CN110707412A - 一种基于直四棱柱单元的高折展比双层环形可展天线机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于直四棱柱单元的高折展比双层环形可展天线机构，包括若干个相同的直四棱柱单元，每个直四棱柱单元由镜像对称的上下两层可展模块通过四根连接杆固连,若干个相邻直四棱柱单元进行组网，每相邻的直四棱柱单元共用1号花盘、共用1号连接块和共用1号连接杆，所有共用1号连接杆的中心点的依次连线构成一正多边形，每相邻的直四棱柱单元的同一层3号花盘与4号花盘通过含三个平行转动副和两根等长杆的串联链连接。本发明的有益效果：关节部分均采用转动副连接，减小了机构在运动过程中发生的冷焊现象；采用直棱柱单元，具有稳定性高，折展比大，刚度高，装配简单的优点。

Description

一种基于直四棱柱单元的高折展比双层环形可展天线机构

技术领域

本发明涉及可展天线技术领域，尤其涉及一种基于直四棱柱单元的高折展比双层环形可展天线机构。

背景技术

随着航空航天科技的发展，对于航天可展天线的技术要求越来越高，对可展天线应用种类要求也越来越复杂。空间可展天线是近二三十年来随着航天科技的快速发展而产生的一种新型空间结构，国际研究机构、各个高校以及民营航天航空公司都对其有所研究。其中的大型的星载可展开天线以其具有大口径、轻质量、高精度、收纳比大等特点被许多研究学者认为是目前比较理想的航天可展结构形式。

因运载火箭的储存空间有限，考虑到火箭的发射成本，故卫星的天线收纳体积越小越好，即在展开相同口径和高度情况，要求天线的周向收纳的体积越小越好。环形可展机构作为可展天线桁架，在折叠时决定了整个天线的收拢体积，因此设计出具有大折展比以及稳定性好等特点的环形可展机构具有十分深远的研究意义。

现有的可展天线桁架存在稳定性差、刚度低、展开弹性大、收纳比小、控制复杂、折展范围有限和在太空中容易发生冷焊现象的缺点。如：

中国专利(CN 110085964 A)公开了一种网状环形可展开天线以及天线桁架、中国专利(CN 109687091 A)公开了棱锥单元阵列式环形桁架可展开天线机构，它们都属于单层环状结构，缺点是刚度小、稳定性差、机构在展开时弹性大和可靠性差；

中国专利(CN 109659661 A)公开了一种索杆张拉式环形可展开天线机构、中国专利(CN 109659659 A)公开了基于3R-RRP机构单元的环形桁架式可展开天线机构，它们均含有滑动副，缺点是可展天线在太空中低温环境下，金属容易冷焊现象，导致整个可展天线不能有效的展开；

中国专利(CN 106025484 B)公开了剪叉联动式双层环形桁架可展开天线机构、中国专利(CN 108281747 A)公开了剪铰联动式过约束双层环形桁架可展开天线机构，它们的缺点是采用空间过约束剪刀叉机构造成装配难度大，容易产生局部应力集中；此外，空间剪刀叉机构在折叠时杆件容易干涉，造成折展比受到限制。

中国专利(CN 105071012 B)公开了空间可展开环形张拉整体天线机构、中国专利(CN 106785306 B)公开了一种绳索驱动剪刀桁架结构，它们的缺点是存在多自由度，不能有效的保证整个机构能同步性展开，导致机构展开失败，控制复杂，导致整个天线的制造成本非常高；

中国专利(CN 106586037 A)公开了一种可重复伸缩构架式伸缩机构，该专利属于直线运动机构，只能实现一个方向上的折展，不能实现周向折展，在空间中折展范围有限。

