CN104022337B - 基于肋机构的模块化空间曲面折展天线机构 - Google Patents

Abstract

基于肋机构的模块化空间曲面折展天线机构，它涉及一种天线机构，以解决现有展开式抛物柱面天线结构存在型面精度较低、稳定性较差，整体刚度较差、伞状天线结构存在不适用于反射面拉伸成型以及可展开桁架天线结构只能单向展开，无法形成抛物柱面的问题，它包括两个控速电机、两个纵向连接肋机构、两个折展连接机构、多个横向连接肋机构、多个单肋机构、多个单模块折展机构、多个张紧拉绳和多个模块连接机构；两个纵向连接肋机构之间并列布置有两个横向外侧支撑架，每个横向外侧支撑架由多个横向连接肋机构串接而成，所述支撑构架内布置有两个折展连接机构、多个单模块折展机构和多个单肋机构；本发明用于卫星、空间站和空间探测器。

Description

基于肋机构的模块化空间曲面折展天线机构

技术领域

本发明涉及一种卫星天线机构，具体涉及一种用于展开并支撑星载抛物柱面反射面天线的基于肋机构的模块化折展天线机构，属于卫星天线结构技术领域。

背景技术

随着技术的发展及推广应用，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。传统的抛物柱面反射器天线由金属的抛物面反射表面构成，由支撑构件来支撑，结构整体尺寸与质量较大，不能直接运用于星载卫星天线。为了满足多功能、多波段、大容量、大功率及长寿命等需要，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。

目前，展开形式的抛物柱面反射器天线多为充气展开式或可展开固体表面式。充气天线采用充气的形式实现结构的展开，可展开固体表面式天线采用形状记忆聚合物材料作为展开驱动，二者都存在相同的缺点，即型面精度较低、稳定性较差及整体刚性较差。

网状可展开反射面天线结构目前主要有以下两种形式：一种是伞状结构可展开天线，该结构多用于旋转抛物面天线，不适用于反射面拉伸成型，如抛物柱面天线。另一种为可展开桁架结构，该结构利用大量可展开桁架单元，由铰链连接构成支撑骨架，再在支撑骨架上铺设金属网，该结构虽然能够展开，或者做成环形进行展开，但只能提供一个自由度的单向展开运动，无法形成抛物柱面。

发明内容

本发明为解决现有展开式抛物柱面天线结构存在型面精度较低、稳定性较差，整体刚度较差、伞状天线结构存在不适用于反射面拉伸成型以及可展开桁架天线结构只能单向展开，无法形成抛物柱面的问题，进而提供一种基于肋机构的模块化空间曲面折展天线机构。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明的一种基于肋机构的模块化空间曲面折展天线机构包括两个控速电机、两个纵向连接肋机构、两个折展连接机构、多个横向连接肋机构、多个单肋机构、多个单模块折展机构、多个张紧拉绳和多个模块连接机构；

每个单模块折展机构包括单模块折展机构中心杆、单模块折展机构滑块、单模块折展机构下接头、单模块折展机构上接头、单模块折展机构弹性元件和四组折展对接机构；单模块折展机构中心杆的上端和下端分别固装有单模块折展机构上接头和单模块折展机构下接头；单模块折展机构中心杆上套设有单模块折展机构滑块，单模块折展机构滑块位于单模块折展机构上接头和单模块折展机构下接头之间，单模块折展机构中心杆上套设有单模块折展机构弹性元件，单模块折展机构弹性元件位于单模块折展机构上接头和单模块折展机构滑块之间；单模块折展机构中心杆的周向均匀布置有四组折展对接机构，每组折展对接机构包括单模块折展机构斜腹杆、单模块折展机构上支撑杆、单模块折展机构下支撑杆、单模块折展机构上弦杆和单模块折展机构下弦杆，单模块折展机构上接头与单模块折展机构上弦杆的一端铰接，单模块折展机构上弦杆的另一端与单模块折展机构斜腹杆铰接，单模块折展机构上支撑杆的一端与单模块折展机构下接头铰接，单模块折展机构上支撑杆的另一端与单模块折展机构斜腹杆铰接，单模块折展机构下支撑杆的一端与单模块折展机构滑块铰接，单模块折展机构下支撑杆的另一端与单模块折展机构上支撑杆铰接；单模块折展机构下接头与单模块折展机构下弦杆的一端铰接；一组折展对接机构的单模块折展机构上弦杆的另一端和与其相邻的另一组的折展对接机构的单模块折展机构下弦杆的另一端之间固装有张紧拉绳；

每个单肋机构包括单肋机构下支撑杆、单肋机构斜腹杆、单肋机构下弦杆、单肋机构上弦杆、单肋机构上接头、单肋机构中心杆、单肋机构滑块、单肋机构上支撑杆、单肋机构下接头和单肋机构弹性元件，单肋机构中心杆的上端和下端分别固接有单肋机构上接头和单肋机构下接头，单肋机构中心杆上套设有单肋机构滑块，单肋机构滑块位于单肋机构下接头和单肋机构上接头之间，单肋机构中心杆上套设有单肋机构弹性元件，单肋机构弹性元件位于单肋机构滑块和单肋机构上接头之间；单肋机构下弦杆和单肋机构上弦杆并列设置，单肋机构下弦杆的一端与单肋机构下接头铰接，单肋机构上弦杆的一端与单肋机构上接头铰接，单肋机构下弦杆和单肋机构上弦杆之间布置有单肋机构上支撑杆和单肋机构斜腹杆，单肋机构下支撑杆的一端与单肋机构滑块铰接，单肋机构下支撑杆的另一端与单肋机构上支撑杆铰接，单肋机构上支撑杆的一端与单肋机构下接头铰接，单肋机构上支撑杆的另一端与单肋机构斜腹杆的一端铰接，单肋机构斜腹杆的另一端与单肋机构上弦杆的另一端铰接；

