CN101369686A - 空间可展开反射面系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种空间可展开反射面系统。包括：折叠式环杆、折叠式肋杆、连接关节、中心圆筒、充气圆环和牵引绳。其中：折叠式环杆(1)、折叠式肋杆(3)分别与环杆连接关节(2)和肋杆连接关节(4)连接，构成环、肋结构，该环、肋结构通过环肋连接关节(5)和肋筒连接关节(6)与中心圆筒(7)连接构成刚性骨架；充气圆环(8)和牵引绳(9)纵横交错地设置在刚性骨架上，构成反射面成型结构。通过充气圆环结构可在成型后固化，以提高反射面的构型精度；通过所述的牵引绳，可提高反射面的构型精度；通过绑定于牵引绳上的金属丝网或镀铝薄膜结构，最终构成期望的大型可展开反射面。本发明用于构建可展开天线、反射器或汇聚器大型可展开装置。

Description

空间可展开反射面系统

技术领域

本发明属于航天技术领域，具体是一种新型可展开反射面系统。主要应用于航天领域中的星载大型可展开天线、星载大型可展开反射器或汇聚器等，也可应用于地面上的大型机动天线、大型机动反射器或汇聚器。

背景技术

大型反射器或汇聚器具有收集、聚焦电磁波或太阳能的功能，在众多领域中得到了广泛的应用。随着航天技术的不断发展和航天应用的不断扩展，空间大型可展开装置如可展开天线、太阳能帆板得到了越来越广泛的应用，甚至成为卫星发射成败的关键部件之一。而运载火箭容纳尺寸、运载能力的限制，航天应用高成本、高风险的特点，地面研制环境与太空工作环境的显著差异，都使得大型可展开装置的设计成为航天应用的关键技术之一。大型可展开装置不仅要求能可靠展开，而且要求在太空环境下能够形成并保持期望的构型精度。航天应用的大型可展开装置，可以用三个方面的参数衡量其综合特性：其一是面密度，其二是构型精度，其三是收纳率。

经过对现有技术的文献检索发现，尽管现有的、以星载可展开天线为主的大型可展开装置多种多样，但以上三个参数特性均为优良的大型可展开装置并不多见。美国1999年的5990851专利(Space deployable antennastructure tensioned by hinged spreader-standoff elements distributed aroundinflatable hoop)提出一种通过充气圆环来驱动和支撑剪刀式周边桁架的可展开天线反射器结构。该结构方案有两大缺陷：其一是其径向和高度方向收纳率都不高，难以应用到大型可展开装置上；其二是它靠一个大口径充气圆环来驱动和支撑剪刀式周边桁架，型面精度很难保证。美国2005年11月8日公开的专利“Inflatable antenna”中，提出一种充气式的透镜圆盘，放置于一个充气式的外罩中，以形成一个可展开天线。该结构方案也有两大缺陷：其一是这种整体充气结构，由于其巨大的充气体积，其面密度并不低，甚至比优良的网状可展开反射面天线还高；其二是其型面精度一般不及网状可展开反射面天线。

发明的内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足和缺陷，提供一种空间大型可展开反射面装置，以构建面密度低、构型精度高和收纳率大的大型可展开天线、反射器或汇聚器。

为实现上述目的，本发明的技术构思是将网状可展开反射面系统和充气可展开反射面系统组合在一起，采用刚柔组合结构及折叠环、肋、筒组合结构，构成一个完整的可展开刚性骨架，为可展开反射面提供稳固的支撑。整个系统包括：折叠式环杆、折叠式肋杆、连接关节、中心圆筒、充气圆环和牵引绳。其中：折叠式环杆、折叠式肋杆分别与环杆连接关节和肋杆连接关节连接，构成环、肋结构；该环、肋结构通过环肋连接关节和肋筒连接关节与中心圆筒连接构成刚性骨架；充气圆环和牵引绳纵横交错地设置在刚性骨架上，构成反射面成型结构。通过充气圆环结构以显著提高反射面的构型精度；通过环、肋以及充气圆环上设置的纵横交错的牵引绳，可进一步提高反射面的构型精度。

所述折叠式环杆每两个为一组，通过一个环杆连接关节连接，形成一个圆环形状收拢、展开结构；叠式肋杆每两个为一组，通过一个肋杆连接关节连接，形成绕中心圆筒径向分布的复数个收拢、展开结构，置于圆环形状结构内。