发明内容

有鉴于此，本发明的实施例提供了一种大折展比，高稳定性，刚度大，装配简单的基于直四棱柱单元的高折展比双层环形可展天线机构。

本发明的实施例提供一种基于直四棱柱单元的高折展比双层环形可展天线机构，包括若干个相同的直四棱柱单元；所述直四棱柱单元包括呈镜像对称的上下两层可展模块以及用来固定连接两层可展模块的1号连接杆、2号连接杆、3号连接杆和4号连接杆；其中，下层可展模块包括1号花盘、2号花盘、1号连接块、2号连接块、第一短杆、第二短杆、第一长杆、第二长杆、3号花盘、4号花盘、3号连接块、4号连接块、第三短杆、第四短杆、第三长杆、第四长杆、第一同步杆、第二同步杆、第三同步杆、第四同步杆、中间平台；上述1号连接块与1号花盘之间，2号连接块与2号花盘之间，3号连接块与3号花盘之间，4号连接块与4号花盘之间均采用固定连接；上述1号花盘与第一短杆通过第一转动副连接，2号花盘与第二短杆通过第六转动副连接，第一长杆与2号花盘通过第七转动副连接，3号花盘与第二长杆通过第九转动副连接，第三短杆与3号花盘通过第十转动副连接，4号花盘与第四短杆通过第五转动副连接，第三长杆与4号花盘通过第四转动副连接，第四长杆与1号花盘通过第二转动副连接，第一同步杆与中间平台通过第十一转动副连接，第二同步杆与中间平台通过第十二转动副连接，第三同步杆与中间平台通过第十三转动副连接，第四同步杆与中间平台通过第十四转动副连接；上述第二短杆与第一短杆之间，第二长杆与第一长杆之间，第四短杆与第三短杆之间，第四长杆与第三长杆之间，第一同步杆与1号连接块之间，第二同步杆与2号连接块之间，第三同步杆与3号连接块之间，第四同步杆与4号连接块之间均采用转动副连接；上述四根同步杆的结构相同，四根短杆的长度相等，四根长杆的长度相等；上述第一转动副的轴线与第二转动副的轴线垂直，第四转动副的轴线与第五转动副的轴线垂直，第六转动副的轴线与第七转动副的轴线垂直，第九转动副的轴线与第十转动副的轴线垂直，第一转动副的轴线、第五转动副的轴线、第六转动副的轴线和第十转动副的轴线相互平行，第二转动副的轴线、第四转动副的轴线、第七转动副的轴线和第九转动副的轴线相互平行，1号连接块上的转动副的轴线、第十一转动副的轴线、第十三转动副的轴线和3号连接块上的转动副的轴线相互平行，2号连接块上的转动副的轴线、第十二转动副的轴线、第十四转动副的轴线和4号连接块上的转动副的轴线相互平行；上层可展模块与下层可展模块的关节连接相同；上述1号连接杆与1号连接块之间，2号连接杆与2号连接块之间，3号连接杆与3号连接块之间，4号连接杆与4号连接块之间均采用固定连接；上述四根连接杆的结构相同且相互平行。

若干个直四棱柱单元连接组网，每相邻的两个直四棱柱单元共用1号花盘、共用1号连接块和共用1号连接杆；所有共用1号连接杆的中心点的依次连线构成一正多边形；每相邻的直四棱柱单元的同一层3号花盘与4号花盘通过含三个平行转动副和两根等长杆的串联链连接；上述组网呈现内外两层，内层呈正棱柱，外层呈棱柱，直四棱柱单元的数量与正棱柱底面边数相同，串联链的数量与直四棱柱单元的数量相同。

本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明的一种基于直四棱柱单元的高折展比双层环形可展天线机构，折展稳定性好，刚度大，能满足空间折展天线的使用刚度要求；本发明折展比大，展开过程中弹性较小；整个机构运动的关节部分均采用转动副连接，单自由度活动，控制简单，可靠性高，装配简单，且在作为星载可展开天线时，可避免太空中低温环境金属容易冷焊问题。

附图说明

图1是本发明一种基于直四棱柱单元的高折展比双层环形可展天线机构的示意图；

图2是图1中的直四棱柱单元M的示意图；

图3是图1中串联链L示意图；

图4是图1中两个直四棱柱单元M与串联链L组网示意图；

图5是本发明一种基于直四棱柱单元的高折展比双层环形可展天线机构完全展开的状态示意图；

图6是本发明一种基于直四棱柱单元的高折展比双层环形可展天线机构完全折叠的状态示意图。

图中：M-直四棱柱单元、N-可展模块、A1-1号花盘、A2-2号花盘、B1-第一短杆、B2-第二段杆、B3-第三短杆、B4-第四短杆、C1-第一长杆、C2-第二长杆、C3-第三长杆、C4-第四长杆、D1-3号花盘、D2-4号花盘、E1-第一同步杆、E2-第二同步杆、E3-第三同步杆、E4-第四同步杆、F1-1号连接块、F2-2号连接块、G1-3号连接块、G2-4号连接块、H-中间平台、U1-1号连接杆、U2-2号连接杆、U3-3号连接杆、U4-4号连接杆、R1-第一转动副、R2-第二转动副、R3-第三转动副、R4-第四转动副、R5-第五转动副、R6-第六转动副、R7-第七转动副、R8-第八转动副、R9-第九转动副、R10-第十转动副、R11-第十一转动副、R12-第十二转动副、R13-第十三转动副、R14-第十四转动副、L-串联链。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。