每个横向连接肋机构包括横向中间连接机构和两套横向对接机构，横向中间连接机构包括横向连接肋机构下接头、横向连接肋机构中心杆、横向连接肋机构上接头，横向连接肋机构中心杆的上端固装有横向连接肋机构下接头，横向连接肋机构中心杆的下端固装有横向连接肋机构上接头；横向中间连接机构的两侧以横向连接肋机构中心杆为对称轴对称布置有横向对接机构，每套横向对接机构包括横向连接肋机构下弦杆、横向连接肋机构上弦杆、横向连接肋机构斜腹杆、横向连接肋机构上支撑杆和横向连接肋机构下支撑杆；横向连接肋机构下弦杆的一端与横向连接肋机构下接头铰接，横向连接肋机构上弦杆的一端与横向连接肋机构上接头铰接，横向连接肋机构斜腹杆的一端与横向连接肋机构上弦杆的一端铰接，横向连接肋机构斜腹杆的另一端与横向连接肋机构上支撑杆铰接，横向连接肋机构上支撑杆与横向连接肋机构下支撑杆铰接；

每个纵向连接肋机构包括纵向中间连接机构和两套纵向连接机构组合体；纵向中间连接机构包括纵向连接肋机构中间下接头、纵向连接肋机构滑块、纵向连接肋机构中间上接头、纵向连接肋机构弹性元件和纵向连接肋机构中间杆；纵向连接肋机构中间杆的上端和下端分别固装有纵向连接肋机构中间上接头和纵向连接肋机构中间下接头，纵向连接肋机构中间杆上套设有纵向连接肋机构滑块，纵向连接肋机构滑块位于纵向连接肋机构中间上接头和纵向连接肋机构中间下接头之间，纵向连接肋机构中间杆上套设有纵向连接肋机构弹性元件，纵向连接肋机构弹性元件位于纵向连接肋机构滑块和纵向连接肋机构中间上接头之间；纵向中间连接机构的两侧以纵向连接肋机构中间杆为对称轴对称布置有纵向连接机构组合体；每套纵向连接机构组合体包括纵向连接肋机构上弦杆、纵向连接肋机构下弦杆、纵向连接肋机构上支撑杆、纵向连接肋机构斜腹杆、纵向连接肋机构连接杆、纵向连接肋机构下支撑杆、纵向连接肋机构上接头、纵向连接肋机构下接头和两个单肋机构；纵向连接肋机构上接头和纵向连接肋机构下接头之间固接有纵向连接肋机构连接杆，纵向连接肋机构上接头的一端与单肋机构上弦杆铰接，纵向连接肋机构上接头的另一端与纵向连接肋机构上弦杆铰接，纵向连接肋机构下接头的一端与单肋机构下弦杆铰接，纵向连接肋机构下接头的另一端与纵向连接肋机构下弦杆铰接，纵向连接肋机构上弦杆与纵向连接肋机构中间上接头铰接，纵向连接肋机构下弦杆与纵向连接肋机构中间下接头铰接，纵向连接肋机构斜腹杆的两端分别与纵向连接肋机构上弦杆和纵向连接肋机构上支撑杆铰接，纵向连接肋机构上支撑杆与纵向连接肋机构中间下接头铰接，纵向连接肋机构下支撑杆的两端分别与纵向连接肋机构上支撑杆和纵向连接肋机构滑块铰接；

每个模块连接机构包括模块连接下接头、模块连接上接头和模块连接中心杆，模块连接中心杆的上端和下端分别连接有模块连接上接头和模块连接下接头；

每个折展连接机构包括折展上弦杆、折展下弦杆、折展斜腹杆、折展上支撑杆、折展下支撑杆、模块连接下接头、模块连接上接头和模块连接中心杆，模块连接中心杆的上端和下端分别连接有模块连接上接头和模块连接下接头，模块连接上接头与折展上弦杆铰接，模块连接下接头与折展下弦杆铰接，折展斜腹杆的两端分别与折展上支撑杆和折展上弦杆铰接，折展上支撑杆和折展下支撑杆铰接；

两个纵向连接肋机构并列布置，两个纵向连接肋机构之间并列布置有两个横向外侧支撑架，每个横向外侧支撑架由多个横向连接肋机构串接而成，两个纵向连接肋机构和两个横向外侧支撑架铰接成一个投影面为四边形的支撑构架；所述支撑构架内布置有两个折展连接机构、多个单模块折展机构和多个单肋机构；

支撑构架、两个折展连接机构、多个单模块折展机构、多个单肋机构和多个张紧拉绳构成一个能折展的网状结构；相邻两个横向连接肋机构的横向连接肋机构上弦杆与单肋机构的单肋机构上接头铰接，相邻两个横向连接肋机构的横向连接肋机构下弦杆和横向连接肋机构上支撑杆分别与单肋机构的单肋机构下接头铰接，相邻两个横向连接肋机构的横向连接肋机构下支撑杆与单肋机构的单肋机构滑块铰接；