所述的充气圆环采用复数个相互平行的柔性薄膜圆环，固定在肋结构上并与牵引绳相捆绑，形成刚柔组合结构。每个充气圆环在充气膨胀后成型并可固化，对牵引绳的位置定位。充气圆环和牵引绳交接点上绑有金属丝网或镀铝薄膜，该充气圆环、牵引索和金属丝网或镀铝薄膜，收拢在折叠环、肋之间的空余空间里，且充气圆环收拢时在圆周上Z型折叠或星型折叠，并通过相应肋上的定位孔绑定，使其在展开时被相应的肋杆牵引拉开。

所述的环杆连接关节和肋杆连接关节均采用同步机构，通过同步机构中的驱动、锁定装置，控制折叠式环杆和折叠式肋杆的展开与定位。该同步机构主要由圆柱齿轮结构或圆锥齿轮结构和夹板组成，夹板固定在齿轮结构的内外，齿轮结构的中心轴上安置有扭簧，齿轮结构的平台上设有导槽，通过扭簧驱动同步齿轮转动，使得环、肋杆由竖直的收拢状态分别展开到水平的工作状态和曲线逼近状态，并在由收拢到展开过程中绕固定的轴线作平面转动，展开到位后通过导槽控制同步齿轮转动到期望角度后自动锁定。

上述系统在捆绑的收拢状态下，环杆连接关节、肋杆连接关节中的扭簧存储弹性势能；充气圆环、牵引绳、金属丝网或镀铝薄膜等柔性结构收拢在折叠环、肋之间的空余空间。解除捆绑后，扭簧的弹性势能转化为驱动能，驱动环杆、肋杆展开；展开到位后，环杆连接关节、肋杆连接关节上的定位装置将各环杆、肋杆锁定，从而形成空间大型可展开刚性装置。充气圆环结构通过肋上的定位孔绑定在相应位置，充气膨胀后成型，将纵横交错的牵引绳定位到期望位置，然后可以固化定型，最终使绑定其上的金属丝网或镀铝薄膜结构形成期望的大型可展开反射面。

本发明由于采用折叠式环、肋、筒组合结构，不仅明显降低了结构质量，而且显著提高了展开的可靠性；同时由于采用多个柔性的充气圆环结构，充气体积很小，在材料的选择、压力的控制等方面都有更大的选择空间，进一步降低了质量和提高了构型精度；此外由于采用纵横交错的牵引绳结构，与展开的刚性骨架、充气成型后的平行圆环构成一个统一的整体，最终实现轻质、高精度、大收纳率的性能指标。计算结果表明：本发明能够达到面密度小、构型精度高、收纳率大的优良综合性能指标。

