CN106972280A - 一种绳索驱动片弹簧式星载天线环形桁架结构 - Google Patents

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Abstract

本发明属于航天器材与设备技术领域，具体涉及一种绳索驱动片弹簧式星载天线环形桁架结构，包括环形可展开交叉机构、二杆可展开机构、弹性机构、转向机构和拉伸绳索，环形可展开交叉机构包括多个可展开交叉单元，相邻两个可展开交叉单元的顶部和底部分别通过弹性机构连接，可展开交叉单元的上端和下端通过拉伸绳索连接，二杆可展开机构对称连接在环形可展开交叉机构上，转向机构对称连接在可展开交叉单元的上端和下端，解决现有单层环形桁架平稳性不足、展开可靠性较低的问题，进而提供了绳索驱动片弹簧式星载天线环形桁架结构，显著地提高了环形桁架的展开平稳性及可靠性。

Description

一种绳索驱动片弹簧式星载天线环形桁架结构
技术领域
本发明属于航天器材与设备技术领域，具体涉及一种绳索驱动片弹簧式星载天线环形桁架结构。
背景技术
近年来，由于经济和军事需要，太空活动越来越频繁，已被广泛应用于导航、通信、探测等领域。为了满足多功能、多频段、可靠性高、稳定性好等需求，对卫星天线提出了大口径、轻质量、高刚度的要求。环形桁架星载天线因其具备收缩比大、质量轻、大口径等综合性能指标优良，在太空领域，成为目前国际宇航界研究最活跃的天线结构。
环形桁架天线主要分为四部分：环形桁架、前索网面、后索网面、纵向拉索组成。在动力装置驱动下，环形桁架天线进行平稳的展开，从而实现具有较高的可靠性和稳定性。天线索网反射面固定于环形桁架上，来实现信号接收与发送。因此环形桁架的可靠性及稳定性是影响天线性能的主要因素。目前来讲，环形桁架主要存在单层环形桁架和双层环形桁架两种主要结构形式。
中国申请专利201610785510.3公开了一种过约束剪叉式双层环形桁架可展开天线机构，其包括内层环形桁架组件、外层环形桁架组件和2N个内外层连接桁架组件；所述内层环形桁架组件包括N个内层折展单元，相邻内层折展单元之间通过共用的两个内层花盘连接，组成内层环形桁架组件；所述外层环形桁架组件包括N个外层折展单元，相邻外层折展单元之间通过共用两个外层花盘连接，组成外层环形桁架组件。该发明公开的桁架结构，具有运动灵活、折叠比大的优点，但是该双层环形桁架结构较为复杂，具有可靠性较低，稳定性不足等特点。
中国申请专利201611072980.1公开了一种绳索驱动剪刀桁架结构，为一个由相邻两个结构相同的剪刀形结构单元，通过上部连接片和下部连接片连接成的环形桁架展开基本单元结构；每个剪刀形结构单元包括两根空心直杆、直杆上端的支撑杆、直杆上端支撑杆上的滑轮，整个桁架共用两套驱动索。环形桁架与反射网固定节点数过少，降低了天线反射网的型面精度及稳定性。
因此，在环形桁架的研制过程中，设计出一种稳定好、可靠性高的星载天线环形桁架显得十分重要。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中单层环形桁架平稳性不足、展开可靠性较低的问题。
为此，本发明提供了一种绳索驱动片弹簧式星载天线环形桁架结构，包括环形可展开交叉机构、二杆可展开机构、弹性机构、转向机构和拉伸绳索，环形可展开交叉机构包括多个可展开交叉单元，相邻两个可展开交叉单元的顶部和底部分别通过弹性机构连接，可展开交叉单元的上端和下端通过拉伸绳索连接，二杆可展开机构对称连接在环形可展开交叉机构上，转向机构对称连接在可展开交叉单元的上端和下端。
所述可展开交叉单元包括两根圆管，两根圆管中间部位交叉铰接连接。
所述的二杆可展开机构包括连接机构和两根支撑杆，连接机构包括支撑座和销钉，支撑座固定于可展开交叉单元上半部分或下半部分的中间位置，两根支撑杆的一端铰接在一起形成铰接点，两根支撑杆的另一端通过销钉固定在支撑座上。
所述的转向机构包括支撑架和定滑轮，支撑架固定于可展开交叉单元上半部分的上端或下半部分的下端，定滑轮铰接在支撑架上。
所述的圆管为中空结构，在支撑架垂直对应圆管位置处开设小孔，支撑架和支撑座在空间高度上交错固定。