横向连接肋机构的横向连接肋机构上接头与其相邻的单模块折展机构的单模块折展机构上弦杆铰接，横向连接肋机构的横向连接肋机构下接头与其相邻的单模块折展机构的单模块折展机构下弦杆铰接；横向上布置的每个单肋机构的单肋机构上弦杆与其相邻的模块连接机构的模块连接上接头铰接，该模块连接上接头分别与三个单模块折展机构的单模块折展机构上弦杆铰接，横向上布置的每个单肋机构的单肋机构下弦杆与其相邻的模块连接机构的模块连接下接头铰接，该模块连接下接头分别与三个单模块折展机构的单模块折展机构下弦杆铰接；

纵向连接肋机构中的单肋机构的单肋机构上接头与其相邻的横向连接肋机构的横向连接肋机构上弦杆铰接，纵向连接肋机构中的单肋机构的单肋机构下接头与该相邻的横向连接肋机构的横向连接肋机构下弦杆和横向连接肋机构上支撑杆铰接，纵向连接肋机构中的单肋机构的单肋机构滑块与该相邻的横向连接肋机构的横向连接肋机构下支撑杆铰接；纵向连接肋机构中的纵向连接肋机构上接头与其相邻的单模块折展机构的单模块折展机构上弦杆铰接，纵向连接肋机构中的纵向连接肋机构下接头与其相邻的单模块折展机构的单模块折展机构下弦杆铰接，纵向连接肋机构中的纵向连接肋机构中间上接头与其相邻的折展连接机构的折展上弦杆铰接，纵向连接肋机构中的纵向连接肋机构中间下接头与其相邻的折展连接机构的折展下弦杆铰接，该折展连接机构的模块连接上接头分别与三个单模块折展机构的单模块折展机构上弦杆铰接，该折展连接机构的模块连接下接头分别与三个单模块折展机构的单模块折展机构下弦杆铰接；

中间部位相邻的四个单模块折展机构的单模块折展机构上弦杆均与剩余的相对应的模块连接机构的模块连接上接头铰接，中间部位相邻的四个单模块折展机构的单模块折展机构下弦杆均与剩余的相对应的模块连接机构的模块连接下接头铰接，横向上位于支撑构架中部的两个单模块折展机构的单模块折展机构上接头上分别固装有一个控速电机，控速电机的输出轴缠绕有缓释绳，缓释绳的端部连接在单模块折展机构滑块上。

本发明的有益效果是：1、本发明实现了该类机构的模块化拓展，可实现模块化生产，降低制造成本和难度。

2、本发明设计了调速电机、支撑构架(纵向连接肋机构和横向连接肋机构)、单模块连接机构和单肋机构，单肋机构、纵向连接肋机构和单模块连接机构的弹性元件都可以作为折展的驱动源，调速电机用于控制单模块连接机构的折展速度，通过调速电机释放缓释绳控制展开速度，实现多个单模块连接机构展开运动的同步，横向连接肋机构可以作为横向折展的驱动源，纵向连接肋机构可以作为纵向折展的驱动源；本发明天线机构的每相邻两组折展对接机构的单模块连接机构上弦杆和单模块连接机构下弦杆的端部固装有张紧拉绳，张紧拉绳在相邻的两组折展对接机构的单模块连接机构上弦杆与单模块连接机构下弦杆之间以十字交叉的方式固定连接，提高了整个单模块机构展开后的刚度，横向连接肋机构的结构和纵向连接肋机构的结构整体保证了本发明天线机构折展的型面刚度，收拢时收拢体积小、收拢刚度大，相比于同等尺寸的固面抛物柱面天线，收纳体积显著减小，可节省发射火箭上有效载荷空间，显著降低发射成本，发射成本降低了25％-45％。

3、本发明的单肋机构和单模块连接机构，可将固定在支撑构架(纵向连接肋机构和横向连接肋机构)上的金属丝网形成的反射面能够达到比较高的精度，相比于同样尺寸的充气天线与可展开固体表面天线，型面精度得到提升，型面精度提高了35％-60％。