附图说明

图1是本发明系统的展开状态示意图；

图2是本发明折叠式环、肋、筒组合结构收拢态示意图；

图3是本发明环杆连接关节结构示意图；

图4是图3中环杆连接关节内部单元结构示意图；

图5是本发明肋杆连接关节结构示意图；

图6是图5中肋杆连接关节内部单元结构示意图；

图7是本发明环肋连接关节结构示意图；

图8是本发明肋筒连接关节结构示意图；

图9是口径16m的半球面支撑装置的展开过程仿真图，

其中，(9a)是捆绑收拢态，

      (9b)是捆绑解锁后10秒钟的展开中间态，

      (9c)是捆绑解锁后25秒钟的展开中间态，

      (9d)是捆绑解锁后40秒钟的展开中间态；

图10是图9中结构在太空环境下展开仿真过程中一根环杆和一根肋杆质心的位移变化曲线，

其中，(10a)是一根环杆质心的位移变化曲线，

      (10b)是一根肋杆质心的位移变化曲线；

图11是口径16m的半球面装置中充气圆环的星型折叠示意图，

其中，(11a)是星型折叠整体结构示意图，

      (11b)是星型折叠中心结构示意图，

      (11c)是星型折叠外端结构示意图；

图12是图11中结构充气膨胀后的动力学仿真分析变化过程图，

其中，(12a)是收拢状态图，

      (12b)是充气膨胀后0.018秒钟的展开中间态，

      (12c)是充气膨胀后0.036秒钟的展开中间态，

      (12d)是充气膨胀后0.038秒钟的展开中间态；

图13是口径60m的旋转抛物面支撑装置收拢状态示意图；

图14是口径60m的旋转抛物面装置中充气圆环的Z型折叠示意图；

图15是图13中支撑装置的动力学仿真展开过程仿真图；

其中，(15a)是捆绑收拢态，

      (15b)是捆绑解锁后90秒钟的展开中间态，

      (15c)是捆绑解锁后190秒钟的展开中间态，

      (15d)是捆绑解锁后280秒钟的展开中间态；

图16是图15结构在太空环境下展开仿真过程中一根环杆和一根肋杆质心的位移变化曲线，

其中，(16a)是一根环杆质心的位移变化曲线，

      (16b)是一根肋杆质心的位移变化曲线；

图17是口径60m的旋转抛物面装置中，充气圆环进行充气膨胀的静力学仿真分析结果图；

图18是口径6m的旋转抛物面支撑装置展开状态示意图；

图19是图18结构在太空环境下展开仿真过程中一根环杆和一根肋杆质心的位移变化曲线，

其中，(19a)是一根环杆质心的位移变化曲线，

      (19b)是一根肋杆质心的位移变化曲线。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细描述。

参照图1和图2，本发明包括：折叠式环杆1、环杆连接关节2、折叠式肋杆3、肋杆连接关节4、环肋连接关节5、肋筒连接关节6、中心圆筒7、充气圆环8和牵引索9。其中，折叠式环杆1为复数个，所有环杆采用单杆结构，且每两个环杆通过一个环杆连接关节2连接，形成一个封闭的圆形收拢、展开环结构，可由竖直的收拢状态展开到水平的展开状态；折叠式肋杆3为复数个，所有肋杆采用单杆结构，且每两个肋杆通过一个肋杆连接关节4连接，形成绕中心圆筒7径向分布的复数个收拢、展开肋结构，置于圆环形状结构内，可由竖直的收拢状态展开到期望的曲线逼近状态。环肋连接关节5和肋筒连接关节6将所述环结构、肋结构和中心圆筒7连成一个刚性整体骨架。在该刚性骨架上设置有充气圆环8和纵横交错的牵引绳9，构成反射面成型结构。在刚性支撑结构展开后，充气圆环结构8充气成型，带动其上的牵引绳9展开到期望位置，成型后可固化定型，最终将使绑定在充气圆环和牵引绳交接点上的金属丝网或镀铝薄膜结构形成期望的大型可展开反射面。该反射面展开尺寸根据具体需要可覆盖口径十几米到上百米甚至更大的尺寸范围，一般根据圆环展开口径、收拢口径、收拢高度、环杆截面尺寸、肋杆截面尺寸、中心圆筒尺寸、充气圆环圆周外径、截面外径、充气压力和温度参数确定。本发明的充气圆环结构8，既可采用类似于自行车内胎的整体结构，也可以结合径向肋的数目采用分段结构。收拢时在圆周上可采用星型折叠或Z型折叠，并且通过相应肋上的定位孔绑定，以便在以上刚性结构展开时，被相应的肋牵引拉开。所述的牵引绳9，主要用来在所展开的刚性骨架与充气成型后的平行圆环之间牵引连接，同时控制绑定其上的金属丝网或镀铝薄膜结构，使整个结构形成一个统一的整体，进一步提高反射面的构型精度。所述的中心圆筒可以采用框架或镂空结构，以尽量减轻质量；也可以采用套筒结构，用以容纳伸展臂或伸缩杆结构，该中心结构可根据具体需要直接与相应航天器相连接。本发明的系统在其收拢态下内部有足够的空间，可容纳相关的绳网、薄膜等柔性结构。

参照图3和图4，本发明的环杆连接关节2，由一对圆锥齿轮结构201、202和一对夹板203、204组成，该圆锥齿轮结构用来保证环杆同步展开，该夹板用来连接和固定同步齿轮。一对圆锥齿轮关节处设有150～180度的角度，以保证环杆由收拢到展开过程中绕固定的轴线作平面转动。圆锥齿轮结构的齿轮轴205上安置有扭簧206，圆锥齿轮结构的腔臂上设有环杆螺纹孔207，圆锥齿轮结构的平台上设有导槽208。折叠式环杆1通过螺纹孔207连接到圆锥齿轮结构201上。在收拢状态下，扭簧206贮存弹性势能，系统解锁后，扭簧206释放弹性势能，驱动同步齿轮转动，使得环杆由竖直的收拢状态展开到水平的工作状态，同步齿轮通过导槽208在齿轮转动到期望角度后锁定。