请参考图1，本发明的实施例提供了一种基于直四棱柱单元的高折展比双层环形可展天线机构，包括若干个相同直四棱柱单元M。

请参考图2，所述直四棱柱单元M包括呈镜像对称的上下两层可展模块N以及用来固定连接两层可展单元N的1号连接杆U1、2号连接杆U2、3号连接杆U3和4号连接杆U4；

所述下层可展单元N包括1号花盘A1、2号花盘A2、1号连接块F1、2号连接块F2、第一短杆B1、第二短杆B2、第一长杆C1、第二长杆C2、3号花盘D1、4号花盘D2、3号连接块G1、4号连接块G2、第三短杆B3、第四短杆B4、第三长杆C3、第四长杆C4、第一同步杆E1、第二同步杆E2、第三同步杆E3、第四同步杆E4、中间平台H；上述1号连接块F1与1号花盘A1之间，2号连接块F2与2号花盘A2之间，3号连接块G1与3号花盘D1之间，4号连接块G2与4号花盘D2之间均采用固定连接；上述1号花盘A1与第一短杆B1通过第一转动副R1连接，2号花盘A2与第二短杆B2通过第六转动副R6连接，第一长杆C1与2号花盘A2通过第七转动副R7连接，3号花盘D1与第二长杆C2通过第九转动副R9连接，第三短杆B3与3号花盘D1通过第十转动副R10连接，4号花盘D2与第四短杆B4通过第五转动副R5连接，第三长杆C3与4号花盘D2通过第四转动副R4连接，第四长杆C4与1号花盘A1通过第二转动副R2连接，第一同步杆E1与中间平台H通过第十一转动副R11连接，第二同步杆E2与中间平台H通过第十二转动副R12连接，第三同步杆E3与中间平台H通过第十三转动副R13连接，第四同步杆E4与中间平台H通过第十四转动副R14连接；上述第二短杆B2与第一短杆B1之间，第二长杆C2与第一长杆C1之间，第四短杆B4与第三短杆B3之间，第四长杆C4与第三长杆C3之间，第一同步杆E1与1号连接块F1之间，第二同步杆E2与2号连接块F2之间，第三同步杆E3与3号连接块G1之间，第四同步杆E4与4号连接块G2之间均采用转动副连接；上述四根同步杆的结构相同，四根短杆的长度相等，四根长杆的长度相等；上述第一转动副R1的轴线与第二转动副R2的轴线垂直，第四转动副R4的轴线与第五转动副R5的轴线垂直，第六转动副R6的轴线与第七转动副R7的轴线垂直，第九转动副R9的轴线与第十转动副R10的轴线垂直，第一转动副R1的轴线、第五转动副R5的轴线、第六转动副R6的轴线和第十转动副R10的轴线相互平行，第二转动副R2的轴线、第四转动副R4的轴线、第七转动副R7的轴线和第九转动副R9的轴线相互平行，1号连接块F1上的转动副的轴线、第十一转动副R11的轴线、第十三转动副R13的轴线和3号连接块G1上的转动副的轴线相互平行，2号连接块F2上的转动副的轴线、第十二转动副R12的轴线、第十四转动副R14的轴线和4号连接块G2上的转动副的轴线相互平行；上层可展单元N与下层可展单元N的关节连接相同；上述1号连接杆与1号连接块F1之间，2号连接杆U2与2号连接块F2之间，3号连接杆U3与3号连接块G1之间，4号连接杆U4与4号连接块G2之间均采用固定连接；上述四根连接杆的结构相同且相互平行。

请参考图1和4，对所有的直四棱柱单元M进行连接组网，具体为：首先，每相邻的两个直四棱柱单元M共用1号花盘A1、共用1号连接块F1和共用1号连接杆U1；其次，所有共用1号连接杆U1的中心点的依次连线构成一正多边形；最后，每相邻的直四棱柱单元M的同一层3号花盘D1与4号花盘D2通过含三个平行转动副和两根等长杆的串联链L连接；上述组网呈现内外两层，内层呈正棱柱，外层呈棱柱，直四棱柱单元M的数量与正棱柱底面边数相同，串联链L的数量与直四棱柱单元M的数量相同。

请参考图5，本发明的基于直四棱柱单元的高折展比双层环形可展天线机构的每一直四棱柱单元M均完全展开，实现整个天线机构的展开。请参考图6，本发明的基于直四棱柱单元的高折展比双层环形可展天线机构的每一直四棱柱单元M均完全折叠,实现整个天线机构的折叠。本发明的基于直四棱柱单元的高折展比双层环形可展天线机构，双层结构设计，全部运动关节均采用转动副连接，整体呈单自由度，周向折展，展开范围更大，机构在折展过程中具有良好的稳定性。