4、本发明所有结构都是采用航天常用材料加工制造，材料资源丰富，加工工艺成熟，便于所述机构的技术实施。

5、本发明也满足其他可展开探测天线的基本要求，便于展开技术的推广。

附图说明

图1为本发明的基于肋机构的模块化空间曲面折展天线机构整体展开结构示意图(实心箭头表示横向，空心箭头表示纵向)，图2为本发明的基于肋机构的模块化空间曲面折展天线机构中的单模块折展机构展开结构示意图，图3为图2的局部放大图，图4为本发明的基于肋机构的模块化空间曲面折展天线机构中的单模块折展机构收拢结构示意图，图5为本发明的基于肋机构的模块化空间曲面折展天线机构中的单肋机构展开结构示意图，图6为本发明的基于肋机构的模块化空间曲面折展天线机构中的单肋机构收拢结构示意图，图7为本发明的基于肋机构的模块化空间曲面折展天线机构中的横向连接肋机构的展开结构示意图，图8为为本发明的基于肋机构的模块化空间曲面折展天线机构中的纵向连接肋机构的展开结构示意图，图9为本发明的基于肋机构的模块化空间曲面折展天线机构中的折展连接机构结构示意图，图10为本发明的基于肋机构的模块化空间曲面折展天线机构连接在卫星本体上的收拢及卫星发射状态示意图，图11为本发明的基于肋机构的模块化空间曲面折展天线机构连接在卫星本体上的第一展开状态示意图，图12为本发明的基于肋机构的模块化空间曲面折展天线机构连接在卫星本体上的第二展开状态示意图，图13为本发明的基于肋机构的模块化空间曲面折展天线机构在卫星本体上的展开状态示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1-图9说明，本实施方式的一种基于肋机构的模块化空间曲面折展天线机构包括两个控速电机3、两个纵向连接肋机构7、两个折展连接机构N、多个横向连接肋机构6、多个单肋机构1、多个单模块折展机构5、多个张紧拉绳2和多个模块连接机构S；

每个单模块折展机构5包括单模块折展机构中心杆9、单模块折展机构滑块10、单模块折展机构下接头11、单模块折展机构上接头12、单模块折展机构弹性元件56和四组折展对接机构H；单模块折展机构中心杆9的上端和下端分别固装有单模块折展机构上接头12和单模块折展机构下接头11；单模块折展机构中心杆9上套设有单模块折展机构滑块10，单模块折展机构滑块10位于单模块折展机构上接头12和单模块折展机构下接头11之间，单模块折展机构中心杆9上套设有单模块折展机构弹性元件56，单模块折展机构弹性元件56位于单模块折展机构上接头12和单模块折展机构滑块10之间；单模块折展机构中心杆9的周向均匀布置有四组折展对接机构H，每组折展对接机构H包括单模块折展机构斜腹杆57、单模块折展机构上支撑杆58、单模块折展机构下支撑杆59、单模块折展机构上弦杆60和单模块折展机构下弦杆61，单模块折展机构上接头12与单模块折展机构上弦杆60的一端铰接，单模块折展机构上弦杆60的另一端与单模块折展机构斜腹杆57铰接，单模块折展机构上支撑杆58的一端与单模块折展机构下接头11铰接，单模块折展机构上支撑杆58的另一端与单模块折展机构斜腹杆57铰接，单模块折展机构下支撑杆59的一端与单模块折展机构滑块10铰接，单模块折展机构下支撑杆59的另一端与单模块折展机构上支撑杆58铰接；单模块折展机构下接头11与单模块折展机构下弦杆61的一端铰接，一组折展对接机构H的单模块折展机构上弦杆60的另一端和与其相邻的另一组的折展对接机构H的单模块折展机构下弦杆61的另一端之间固装有张紧拉绳2；

每个单肋机构1包括单肋机构下支撑杆13、单肋机构斜腹杆14、单肋机构下弦杆15、单肋机构上弦杆19、单肋机构上接头20、单肋机构中心杆21、单肋机构滑块22、单肋机构上支撑杆23、单肋机构下接头24和单肋机构弹性元件4，单肋机构中心杆21的上端和下端分别固接有单肋机构上接头20和单肋机构下接头24，单肋机构中心杆21上套设有单肋机构滑块22，单肋机构滑块22位于单肋机构下接头24和单肋机构上接头20之间，单肋机构中心杆21上套设有单肋机构弹性元件4，单肋机构弹性元件4位于单肋机构滑块22和单肋机构上接头20之间；单肋机构下弦杆15和单肋机构上弦杆19并列设置，单肋机构下弦杆15的一端与单肋机构下接头24铰接，单肋机构上弦杆19的一端与单肋机构上接头20铰接，单肋机构下弦杆15和单肋机构上弦杆19之间布置有单肋机构上支撑杆23和单肋机构斜腹杆14，单肋机构下支撑杆13的一端与单肋机构滑块22铰接，单肋机构下支撑杆13的另一端与单肋机构上支撑杆23铰接，单肋机构上支撑杆23的一端与单肋机构下接头24铰接，单肋机构上支撑杆23的另一端与单肋机构斜腹杆14的一端铰接，单肋机构斜腹杆14的另一端与单肋机构上弦杆19的另一端铰接；

每个横向连接肋机构6包括横向中间连接机构R和两套横向对接机构M，横向中间连接机构R包括横向连接肋机构下接头25、横向连接肋机构中心杆26、横向连接肋机构上接头27，横向连接肋机构中心杆26的上端固装有横向连接肋机构上接头27，横向连接肋机构中心杆26的下端固装有横向连接肋机构下接头25；横向中间连接机构R的两侧以横向连接肋机构中心杆26为对称轴对称布置有横向对接机构M，每套横向对接机构M包括横向连接肋机构下弦杆54、横向连接肋机构上弦杆51、横向连接肋机构斜腹杆52、横向连接肋机构上支撑杆53和横向连接肋机构下支撑杆55；横向连接肋机构下弦杆54的一端与横向连接肋机构下接头25铰接，横向连接肋机构上弦杆51的一端与横向连接肋机构上接头27铰接，横向连接肋机构斜腹杆52的一端与横向连接肋机构上弦杆51的一端铰接，横向连接肋机构斜腹杆52的另一端与横向连接肋机构上支撑杆53铰接，横向连接肋机构上支撑杆53与横向连接肋机构下支撑杆55铰接；