参照图5和图6，本发明的肋杆连接关节由一对圆柱齿轮结构401、402和一对夹板403、404组成，该圆柱齿轮结控制肋杆同步展开，该夹板403和404用来连接和固定圆柱齿轮。圆柱齿轮结构的齿轮轴孔405内安装齿轮轴和扭簧，圆柱齿轮结构的平台上设有导槽407，圆柱齿轮结构的关节柄设为凹槽结构406。肋杆3通过凹槽结构406连接到圆柱齿轮结构401上。在收拢状态下，扭簧贮存弹性势能，系统解锁后，扭簧释放弹性势能，驱动圆柱齿轮转动，使得肋杆由竖直的收拢状态展开到曲线逼近状态，且在曲线逼近状态齿轮转动到期望角度后通过导槽407锁定。定位孔408用来绑定在肋上的柔性充气圆环。

本发明的环杆连接关节2、肋杆连接关节4可采用上述的同步齿轮，扭簧驱动结构，以保证环杆、肋杆由收拢到展开过程中绕固定的轴线作平面转动，展开到位后自动锁定，也可以根据具体需要采用电机驱动，还可以通过牵引索进行驱动与控制。

参照图7，本发明的环肋连接关节5结构与环杆连接关节2结构相似，也是由一对圆锥齿轮结构501、502和一对夹板503、504组成，该圆锥齿轮结构用来保证环杆同步展开，该夹板用来连接和固定同步齿轮。圆锥齿轮结构的齿轮轴505上安置有扭簧506，折叠式环杆1通过螺纹孔507连接到圆锥齿轮结构上。外侧夹板504上设有耳板和轴孔508，该轴孔用来安装轴销，以连接相应的肋杆。在收拢状态下，扭簧506贮存弹性势能，系统解锁后，扭簧506释放弹性势能，驱动圆锥齿轮同步转动，使得环杆由竖直的收拢状态展开到水平的工作状态。

参照图8，本发明的肋筒连接关节采用法兰盘结构，用来连接肋杆与中心圆筒结构。其中法兰盘的中心603与中心圆筒7连接，法兰盘的夹板结构601通过轴孔602与相应的肋杆连接。

本发明的使用根据不同环境有不同的方式。在太空环境下可用绳索、卡环机构捆绑，采用爆炸螺栓解锁；在地面环境下可用绳索、卡环、插销机构捆绑，自动或手动解锁。在捆绑的收拢状态下，环杆连接关节、肋杆连接关节中的扭簧存储弹性势能；解除捆绑后，扭簧的弹性势能转化为驱动能，驱动环杆、肋杆展开；展开到位后，环杆连接关节、肋杆连接关节上的定位装置将各环杆、肋杆锁定，形成空间大型可展开刚性骨架。在该刚性结构展开锁定后，对柔性圆环结构进行充气膨胀，使其能够将纵横交错的牵引绳定位到期望位置。在太空环境，充气圆环结构可以通过采用浸润过环氧树脂的凯芙拉纤维薄膜材料自动固化。在地面环境，充气圆环结构可以通过采用充气泵供压方式，使充气圆环结构维持期望形状。

本发明的结构和参数可根据反射面展开的口径要求确定，以下给出几种不同实例，但不限于这些实例。

实例1，展开口径16m的半球面反射面系统

该装置的收拢状态如图2所示，展开状态如图1所示。

口径圆环结构上有36根环杆，径向三根支撑肋结构上共有24根肋杆。环杆和肋杆均采用外尺寸0.025m×0.020m、内尺寸0.020m×0.016m矩形空心截面的直单杆。环杆连接关节采用图3中所示扭簧驱动的两部圆锥同步齿轮机构。两部同步机构连接角度为170度。肋杆连接关节采用图5中所示扭簧驱动的两部圆柱同步齿轮机构。环杆、肋杆通过采用图5中所示凹槽结构分别与环杆连接关节、肋杆连接关节相装配。中心圆筒采用圆管镂空结构。环结构和肋结构通过图7、图8中所示环肋连接关节、肋筒连接关节构成一个可收拢、展开的整体刚性结构。整个结构收拢在Φ1.35m×1.37m的圆柱体内，整个刚性结构选择铝合金材料。本实例采用8圈类似于自行车内胎的整体结构充气圆环，绑定在相应肋杆中心的定位孔位置，收拢时采用星型折叠方式。在中心圆筒和环杆连接关节之间，安置有径向共33根牵引绳，每根牵引绳在径向上依次与8圈充气圆环相连接。牵引绳与充气圆环的交接点上绑定柔性丝网，构成柔性反射面结构，该柔性结构选择凯芙拉纤维材料。