在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种基于直四棱柱单元的高折展比双层环形可展天线机构，其特征在于：包括若干个相同的直四棱柱单元(M)，所述直四棱柱单元(M)包括呈镜像对称的上下两层可展模块(N)以及用来固定连接两可展模块(N)的1号连接杆(U1)、2号连接杆(U2)、3号连接杆(U3)和4号连接杆(U4)；其中，下层可展模块(N)包括1号花盘(A1)、2号花盘(A2)、1号连接块(F1)、2号连接块(F2)、第一短杆(B1)、第二短杆(B2)、第一长杆(C1)、第二长杆(C2)、3号花盘(D1)、4号花盘(D2)、3号连接块(G1)、4号连接块(G2)、第三短杆(B3)、第四短杆(B4)、第三长杆(C3)、第四长杆(C4)、第一同步杆(E1)、第二同步杆(E2)、第三同步杆(E3)、第四同步杆(E4)、中间平台(H)；上述1号连接块(F1)与1号花盘(A1)之间，2号连接块(F2)与2号花盘(A2)之间，3号连接块(G1)与3号花盘(D1)之间，4号连接块(G2)与4号花盘(D2)之间均采用固定连接；上述1号花盘(A1)与第一短杆(B1)通过第一转动副(R1)连接，2号花盘(A2)与第二短杆(B2)通过第六转动副(R6)连接，第一长杆(C1)与2号花盘(A2)通过第七转动副(R7)连接，3号花盘(D1)与第二长杆(C2)通过第九转动副(R9)连接，第三短杆(B3)与3号花盘(D1)通过第十转动副(R10)连接，4号花盘(D2)与第四短杆(B4)通过第五转动副(R5)连接，第三长杆(C3)与4号花盘(D2)通过第四转动副(R4)连接，第四长杆(C4)与1号花盘(A1)通过第二转动副(R2)连接，第一同步杆(E1)与中间平台(H)通过第十一转动副(R11)连接，第二同步杆(E2)与中间平台(H)通过第十二转动副(R12)连接，第三同步杆(E3)与中间平台(H)通过第十三转动副(R13)连接，第四同步杆(E4)与中间平台(H)通过第十四转动副(R14)连接；上述第二短杆(B2)与第一短杆(B1)之间，第二长杆(C2)与第一长杆(C1)之间，第四短杆(B4)与第三短杆(B3)之间，第四长杆(C4)与第三长杆(C3)之间，第一同步杆(E1)与1号连接块(F1)之间，第二同步杆(E2)与2号连接块(F2)之间，第三同步杆(E3)与3号连接块(G1)之间，第四同步杆(E4)与4号连接块(G2)之间均采用转动副连接；上述四根同步杆的结构相同，四根短杆的长度相等，四根长杆的长度相等；上述第一转动副(R1)的轴线与第二转动副(R2)的轴线垂直，第四转动副(R4)的轴线与第五转动副(R5)的轴线垂直，第六转动副(R6)的轴线与第七转动副(R7)的轴线垂直，第九转动副(R9)的轴线与第十转动副(R10)的轴线垂直，第一转动副(R1)的轴线、第五转动副(R5)的轴线、第六转动副(R6)的轴线和第十转动副(R10)的轴线相互平行，第二转动副(R2)的轴线、第四转动副(R4)的轴线、第七转动副(R7)的轴线和第九转动副(R9)的轴线相互平行，1号连接块(F1)上的转动副的轴线、第十一转动副(R11)的轴线、第十三转动副(R13)的轴线和3号连接块(G1)上的转动副的轴线相互平行，2号连接块(F2)上的转动副的轴线、第十二转动副(R12)的轴线、第十四转动副(R14)的轴线和4号连接块(G2)上的转动副的轴线相互平行；上层可展模块(N)与下层可展模块(N)的关节连接相同；上述1号连接杆与1号连接块(F1)之间，2号连接杆(U2)与2号连接块(F2)之间，3号连接杆(U3)与3号连接块(G1)之间，4号连接杆(U4)与4号连接块(G2)之间均采用固定连接；上述四根连接杆的结构相同且相互平行；每相邻的两个直四棱柱单元(M)共用1号花盘(A1)、共用1号连接块(F1)和共用1号连接杆(U1)；所有共用1号连接杆(U1)的中心点的依次连线构成一正多边形；每相邻的直四棱柱单元(M)的同一层3号花盘(D1)与4号花盘(D2)通过含三个平行转动副和两根等长杆的串联链(L)连接；上述组网呈现内外两层，内层呈正棱柱，外层呈棱柱，直四棱柱单元(M)的数量与正棱柱底面边数相同，串联链(L)的数量与直四棱柱单元(M)的数量相同。

Images