每个纵向连接肋机构7包括纵向中间连接机构K和两套纵向连接机构组合体T；纵向中间连接机构K包括纵向连接肋机构中间下接头33、纵向连接肋机构滑块34、纵向连接肋机构中间上接头35、纵向连接肋机构弹性元件36和纵向连接肋机构中间杆37；纵向连接肋机构中间杆37的上端和下端分别固装有纵向连接肋机构中间上接头35和纵向连接肋机构中间下接头33，纵向连接肋机构中间杆37上套设有纵向连接肋机构滑块34，纵向连接肋机构滑块34位于纵向连接肋机构中间上接头35和纵向连接肋机构中间下接头33之间，纵向连接肋机构中间杆37上套设有纵向连接肋机构弹性元件36，纵向连接肋机构弹性元件36位于纵向连接肋机构滑块34和纵向连接肋机构中间上接头35之间；纵向中间连接机构K的两侧以纵向连接肋机构中间杆37为对称轴对称布置有纵向连接机构组合体T；每套纵向连接机构组合体T包括纵向连接肋机构上弦杆45、纵向连接肋机构下弦杆46、纵向连接肋机构上支撑杆47、纵向连接肋机构斜腹杆48、纵向连接肋机构连接杆49、纵向连接肋机构下支撑杆50、纵向连接肋机构上接头32、纵向连接肋机构下接头31和两个单肋机构1；纵向连接肋机构上接头32和纵向连接肋机构下接头31之间固接有纵向连接肋机构连接杆49，纵向连接肋机构上接头32的一端与单肋机构上弦杆19铰接，纵向连接肋机构上接头32的另一端与纵向连接肋机构上弦杆45铰接，纵向连接肋机构下接头31的一端与单肋机构下弦杆15铰接，纵向连接肋机构下接头31的另一端与纵向连接肋机构下弦杆46铰接，纵向连接肋机构上弦杆45与纵向连接肋机构中间上接头35铰接，纵向连接肋机构下弦杆46与纵向连接肋机构中间下接头33铰接，纵向连接肋机构斜腹杆48的两端分别与纵向连接肋机构上弦杆45和纵向连接肋机构上支撑杆47铰接，纵向连接肋机构上支撑杆47与纵向连接肋机构中间下接头33铰接，纵向连接肋机构下支撑杆50的两端分别与纵向连接肋机构上支撑杆47和纵向连接肋机构滑块34铰接；

每个模块连接机构S包括模块连接下接头40、模块连接上接头41和模块连接中心杆39，模块连接中心杆39的上端和下端分别连接有模块连接上接头41和模块连接下接头40；

每个折展连接机构N包括折展上弦杆62、折展下弦杆63、折展斜腹杆64、折展上支撑杆65、折展下支撑杆66、模块连接下接头40、模块连接上接头41和模块连接中心杆39，模块连接中心杆39的上端和下端分别连接有模块连接上接头41和模块连接下接头40，模块连接上接头41与折展上弦杆62铰接，模块连接下接头40与折展下弦杆63铰接，折展斜腹杆64的两端分别与折展上支撑杆65和折展上弦杆62铰接，折展上支撑杆65和折展下支撑杆66铰接；

两个纵向连接肋机构7并列布置，两个纵向连接肋机构7之间并列布置有两个横向外侧支撑架，每个横向外侧支撑架由多个横向连接肋机构6串接而成，两个纵向连接肋机构7和两个横向外侧支撑架铰接成一个投影面为四边形的支撑构架，所述支撑构架内布置有两个折展连接机构N、多个单模块折展机构5和多个单肋机构1；

支撑构架、两个折展连接机构N、多个单模块折展机构5、多个单肋机构1和多个张紧拉绳2构成一个能折展的网状结构；相邻两个横向连接肋机构6的横向连接肋机构上弦杆51与单肋机构1的单肋机构上接头20铰接，相邻两个横向连接肋机构6的横向连接肋机构下弦杆54和横向连接肋机构上支撑杆53分别与单肋机构1的单肋机构下接头24铰接，相邻两个横向连接肋机构6的横向连接肋机构下弦杆54与单肋机构1的单肋机构下接头24铰接，相邻两个横向连接肋机构6的横向连接肋机构下支撑杆55与单肋机构1的单肋机构滑块22铰接；

横向连接肋机构6的横向连接肋机构上接头27与其相邻的单模块折展机构5的单模块折展机构上弦杆60铰接，横向连接肋机构6的横向连接肋机构下接头25与其相邻的单模块折展机构5的单模块折展机构下弦杆61铰接；

横向上布置的每个单肋机构1的单肋机构上弦杆19与其相邻的模块连接机构S的模块连接上接头41铰接，该模块连接上接头41分别与三个单模块折展机构5的单模块折展机构上弦杆60铰接，横向上布置的每个单肋机构1的单肋机构下弦杆15与其相邻的模块连接机构S的模块连接下接头40铰接，该模块连接下接头40分别与三个单模块折展机构5的单模块折展机构下弦杆61铰接；