对本实例的整个反射面系统保守计算，其质量小于60Kg，面密度小于0.30Kg/m²，径向收纳率为11.9，高度方向收纳率为5.8。

实例2，展开口径60m的旋转抛物面系统。

该装置的收拢状态如图13所示。

口径圆环结构上有96根环杆，径向六根支撑肋结构上共有120根肋杆。环杆采用外径0.03m、内径0.02m的圆管截面的圆弧单杆；肋杆采用0.03m×0.02m矩形实心截面的镂空结构直单杆。抛物面的焦径比为0.5。环杆连接关节采用图3中所示扭簧驱动的两部圆锥同步齿轮机构，两部同步机构连接角度为176.25度，环杆通过采用图3中所示套筒结构与环杆连接关节螺纹装配。肋杆连接关节采用图5所示扭簧驱动的两部圆柱同步齿轮机构，肋杆通过采用图5中所示凹槽结构与肋杆连接关节相装配。中心圆筒采用框架套筒结构。环结构和肋结构通过图7、图8中所示环肋连接关节、肋筒连接关节构成一个可收拢、展开的整体刚性结构。整个结构收拢在Φ3.1m×2m的圆桶体内，整个刚性结构选择铝合金材料。本实例的充气圆环采用20圈类似于香肠的分段圆环结构，绑定在相应肋杆中心的定位孔位置，收拢时采用Z型折叠方式，其收拢状态如图14所示。在中心圆筒和环杆连接关节之间，安置有径向共90根牵引绳，每根牵引绳在径向上依次与20圈充气圆环相连接。牵引绳与充气圆环的交接点上绑定柔性镀铝薄膜，构成柔性反射面结构，该柔性结构选择凯芙拉纤维的材料。

对本实例的整个反射面系统按保守计算，其装置质量小于700Kg，面密度小于0.25Kg/m²，径向收纳率为19.4，高度方向收纳率为3.75。实例3，展开口径6m的旋转抛物面系统。

该装置的展开状态如图18所示。

口径圆环结构上有12根环杆，径向六根支撑肋结构上共有24根肋杆。环杆和肋杆均采用尺寸0.008m×0.006m矩形实心截面的直单杆。抛物面的焦径比为0.3。环杆连接关节采用图3中所示扭簧驱动的两部圆锥同步齿轮机构，两部同步机构连接角度为150度。肋杆连接关节采用图5中所示扭簧驱动的两部圆柱同步齿轮机构。环杆、肋杆通过采用图5中所示凹槽结构分别与环杆连接关节、肋杆连接关节相装配。中心圆筒采用圆管套筒结构。环结构和肋结构通过图7、图8中所示环肋连接关节、肋筒连接关节构成一个可收拢、展开的整体刚性结构。整个刚性结构选择铝合金材料，收拢在Φ0.37m×1.52m的圆柱体内。本实例的充气圆环采用2圈类似于自行车内胎的整体结构充气圆环，绑定在相应肋杆中心的定位孔位置，收拢时采用星型折叠方式。在中心圆筒和环杆连接关节之间，安置有径向共6根牵引绳，每根牵引绳在径向上依次与2圈充气圆环相连接。牵引绳与充气圆环的交接点上绑定柔性镀铝薄膜，构成柔性反射面结构，该柔性结构选择凯芙拉纤维的材料。

对本实例的整个反射面系统按保守计算，其装置质量小于7.9Kg，面密度小于0.28Kg/m²，径向收纳率为16.2，高度方向收纳率为0.82。

本发明在地面环境下使用，可通过吊装结构顺利展开和应用。

本发明的效果可以通过以下仿真进一步说明。

仿真1

以本发明第一实例中的整体刚性结构模型为仿真对象。

图9展示了在太空环境下，该装置的刚性支撑结构的动力学模型由收拢态进行展开的展开过程仿真图，其中，图9(a)是捆绑收拢态，收拢在一个小的圆柱体内；图9(b)是展开10秒钟的中间态，圆周上环杆和径向肋杆都开始展开；图9(c)是展开25秒钟的中间态，圆周上环杆进一步展开、扩张，径向肋杆也逐渐伸展开；图9(d)是展开40秒钟的中间态，先前竖直的环杆已转动成接近水平的横杆，径向肋杆也进一步伸展开，刚性支撑结构已趋向于成型。