所述的拉伸绳索数量为两条，可展开交叉单元的两根圆管上端的小孔均先穿入一条拉伸绳索，拉伸绳索在其圆管下端的小孔穿出，再通过转向机构的定滑轮穿至相邻可展开交叉单元上端的定滑轮，然后穿入相邻可展开交叉单元圆管上端的小孔，如此循环。
所述的弹性机构为片弹簧。
本发明的有益效果：本发明提供的这种绳索驱动片弹簧式星载天线环形桁架结构，对称的桁架结构及绳索驱动保证了桁架受力的均匀性，增加了环形桁架的稳定性，环形桁架之间采用的二杆可展开机构大幅度增加了环形桁架与前、后索网面连接节点数量，保证了环形桁架天线索网面的稳定性及精度，有利地提高了星载天线的电性能，片弹簧自身的柔性变形增加了展开过程中的平稳性及可靠性。
附图说明
以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。
图1为星载天线环形桁架基本组成单元结构展开状态示意图；
图2为星载天线环形桁架基本组成单元结构折叠状态示意图；
图3为星载天线环形桁架可展开交叉单元结构图；
图4为星载天线环形桁架二杆可展开机构图；
图5为星载天线环形桁架交叉单元结构片弹簧连接示意图；
图6为星载天线环形桁架绳索驱动示意图；
图7为绳索驱动片弹簧式星载天线环形桁架整体结构示意图；
附图标记说明：1、环形可展开交叉机构；2、二杆可展开机构；3、弹性机构；4、转向机构；5、拉伸绳索；1-1、可展开交叉单元；1-11、圆管；1-12、小孔；2-1、连接机构；2-2、支撑杆；2-11、支撑座；2-12、销钉；4-1、支撑架；4-2、定滑轮；2-21、铰接点。
具体实施方式
实施例1：
如图1－7所示，一种绳索驱动片弹簧式星载天线环形桁架结构，包括环形可展开交叉机构1、二杆可展开机构2、弹性机构3、转向机构4和拉伸绳索5，环形可展开交叉机构1包括多个可展开交叉单元1-1，相邻两个可展开交叉单元1-1的顶部和底部分别通过弹性机构3连接，可展开交叉单元1-1的上端和下端通过拉伸绳索5连接，二杆可展开机构2对称连接在环形可展开交叉机构1上，转向机构4对称连接在可展开交叉单元1-1的上端和下端；本发明对称的桁架结构及拉伸绳索5驱动保证了桁架受力的均匀性，增加了环形桁架的稳定性，环形桁架之间采用的二杆可展开机构2大幅度增加了环形桁架与前、后索网面连接节点数量，保证了环形桁架天线索网面的稳定性及精度，有利地提高了星载天线的电性能，同时，弹性机构3有利于环形可展开交叉机构1展开。
实施例2：
如图1-3所示，在实施例1的基础上，所述可展开交叉单元1-1包括两根圆管1-11，两根圆管1-11中间部位交叉铰接连接；交叉连接确保环形可展开交叉机构1轻松有利的展开和折叠，中间部位铰接连接保证桁架受力的均匀性，增加了环形桁架的稳定性。
实施例3：
如图4所示，在实施例1－2的基础上，所述的二杆可展开机构2包括连接机构2-1和两根支撑杆2-2，连接机构2-1包括支撑座2-11和销钉2-12，支撑座2-11固定于可展开交叉单元1-1上半部分或下半部分的中间位置，两根支撑杆2-2的一端铰接在一起形成铰接点2-21，两根支撑杆2-2的另一端通过销钉2-12固定在支撑座2-11上；换而言之，每个可展开交叉单元2在内部有四个两两对称的连接机构2-1，从而使二杆可展开机构2在空间上下对称的固定在环形可展开交叉机构1(可展开交叉单元1-1)上，其铰接点2-21将与星载天线前、后索网面相连接，该机构大幅度增加了环形桁架与前、后索网面连接节点数量，显著地增强了星载天线反射面的精度及稳定性，有利地提高了星载天线的电性能。
所述的转向机构4包括支撑架4-1和定滑轮4-2，支撑架4-1固定于可展开交叉单元1-1上半部分的上端或下半部分的下端，定滑轮4-2铰接在支撑架4-1上，每个可展开交叉单元1-1有四个两两对称的转向机构4；转向机构4用于改变拉伸绳索5的连接方向，结构简单，同时对称的分布及连接关系保证了桁架受力的均匀性，增加了环形桁架的稳定性。
实施例4：