纵向连接肋机构7中的单肋机构1的单肋机构上接头20与其相邻的横向连接肋机构6的横向连接肋机构上弦杆51铰接，纵向连接肋机构7中的单肋机构1的单肋机构下接头24与该相邻的横向连接肋机构6的横向连接肋机构下弦杆54和横向连接肋机构上支撑杆53铰接，纵向连接肋机构7中的单肋机构1的单肋机构滑块22与该相邻的横向连接肋机构6的横向连接肋机构下支撑杆55铰接；纵向连接肋机构7中的纵向连接肋机构上接头32与其相邻的单模块折展机构5的单模块折展机构上弦杆60铰接，纵向连接肋机构7中的纵向连接肋机构下接头31与其相邻的单模块折展机构5的单模块折展机构下弦杆61铰接，纵向连接肋机构7中的纵向连接肋机构中间上接头35与其相邻的折展连接机构N的折展上弦杆62铰接，纵向连接肋机构7中的纵向连接肋机构中间下接头33与其相邻的折展连接机构N的折展下弦杆63铰接，该折展连接机构N的模块连接上接头41分别与三个单模块折展机构5的单模块折展机构上弦杆60铰接，该折展连接机构N的模块连接下接头40分别与三个单模块折展机构5的单模块折展机构下弦杆61铰接；

中间部位相邻的四个单模块折展机构5的单模块折展机构上弦杆60均与剩余的相对应的模块连接机构S的模块连接上接头41铰接，中间部位相邻的四个单模块折展机构5的单模块折展机构下弦杆61均与剩余的相对应的模块连接机构S的模块连接下接头40铰接，横向上位于支撑构架中部的两个单模块折展机构5的单模块折展机构上接头12上分别固装有一个控速电机3，控速电机3的输出轴缠绕有缓释绳70，缓释绳70的端部连接在单模块折展机构滑块10上。

本实施方式的单模块折展机构5、单肋机构1、纵向连接肋机构7、横向连接肋机构6的底端构件几何尺寸及形状可完全按照反射面8的几何尺寸进行设计，构成了整个基于肋机构的模块化空间曲面折展天线机构的反射面连接架，反射面8通过反射面连接架连接在支撑机构上。

所述的纵向连接肋机构7和横向连接肋机构6构成的支撑构架采用不等截面积尺寸设计，斜腹杆和下弦杆处的支撑构架截面较大，斜腹杆和上弦杆处的支撑构架截面尺寸较小。该方法有效地提高了机构刚度，降低了机构质量。

本实施方式每相邻两组折展对接机构H的单模块连接机构上弦杆60和单模块连接机构下弦杆61的端部固装有张紧拉绳2，张紧拉绳2在相邻的两组折展对接机构H的单模块连接机构上弦杆60与单模块连接机构下弦杆61之间以十字交叉的方式固定连接，提高了整个单模块机构5展开后的刚度。

本实施方式的单肋机构1的单肋机构弹性元件4被压缩后的恢复力作为可展开单肋机构1展开的主要驱动力。完全展开状态下，单肋机构上支撑杆23与单肋机构斜腹杆14呈一条直线，可将单肋机构1分割为两个稳定的三角形结构，机构处于自锁状态；收拢状态下，与单肋机构1的单肋机构下弦杆15与该单肋机构1连接的中间连接机构S的连接中心杆39平行且位于同一平面，且与单肋机构上接头20完全垂直，这样可以使收拢后体积最小，同时保证收拢后整个支撑构架结构紧凑且刚度大，模块连接机构主要起到模块折展机构相互间的互连、和固定作用。

本实施方式设计控速电机，目的是为了减小造成天线结构的损坏和引起天线结构的振动的展开末期产生的冲击力及为了实现驱动源与各模块间的等距离控制，实现对驱动点位置进行合理布局。

具体实施方式二：结合图5所示，本实施方式的单肋机构弹性元件4为压缩弹簧。如此设置，压缩弹簧被压缩后的恢复力作为单肋机构1展开的主要驱动力，结构简单，使用方便，满足设计要求和实际需要。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图8所示，本实施方式的纵向连接肋机构弹性元件36为压缩弹簧。如此设置，压缩弹簧被压缩后的恢复力作为纵向连接肋机构展开的主要驱动力，结构简单，使用方便，满足设计要求和实际需要。其它与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：结合图8所示，本实施方式的单模块折展机构弹性元件56为压缩弹簧。如此设置，压缩弹簧被压缩后的恢复力作为纵向连接肋机构展开的主要驱动力，结构简单，使用方便，满足设计要求和实际需要。其它与具体实施方式三相同。

具体实施方式五：结合图2和图3所示，本实施方式的张紧拉绳2为凯夫拉绳或碳纤维绳。如此设置，凯夫拉绳重量轻，强度高，尺寸稳定，机械强度高；碳纤维绳强度大，力学性能稳定，满足实际需要。其它与具体实施方式一、二或四相同。

具体实施方式六：结合图1所示，本实施方式的所述控速电机3为变频调速电机。如此设置，使用方便，控制速度精度高，满足设计要求和实际需要。其它与具体实施方式五相同。

具体实施方式七：结合图1-图9所示，本实施方式所述两个纵向连接肋机构7、两个折展连接机构N、多个横向连接肋机构6、多个单模块折展机构5均由镁合金和钛合金制成。如此设置，有利于采用了轻量化设计，降低天线机构的重量，满足实际卫星工作的需要。其它与具体实施方式一、二、四或六相同。

