CN102832438A - 一种正三角形单元平面阵列可展机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种正三角形单元平面阵列可展机构,包括多个正三角形单元机构分别在横向和纵向连接组合；正三角形单元机构由中心连杆与三个顶点连杆和三个中间连杆连接组合；单元机构以中心连杆为中心，中心连杆的各端分别与第一中间连杆、第二中间连杆、第三中间连杆的短杆连接；第一中间连杆位于第一顶点连杆和第二顶点连杆之间；第二中间连杆位于第二顶点连杆和第三顶点连杆之间；第三中间连杆位于第一顶点连杆和第三顶点连杆之间；各连杆之间通过连接销连接。整个系统只有一个自由度，结构简单，阵列形式多样，既可以环形阵列，也可以线形阵列，可满足不同需求。尤其适用于卫星天线展开系统的大面积展开收缩的平面阵列。

Description

一种正三角形单元平面阵列可展机构

技术领域

本发明涉及结构设计技术领域，具体地说,涉及一种正三角形单元平面阵列可展机构。

背景技术

目前，星载可展开天线广泛应用于地球静止轨道通信卫星、跟踪与数据中继卫星、电子侦察卫星、导航卫星上，各发达国家竞相发展该项技术。随着我国移动通讯、大地观测和太空探测等航天技术的发展，同样迫切需要研发大口径空间天线以提高其传输带宽、信号增益和简化地面接收装置。但由于火箭有效运载空间、运载能力的限制，要求天线在发射阶段以折叠状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，然后锁死并保持为工作状态。故而天线的可展开成为现代空间天线的一个显著特征。可展环状桁架天线是目前应用较多的一种大型空间天线，卫星天线展开机构结构的复杂程度及可展机构的自由度对于卫星天线展开系统性能优劣具有重要影响。然而，目前用于卫星天线展开系统的阵列单元机构常常结构比较复杂，各种尺寸数目较多，使其误差累积，精度降低；另外，机构自由度数目关系到动力源的多少，对于航天领域的影响也很重要。

发明内容

为了避免现有技术的不足，本发明提出一种正三角形单元平面阵列可展机构,结构简单，可靠性高,单元机构利用其几何特性达到收展自如的要求，且该机构阵列只有一个自由度，易于控制。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括多个正三角形单元机构分别在横向和纵向连接组合；正三角形单元机构由中心连杆分别与三个结构相同的顶点连杆和三个结构相同的中间连杆连接组合；

所述中心连杆为三根等长度杆，于中心点固连均分为120°夹角的杆件，杆的端部有圆孔；

所述顶点连杆分别为第一顶点连杆、第二顶点连杆、第三顶点连杆，顶点连杆由六根等长度杆绕中心环固连均分为60°夹角的杆件，杆的端部有圆孔；

所述中间连杆分别为第一中间连杆、第二中间连杆、第三中间连杆，中间连杆由长连杆和与其轴线垂直且平分长连杆的短连杆固连；

所述单元机构以中心连杆为中心，中心连杆的各端分别与第一中间连杆、第二中间连杆、第三中间连杆的短杆相连接；第一中间连杆位于第一顶点连杆和第二顶点连杆之间；第二中间连杆位于第二顶点连杆和第三顶点连杆之间；第三中间连杆位于第一顶点连杆和第三顶点连杆之间；各连杆之间通过连接销相连接。

有益效果

本发明正三角形单元平面阵列可展机构,包括多个正三角形单元机构分别在横向和纵向连接组合；正三角形单元机构由中心连杆与三个顶点连杆和三个中间连杆连接组合；单元机构以中心连杆为中心，中心连杆的各端分别与第一中间连杆、第二中间连杆、第三中间连杆的短杆相连接；第一中间连杆位于第一顶点连杆和第二顶点连杆之间；第二中间连杆位于第二顶点连杆和第三顶点连杆之间；第三中间连杆位于第一顶点连杆和第三顶点连杆之间；各连杆之间通过连接销相连接。整个系统只有一个自由度，结构简单，易于控制，阵列形式多样，既可以环形阵列，也可以线形阵列，可满足不同需求。适用于卫星天线展开系统的大面积展开收缩的平面阵列。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明一种正三角形单元平面阵列可展机构作进一步详细说明。

图1为本发明的正三角形单元机构完全展开时的示意图。

图2为顶点连杆的示意图。

图3为中间连杆的示意图。

图4为中心连杆的示意图。

图5为杆与杆之间连接的剖面图。

图6为正三角形单元机构收缩时的示意图。

图7为正三角形单元机构环形平面阵列完全收缩时的示意图。

图8为正三角形单元机构环形平面阵列完全展开时的示意图。

图9为正三角形单元机构线形平面阵列完全收缩时的示意图。

图10为正三角形单元机构线形平面阵列完全展开时的示意图。

图11为正三角形单元机构运动简图。

图中:

