相邻两个内外桁架式可折展单元模块(A)的外折展单元模块(A2)通过外过渡折展组件(B2)连接，多个内外桁架式可折展单元模块(A)展开后为一个内外双层环形桁架式多面体。

2.根据权利要求1所述的基于无源驱动的双层环形桁架天线机构，其特征在于：内过渡折展组件(B1)包括中心连接竖杆(5)、上连接接头(9)、下连接接头(14)、两个过渡内支撑弹性杆(51)、两个过渡内上弦杆(31)、两个过渡内下弦杆(32)、两个曲柄(10)和四个弦杆展开驱动弹性铰链(15)；上连接接头(9)和下连接接头(14)之间布置有与二者连接的中心连接竖杆(5)，两个过渡内上弦杆(31)同轴布置，两个过渡内下弦杆(32)同轴布置，两个过渡内上弦杆(31)布置在两个过渡内下弦杆(32)的上方；

上连接接头(9)的两端各通过一个弦杆展开驱动弹性铰链(15)与一个过渡内上弦杆(31)连接，过渡内上弦杆(31)与其相邻的自锁铰链(6)铰接，下连接接头(14)的两端各通过一个弦杆展开驱动弹性铰链(15)与一个过渡内下弦杆(32)连接，过渡内下弦杆(32)与相邻的内折展单元模块(A1)上的自锁铰链(6)铰接，每个过渡内下弦杆(32)上铰接有一个曲柄(10)，曲柄(10)与相邻的内折展单元模块(A1)上的滑块(11)铰接，下连接接头(14)的两侧各铰接有过渡内支撑弹性杆(51)，两个过渡内支撑弹性杆(51)呈倒八字形布置，过渡内支撑弹性杆(51)与相邻的内折展单元模块(A1)上的自锁铰链(6)铰接；

外过渡折展组件(B2)包括中心连接竖杆(5)、上连接接头(9)、下连接接头(14)、两个过渡外支撑弹性杆(61)、两个过渡外上弦杆(71)、两个过渡外下弦杆(42)、两个曲柄(10)和四个弦杆展开驱动弹性铰链(15)；上连接接头(9)和下连接接头(14)之间布置有与二者连接的中心连接竖杆(5)，两个过渡外上弦杆(71)同轴布置，两个过渡外下弦杆(42)同轴布置，两个过渡外上弦杆(71)布置在两个过渡外下弦杆(42)的上方；

上连接接头(9)的两端各通过一个弦杆展开驱动弹性铰链(15)与一个过渡外上弦杆(71)连接，过渡外上弦杆(71)与相邻的外折展单元模块(A2)上的自锁铰链(6)铰接，下连接接头(14)的两端各通过一个弦杆展开驱动弹性铰链(15)与一个过渡外下弦杆(42)连接，过渡外下弦杆(42)与相邻的外折展单元模块(A2)上的自锁铰链(6)铰接，每个过渡外上弦杆(71)上铰接有一个曲柄(10)，曲柄(10)与相邻的外折展单元模块(A2)上的滑块(11)铰接，上连接接头(9)的两侧各铰接有过渡外支撑弹性杆(61)，两个过渡外支撑弹性杆(61)呈八字形布置，过渡外支撑弹性杆(61)与相邻的外折展单元模块(A2)上的自锁铰链(6)铰接。

3.根据权利要求1或2所述的基于无源驱动的双层环形桁架天线机构，其特征在于：每个内外连接桁架组件(3)包括每个所述的内外连接桁架组件(3)包括上横杆(28)、下横杆(29)、对角上弦杆(18)、对角下弦杆(20)和弦杆展开驱动弹性铰链(15)；

对角上弦杆(18)和对角下弦杆(20)之间布置有与二者固接的弦杆展开驱动弹性铰链(15)，上横杆(28)、下横杆(29)、对角上弦杆(18)、对角下弦杆(20)和弦杆展开驱动弹性铰链(15)呈Z形排布，对角上弦杆(18)与外折展单元模块(A2)上的自锁铰链(6)铰接，对角下弦杆(20)与内折展单元模块(A1)上的自锁铰链(6)铰接，设置在内支撑竖杆(13)上的自锁铰链(6)和外支撑竖杆(12)上的自锁铰链(6)之间铰接有上横杆(28)和下横杆(29)。