如图5-7所示，在实施例1-3的基础上，所述的圆管1-11为中空结构，中空结构确保拉伸绳索5穿入管中且减轻环形桁架的重量；在支撑架4-1垂直对应圆管1-11位置处开设小孔1-12，小孔1-12结合拉伸绳索5用于连接可展开交叉单元1-1组成环形可展开交叉机构1，设计轻巧简单；支撑架4-1和支撑座2-11在空间高度上交错固定，保证桁架受力的均匀性及美观性，增加了环形桁架的稳定性。
所述的拉伸绳索5数量为两条，可展开交叉单元1-1的两根圆管1-11上端的小孔1-12均先穿入一条拉伸绳索5，拉伸绳索5在其圆管1-11下端的小孔1-12穿出，再通过转向机构4的定滑轮4-2穿至相邻可展开交叉单元1-1上端的定滑轮4-2，然后穿入相邻可展开交叉单元1-1圆管1-11上端的小孔1-12，如此循环，穿及整个环形可展开交叉机构。所述两根拉伸绳索5的作用是拉开环形可展开交叉机构1，对称的桁架结构及拉伸绳索驱动保证了桁架受力的均匀性，增加了环形桁架的稳定性。
所述的弹性机构3为片弹簧，片弹簧自身的柔性变形增加了展开过程中的平稳性及可靠性。
本发明的工作原理是：两根拉伸绳索5的展开和收缩带动可展开交叉单元1-1、二杆可展开机构2和弹性机构3的展开和收缩。
本发明的优点是：
1.对称的桁架结构及拉伸绳索驱动保证了桁架受力的均匀性，增加了环形桁架的稳定性；
2.环形桁架之间采用的二杆可展开机构2大幅度增加了环形桁架与前、后索网面连接节点数量，保证了环形桁架天线索网面的稳定性及精度，有利地提高了星载天线的电性能。
3.片弹簧自身的柔性变形增加了展开过程中的平稳性及可靠性。
以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种绳索驱动片弹簧式星载天线环形桁架结构，其特征在于：包括环形可展开交叉机构(1)、二杆可展开机构(2)、弹性机构(3)、转向机构(4)和拉伸绳索(5)，环形可展开交叉机构(1)包括多个可展开交叉单元(1-1)，相邻两个可展开交叉单元(1-1)的顶部和底部分别通过弹性机构(3)连接，可展开交叉单元(1-1)的上端和下端通过拉伸绳索(5)连接，二杆可展开机构(2)对称连接在环形可展开交叉机构(1)上，转向机构(4)对称连接在可展开交叉单元(1-1)的上端和下端。
2.如权利要求1所述的绳索驱动片弹簧式星载天线环形桁架结构，其特征在于：所述可展开交叉单元(1-1)包括两根圆管(1-11)，两根圆管(1-11)中间部位交叉铰接连接。
3.如权利要求2所述的绳索驱动片弹簧式星载天线环形桁架结构，其特征在于：所述的二杆可展开机构(2)包括连接机构(2-1)和两根支撑杆(2-2)，连接机构(2-1)包括支撑座(2-11)和销钉(2-12)，支撑座(2-11)固定于可展开交叉单元(1-1)上半部分或下半部分的中间位置，两根支撑杆(2-2)的一端铰接在一起形成铰接点(2-21)，两根支撑杆(2-2)的另一端通过销钉(2-12)固定在支撑座(2-11)上。
4.如权利要求3所述的绳索驱动片弹簧式星载天线环形桁架结构，其特征在于：所述的转向机构(4)包括支撑架(4-1)和定滑轮(4-2)，支撑架(4-1)固定于可展开交叉单元(1-1)上半部分的上端或下半部分的下端，定滑轮(4-2)铰接在支撑架(4-1)上。
5.如权利要求4所述的绳索驱动片弹簧式星载天线环形桁架结构，其特征在于：所述的圆管(1-11)为中空结构，在支撑架(4-1)垂直对应圆管(1-11)位置处开设小孔(1-12)，支撑架(4-1)和支撑座(2-11)在空间高度上交错固定。
6.如权利要求5所述的绳索驱动片弹簧式星载天线环形桁架结构，其特征在于：所述的拉伸绳索(5)数量为两条，可展开交叉单元(1-1)的两根圆管(1-11)上端的小孔(1-12)均先穿入一条拉伸绳索(5)，拉伸绳索(5)在其圆管(1-11)下端的小孔(1-12)穿出，再通过转向机构(4)的定滑轮(4-2)穿至相邻可展开交叉单元(1-1)上端的定滑轮(4-2)，然后穿入相邻可展开交叉单元(1-1)圆管(1-11)上端的小孔(1-12)，如此循环。
7.如权利要求6所述的绳索驱动片弹簧式星载天线环形桁架结构，其特征在于：所述的弹性机构(3)为片弹簧。
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