具体实施方式八：结合图1-图9所示，本实施方式的单模块折展机构5的数量为8个。如此设置，满足实际工作的需要。其它与具体实施方式七相同。

工作原理

结合图1-图13说明，本发明的基于肋机构的模块化空间曲面折展天线机构、卫星本体36、支撑臂37、压紧释放装置38三部分共同组成如图9所示的整体结构。反射面天线由可本发明折展天线机构和金属反射网面8组成，收拢时，本发明折展机构可以折叠成一个小体积状态，反射面收藏在支撑机构中。当卫星到轨后，压紧释放装置38解锁，天线机构展开并锁定使反射面成抛物柱面形状，起到展开和支撑的作用，保证天线具有满足要求的刚度和精度。

本发明天线折展机构展开过程可分为两个阶段，第一阶段：支撑臂37伸展运动，第二阶段2：折展天线机构展开，如图10-图13所示。

第一展开阶段：卫星到轨后，支撑臂37在电机驱动下，将折叠状态的可展开天线支撑到工作位置。支撑臂37运动到位后，对折展天线机构进行支撑，保证天线反射面工作位置。如图11-图12所示。

第二展开阶段：压紧释放装置38释放，在单肋机构驱动部件4的驱动下和控速电机3的控速作用下，折展天线机构进行二维运动(横向运动-实心箭头所示和纵向运动-空心箭头所示)展开，展开到位后，形成刚化结构。如图13所示。

Claims (8)

1.一种基于肋机构的模块化空间曲面折展天线机构，其特征在于，所述天线机构包括两个控速电机(3)、两个纵向连接肋机构(7)、两个折展连接机构(N)、多个横向连接肋机构(6)、多个单肋机构(1)、多个单模块折展机构(5)、多个张紧拉绳(2)和多个模块连接机构(S)；

每个单模块折展机构(5)包括单模块折展机构中心杆(9)、单模块折展机构滑块(10)、单模块折展机构下接头(11)、单模块折展机构上接头(12)、单模块折展机构弹性元件(56)和四组折展对接机构(H)；单模块折展机构中心杆(9)的上端和下端分别固装有单模块折展机构上接头(12)和单模块折展机构下接头(11)；单模块折展机构中心杆(9)上套设有单模块折展机构滑块(10)，单模块折展机构滑块(10)位于单模块折展机构上接头(12)和单模块折展机构下接头(11)之间，单模块折展机构中心杆(9)上套设有单模块折展机构弹性元件(56)，单模块折展机构弹性元件(56)位于单模块折展机构上接头(12)和单模块折展机构滑块(10)之间；单模块折展机构中心杆(9)的周向均匀布置有四组折展对接机构(H)，每组折展对接机构(H)包括单模块折展机构斜腹杆(57)、单模块折展机构上支撑杆(58)、单模块折展机构下支撑杆(59)、单模块折展机构上弦杆(60)和单模块折展机构下弦杆(61)，单模块折展机构上接头(12)与单模块折展机构上弦杆(60)的一端铰接，单模块折展机构上弦杆(60)的另一端与单模块折展机构斜腹杆(57)铰接，单模块折展机构上支撑杆(58)的一端与单模块折展机构下接头(11)铰接，单模块折展机构上支撑杆(58)的另一端与单模块折展机构斜腹杆(57)铰接，单模块折展机构下支撑杆(59)的一端与单模块折展机构滑块(10)铰接，单模块折展机构下支撑杆(59)的另一端与单模块折展机构上支撑杆(58)铰接；单模块折展机构下接头(11)与单模块折展机构下弦杆(61)的一端铰接；一组折展对接机构(H)的单模块折展机构上弦杆(60)的另一端和与其相邻的另一组的折展对接机构(H)的单模块折展机构下弦杆(61)的另一端之间固装有张紧拉绳(2)；

每个单肋机构(1)包括单肋机构下支撑杆(13)、单肋机构斜腹杆(14)、单肋机构下弦杆(15)、单肋机构上弦杆(19)、单肋机构上接头(20)、单肋机构中心杆(21)、单肋机构滑块(22)、单肋机构上支撑杆(23)、单肋机构下接头(24)和单肋机构弹性元件(4)，单肋机构中心杆(21)的上端和下端分别固接有单肋机构上接头(20)和单肋机构下接头(24)，单肋机构中心杆(21)上套设有单肋机构滑块(22)，单肋机构滑块(22)位于单肋机构下接头(24)和单肋机构上接头(20)之间，单肋机构中心杆(21)上套设有单肋机构弹性元件(4)，单肋机构弹性元件(4)位于单肋机构滑块(22)和单肋机构上接头(20)之间；单肋机构下弦杆(15)和单肋机构上弦杆(19)并列设置，单肋机构下弦杆(15)的一端与单肋机构下接头(24)铰接，单肋机构上弦杆(19)的一端与单肋机构上接头(20)铰接，单肋机构下弦杆(15)和单肋机构上弦杆(19)之间布置有单肋机构上支撑杆(23)和单肋机构斜腹杆(14)，单肋机构下支撑杆(13)的一端与单肋机构滑块(22)铰接，单肋机构下支撑杆(13)的另一端与单肋机构上支撑杆(23)铰接，单肋机构上支撑杆(23)的一端与单肋机构下接头(24)铰接，单肋机构上支撑杆(23)的另一端与单肋机构斜腹杆(14)的一端铰接，单肋机构斜腹杆(14)的另一端与单肋机构上弦杆(19)的另一端铰接；