1.第一顶点连杆  2.第一中间连杆  3.中心连杆  4.第二顶点连杆5.第二中间连杆  6.连接销  7.第三顶点连杆  8.第三中间连杆

具体实施方式

本实施例是一种正三角形单元平面阵列可展机构。由多个正三角形单元机构分别在横向和纵向连接组合；正三角形单元机构包括中心连杆与三个顶点连杆和三个中间连杆连接组合。

参阅图1-图6，中心连杆3为三根等长度杆，于中心点部固连均分为120°夹角的杆件，杆的端部有圆孔。第一顶点连杆1、第二顶点连杆4、第三顶点连杆7分别各由六根等长度杆绕中心环固连均分为60°夹角的杆件，杆的端部设置有圆孔。第一中间连杆2、第二中间连杆5、第三中间连杆8分别各由长连杆和与其轴线垂直且平分长连杆的短连杆固连。

单元机构以中心连杆3为中心，中心连杆3的各端分别与第一中间连杆2、第二中间连杆5、第三中间连杆8的短杆相连接；第一中间连杆2位于第一顶点连杆1和第二顶点连杆4之间；第二中间连杆5位于第二顶点连杆4和第三顶点连杆7之间；第三中间连杆8位于第一顶点连杆1和第三顶点连杆7之间；各连杆之间通过连接销6相连接。

正三角形单元机构的工作原理：

图11所示，当第一中间连杆2绕A1点旋转时，该单元机构可实现展开收缩功能，如图1为正三角形单元机构完全展开时的示意图和图6为正三角形单元机构完全收缩时的示意图。

正三角形单元机构中的特殊几何关系：

本发明正三角形单元平面阵列可展机构中三种构件杆长满足下列条件：

顶点连杆1：AA1=AA2=BB1=BB2=CC1=CC2=500mm

中间连杆2：DA1=DB1=EA2=EC1=FB2=FC2=500mm

DG2=EG1=FG3=288.67mm

中心连杆3：GG1=GG2=GG3=288.67mm

只要满足上述比例关系，即可构成正三角形单元机构，其自由度为一个自由度；而仿真实践证明，若不满足上述比例关系，则机构难以实现单自由度运动。单元机构正是利用三角形中几条边的特殊的对应关系，使得自由度本为0的普通结构变成自由度为1的并且可展开的正三角形单元机构。

正三角形单元机构的机构运动简图与实际结构间的区别：

在单元机构运动简图（图11）中，当正三角形单元机构阵列时，可修改构件1和构件2即可，图2中所示的顶点连杆为6个杆长为500mm的普通连杆两两相交60°固联在一起；图3中所示的是将中间连杆上的长连杆和与其轴线垂直且平分长连杆的短连杆固连，且长度均为288.67mm；图4中所示的中心连杆不必变动。修改后，既可沿正三角形一个顶点环形阵列成正六边形机构，也可沿正三角形一条边线阵列成平行四边形机构。

正三角形单元机构的应用：

本发明正三角形单元平面阵列可展机构的收缩可按照实际需要，若需要展开机构连杆间分布密集时，可将单元机构绕单元机构中的一个顶点成径射状分布，如图7和图8；若需要展开机构连杆间分布稀疏时，可将单元机构沿单元机构的一条边直线分布，如图9和图10。根据其可收展的特点可将这种机构应用到空间大型可展开天线中，也可应用于各种需大面积展开收缩的领域。

Claims (1)

1.一种正三角形单元平面阵列可展机构，其特征在于:包括多个正三角形单元机构分别在横向和纵向连接组合；正三角形单元机构由中心连杆分别与三个结构相同的顶点连杆和三个结构相同的中间连杆连接组合；

所述中心连杆为三根等长度杆，于中心点固连均分为120°夹角的杆件，杆的端部有圆孔；

所述顶点连杆分别为第一顶点连杆、第二顶点连杆、第三顶点连杆，顶点连杆由六根等长度杆绕中心环固连均分为60°夹角的杆件，杆的端部有圆孔；

所述中间连杆分别为第一中间连杆、第二中间连杆、第三中间连杆，中间连杆由长连杆和与其轴线垂直且平分长连杆的短连杆固连；

所述单元机构以中心连杆为中心，中心连杆的各端分别与第一中间连杆、第二中间连杆、第三中间连杆的短杆相连接；第一中间连杆位于第一顶点连杆和第二顶点连杆之间；第二中间连杆位于第二顶点连杆和第三顶点连杆之间；第三中间连杆位于第一顶点连杆和第三顶点连杆之间；各连杆之间通过连接销相连接。

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