图10是在以上图9展开过程仿真中，该装置的环杆和肋杆质心的变化曲线。其中，图10(a)是第18根环杆质心的位移变化曲线，从图10(a)中可以看到，该环杆由收拢半径约0.7m的位置平稳地展开到展开半径约8.0m的位置。图10(b)是第1个肋结构的第4根肋杆质心的位移变化曲线，从图10(b)中可以看到，该肋杆也配合着环杆，在平稳的展开过程之中。

仿真2

以本发明第一实例中的其中一圈充气圆管结构模型为仿真对象。

充气圆环薄膜结构展开口径为1.5m，圆环截面口径20mm。如图11所示，该圆环收拢状态采用星型折叠结构，其中，整体结构示意图如图11(a)，中心结构如图11(b)，外端结构如图11(c)。该星型折叠结构可方便地安置于本发明整体刚性结构内部。充气圆环的薄膜厚度5×10^-5m，内部气体温度350K。对该充气圆环结构在0.1秒钟内气流密度线性增加到60Kg/m³条件下，进行展开过程动力学仿真，分析结果如图12所示。图12(a)为圆环收拢初始状态；充气0.018秒时，圆环展开成花瓣形，如图12(b)；充气0.036秒时，圆环两边展开为不规则的形状，如图12(c)；充气0.038秒时，圆环展开为椭圆形状，如图12(d)，可见该充气圆环可顺利展开。

仿真3

以本发明第二实例中的整体刚性结构模型为仿真对象。

图15展示了在太空环境下，该装置的刚性支撑结构的动力学模型由收拢态进行展开的展开过程仿真图，其中，图15(a)是捆绑收拢态，收拢在一个小的圆桶体内；图15(b)是展开90秒钟的中间态，圆周上环杆和径向肋杆都开始展开；图9(c)是展开190秒钟的中间态，圆周上环杆进一步展开、扩张，径向肋杆也逐渐伸展开；图9(d)是展开280秒钟的中间态，先前竖直的环杆已转动成接近水平的横杆，径向肋杆也进一步伸展开，刚性支撑结构已趋向于成型。

图16是在以上图15展开过程仿真中，该装置的环杆和肋杆质心的变化曲线。其中，图16(a)是第1根环杆质心的位移变化曲线，从中可以看到，该环杆由收拢半径约1.5m的位置逐渐展开到展开半径约27.0m的位置，然后有所摆动。图16(b)是第1个肋结构的第20根肋杆质心的位移变化曲线，从10(b)中可以看到，该肋杆也配合着环杆，在逐渐的展开过程之中。

仿真4

以本发明第二实例中的其中一圈充气圆管结构模型为仿真对象。

充气圆环薄膜结构展开口径为30m，圆环截面口径30mm。如图14所示，该圆环收拢状态采用Z型折叠结构，收拢时的圆环外径786mm，内径393mm。该Z型折叠结构也可方便地安置于本发明装置整体刚性结构内部。充气圆环的薄膜厚度5×10^-5m，施加内部气压4.85×10⁵Kpa，固结其中一个节点，进行静力学仿真分析，仿真结果如图17所示。充气后薄膜结构膨胀成口径25.7m的圆环，已接近期望的展开口径为30m的圆环。在进一步精确建模的基础上，可以更接近期望目标。

仿真5

以本发明第三实例中的整体刚性结构模型为仿真对象。

图19展示了在太空环境下，该装置的刚性支撑结构的动力学模型展开过程仿真中，该装置的环杆和肋杆质心的变化曲线。其中，图19(a)是第1根环杆质心的位移变化曲线，从图19(a)中可以看到，该环杆由收拢半径约0.18m的位置平稳地展开到展开半径约2.7m的位置。图19(b)是第2个肋结构的第2根肋杆质心的位移变化曲线，从10(b)中可以看到，该肋杆也配合着环杆，在平稳的的展开过程之中。

通过以上实施例和仿真结果可以看到，本发明不仅在技术上是可行的，而且与国内相关研究所正在研制的AstroMesh可展开天线相比，其综合性能更高，如下表。

 

	面密度(Kg/m2)	径向收纳率	高度收纳率
				AstroMesh	0.36	约16	约0.5
本发明实例一	0.30	11.9	5.8
				本发明实例二	0.25	19.4	3.75
本发明实例三	0.28	16.2	0.82