4.根据权利要求2所述的基于无源驱动的双层环形桁架天线机构，其特征在于：每个内外连接桁架组件(3)包括上横杆(28)、下横杆(29)、套筒式伸缩杆外管(21)、套筒式伸缩杆内管(22)和弹簧(30)组成，上横杆(28)、下横杆(29)、套筒式伸缩杆外管(21)和套筒式伸缩杆内管(22)呈Z形排布，套筒式伸缩杆外管(21)内的上部安装有弹簧(30)，套筒式伸缩杆内管(22)的上端伸入套筒式伸缩杆外管(21)内并与弹簧(30)连接，套筒式伸缩杆外管(21)的上端与外折展单元模块(A2)上的自锁铰链(6)铰接，套筒式伸缩杆内管(22)的下端与内折展单元模块(A1)上的自锁铰链(6)铰接，设置在内支撑竖杆(13)上的自锁铰链(6)和外支撑竖杆(12)上的自锁铰链(6)之间铰接有上横杆(28)和下横杆(29)。

5.根据权利要求3所述的基于无源驱动的双层环形桁架天线机构，其特征在于：所述的自锁铰链(6)包括铰链支架(26)、两个铰链接头(27)和两套自锁组件(28)，每套自锁组件(28)包括压缩弹簧和两个销钉，铰链支架(26)的两端加工有U形凹槽(26-2)，U形凹槽(26-2)的两侧壁各加工有销孔(26-1)，铰链支架(26)的两端的U形凹槽(26-2)内各与一个铰链接头(27)的一端铰接，每个铰链接头(27)的一端加工有凹槽，铰链接头(27)的凹槽的两侧臂之间布置有压缩弹簧，压缩弹簧的两端各安装有销钉，销钉穿过凹槽的支臂并顶靠在铰链支架(26)的侧壁上，两个铰链接头(27)的另一端分别与相对应的内上弦杆(7)、内下弦杆(16)、外上弦杆(8)、外下弦杆(17)、过渡内上弦杆(31)、过渡内下弦杆(32)、过渡外上弦杆(71)或过渡外下弦杆(42)连接。

6.根据权利要求1、2、4或5所述的基于无源驱动的双层环形桁架天线机构，其特征在于：所述的滑块(11)包括滑块支架(29)和滑块连接接头(33)，滑块支架(29)的两端分别转动连接有一个滑块连接接头(33)，滑块支架(29)的两端分别加工有限位凸台(29-1)，两个滑块连接接头(33)通过限位凸台(29-1)限位，两个滑块连接接头(33)分别与相对应的曲柄(10)铰接。

7.根据权利要求6所述的基于无源驱动的双层环形桁架天线机构，其特征在于：所述的弦杆展开驱动弹性铰链(15)包括两个弹性铰链连接接头(24)、两个弹性铰链弹簧片(25)和四个弹性铰链连接压块(23)；两个弹性铰链弹簧片(25)并列对称分布，每个弹性铰链弹簧片(25)的两端各自与相对应的弹性铰链连接接头(24)胶接，四个弹性铰链连接压块(23)分为上下对称布置的两对，每个弹性铰链弹簧片(25)的两端分别布置有一个弹性铰链连接压块(23)，弹性铰链连接压块(23)与弹性铰链连接接头(24)固接，弹性铰链连接接头(24)分别与相对应的内上弦杆(7)、内下弦杆(16)、外上弦杆(8)、外下弦杆(17)、过渡内上弦杆(31)、过渡内下弦杆(32)、过渡外上弦杆(71)或过渡外下弦杆(42)连接，所述的弹性铰链弹簧片(26)由弹簧钢、铍青铜或记忆合金材料制成。

8.根据权利要求2所述的基于无源驱动的双层环形桁架天线机构，其特征在于：内上弦杆(7)、内下弦杆(16)、外上弦杆(8)、外下弦杆(17)、过渡内上弦杆(31)、过渡内下弦杆(32)、过渡外上弦杆(71)、过渡外下弦杆(42)、内支撑竖杆(13)和外支撑竖杆(12)均由碳纤维复合材料或航空铝合金材料制成。

9.根据权利要求4所述的基于无源驱动的双层环形桁架天线机构，其特征在于：上横杆(28)、下横杆(29)、套筒式伸缩杆外管(21)和套筒式伸缩杆内管(22)均由碳纤维复合材料或航空铝合金材料制成。

10.根据权利要求5所述的基于无源驱动的双层环形桁架天线机构，其特征在于：上横杆(28)、下横杆(29)、对角上弦杆(18)和对角下弦杆(20)均由碳纤维复合材料或航空铝合金材料制成。