由表1可见，本发明在面密度、收纳率、构型精度方面，有着显著的优良综合性能指标。

上述实例不构成对本发明的任何限制，显然任何人在了解了本发明的技术构思以后可以作出不同的结构和参数变化，但这些均在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种空间可展开反射面系统，包括：折叠式环杆、折叠式肋杆、连接关节、中心圆筒、充气圆环和牵引绳，其特征在于：折叠式环杆(1)、折叠式肋杆(3)分别与环杆连接关节(2)和肋杆连接关节(4)连接，构成环、肋结构；该环、肋结构通过环肋连接关节(5)和肋筒连接关节(6)与中心圆筒(7)连接，构成刚性整体骨架；充气圆环(8)和牵引绳(9)纵横交错地设置在所述的刚性骨架上，构成反射面成型结构。

2.根据权利要求1所述的空间可展开反射面系统，其特征在于折叠式环杆(1)每两个为一组，通过一个环杆连接关节(2)连接，形成封闭的圆形状收拢、展开环结构；折叠式肋杆(3)每两个为一组，通过一个肋杆连接关节(4)连接，形成绕中心圆筒(7)径向分布的复数个收拢、展开肋结构，置于圆环形状结构内。

3.根据权利要求1所述的空间可展开反射面系统，其特征在于，充气圆环(8)采用复数个相互平行的柔性薄膜圆环，固定在肋结构上并与牵引绳(9)相捆绑，形成刚柔组合结构。

4.根据权利要求3所述的空间可展开反射面系统，其特征在于，每个充气圆环(8)在充气后膨胀成型并可固化，对牵引绳(9)的位置定位。

5.根据权利要求2或3所述的空间可展开反射面系统，其特征在于，充气圆环及牵引绳交接点上绑有金属丝网或镀铝薄膜，该充气圆环(8)、牵引绳(9)和金属丝网或镀铝薄膜，收拢在折叠环、肋之间的空余空间里。

6.根据权利要求5所述的空间可展开反射面系统，其特征在于，充气圆环(8)收拢时在圆周上Z型折叠或者采用星型折叠结构，并通过相应肋上的定位孔绑定，使其在展开时被相应的肋杆牵引拉开。

7.根据权利要求1所述的空间可展开反射面系统，其特征在于，环杆连接关节和肋杆连接关节均采用同步机构，通过同步机构中的驱动、锁定装置，控制折叠式环杆(1)和折叠式肋杆(3)的展开与定位。

8.根据权利要求7所述的空间可展开反射面系统，其特征在于，所述的同步机构主要由圆柱齿轮结构或圆锥齿轮结构和夹板组成，夹板固定在齿轮结构的内外，齿轮结构的中心轴上安置有扭簧，齿轮结构的平台上设有导槽，通过扭簧驱动同步齿轮转动，使得环、肋杆由收拢状态展开，并通过导槽控制同步齿轮转动到期望角度后锁定。

9.根据权利要求1所述的空间可展开反射面系统，其特征在于，环肋连接关节(5)由一对圆锥齿轮结构和固定该齿轮结构的内外夹板组成，齿轮结构的中心轴(505)上安置有扭簧(506)，外侧夹板(504)上通过轴孔(508)安装的轴销与肋杆连接，圆锥齿轮结构通过螺纹孔(507)与环杆连接，使环结构和肋结构刚性相连。

10.根据权利要求1或8所述的空间可展开反射面系统，其特征在于：所述的折叠式环杆(1)和折叠式肋杆(3)均采用单杆结构，其收拢状态均为竖直状态，展开状态分别为水平状态和曲线逼近状态。

11.根据权利要求1所述的空间可展开反射面系统，其特征在于：所述的充气圆环(8)可进一步采用类似于自行车内胎的整体圆环结构，也可采用类似于香肠的分段圆环结构。

12.根据权利要求1所述的空间可展开反射面系统，其特征在于：所述的中心圆筒(7)采用框架或镂空结构，或者采用套筒结构，并根据需要与相应航天器相连接。

13.根据权利要求8或9所述的空间可展开反射面系统，其特征在于：所述的环杆连接关节(2)和环肋连接关节(5)的一对圆锥齿轮关节处设有150～180度的角度，以保证环杆由收拢到展开过程中绕固定的轴线作平面转动。

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