每个横向连接肋机构(6)包括横向中间连接机构(R)和两套横向对接机构(M)，横向中间连接机构(R)包括横向连接肋机构下接头(25)、横向连接肋机构中心杆(26)、横向连接肋机构上接头(27)，横向连接肋机构中心杆(26)的上端固装有横向连接肋机构上接头(27)，横向连接肋机构中心杆(26)的下端固装有横向连接肋机构下接头(25)；横向中间连接机构(R)的两侧以横向连接肋机构中心杆(26)为对称轴对称布置有横向对接机构(M)，每套横向对接机构(M)包括横向连接肋机构下弦杆(54)、横向连接肋机构上弦杆(51)、横向连接肋机构斜腹杆(52)、横向连接肋机构上支撑杆(53)和横向连接肋机构下支撑杆(55)；横向连接肋机构下弦杆(54)的一端与横向连接肋机构下接头(25)铰接，横向连接肋机构上弦杆(51)的一端与横向连接肋机构上接头(27)铰接，横向连接肋机构斜腹杆(52)的一端与横向连接肋机构上弦杆(51)的一端铰接，横向连接肋机构斜腹杆(52)的另一端与横向连接肋机构上支撑杆(53)铰接，横向连接肋机构上支撑杆(53)与横向连接肋机构下支撑杆(55)铰接；

每个纵向连接肋机构(7)包括纵向中间连接机构(K)和两套纵向连接机构组合体(T)；纵向中间连接机构(K)包括纵向连接肋机构中间下接头(33)、纵向连接肋机构滑块(34)、纵向连接肋机构中间上接头(35)、纵向连接肋机构弹性元件(36)和纵向连接肋机构中间杆(37)；纵向连接肋机构中间杆(37)的上端和下端分别固装有纵向连接肋机构中间上接头(35)和纵向连接肋机构中间下接头(33)，纵向连接肋机构中间杆(37)上套设有纵向连接肋机构滑块(34)，纵向连接肋机构滑块(34)位于纵向连接肋机构中间上接头(35)和纵向连接肋机构中间下接头(33)之间，纵向连接肋机构中间杆(37)上套设有纵向连接肋机构弹性元件(36)，纵向连接肋机构弹性元件(36)位于纵向连接肋机构滑块(34)和纵向连接肋机构中间上接头(35)之间；纵向中间连接机构(K)的两侧以纵向连接肋机构中间杆(37)为对称轴对称布置有纵向连接机构组合体(T)；每套纵向连接机构组合体(T)包括纵向连接肋机构上弦杆(45)、纵向连接肋机构下弦杆(46)、纵向连接肋机构上支撑杆(47)、纵向连接肋机构斜腹杆(48)、纵向连接肋机构连接杆(49)、纵向连接肋机构下支撑杆(50)、纵向连接肋机构上接头(32)、纵向连接肋机构下接头(31)和两个单肋机构(1)；纵向连接肋机构上接头(32)和纵向连接肋机构下接头(31)之间固接有纵向连接肋机构连接杆(49)，纵向连接肋机构上接头(32)的一端与单肋机构上弦杆(19)铰接，纵向连接肋机构上接头(32)的另一端与纵向连接肋机构上弦杆(45)铰接，纵向连接肋机构下接头(31)的一端与单肋机构下弦杆(15)铰接，纵向连接肋机构下接头(31)的另一端与纵向连接肋机构下弦杆(46)铰接，纵向连接肋机构上弦杆(45)与纵向连接肋机构中间上接头(35)铰接，纵向连接肋机构下弦杆(46)与纵向连接肋机构中间下接头(33)铰接，纵向连接肋机构斜腹杆(48)的两端分别与纵向连接肋机构上弦杆(45)和纵向连接肋机构上支撑杆(47)铰接，纵向连接肋机构上支撑杆(47)与纵向连接肋机构中间下接头(33)铰接，纵向连接肋机构下支撑杆(50)的两端分别与纵向连接肋机构上支撑杆(47)和纵向连接肋机构滑块(34)铰接；

每个模块连接机构(S)包括模块连接下接头(40)、模块连接上接头(41)和模块连接中心杆(39)，模块连接中心杆(39)的上端和下端分别连接有模块连接上接头(41)和模块连接下接头(40)；

每个折展连接机构(N)包括折展上弦杆(62)、折展下弦杆(63)、折展斜腹杆(64)、折展上支撑杆(65)、折展下支撑杆(66)、模块连接下接头(40)、模块连接上接头(41)和模块连接中心杆(39)，模块连接中心杆(39)的上端和下端分别连接有模块连接上接头(41)和模块连接下接头(40)，模块连接上接头(41)与折展上弦杆(62)铰接，模块连接下接头(40)与折展下弦杆(63)铰接，折展斜腹杆(64)的两端分别与折展上支撑杆(65)和折展上弦杆(62)铰接，折展上支撑杆(65)和折展下支撑杆(66)铰接；

两个纵向连接肋机构(7)并列布置，两个纵向连接肋机构(7)之间并列布置有两个横向外侧支撑架，每个横向外侧支撑架由多个横向连接肋机构(6)串接而成，两个纵向连接肋机构(7)和两个横向外侧支撑架铰接成一个投影面为四边形的支撑构架，所述支撑构架内布置有两个折展连接机构(N)、多个单模块折展机构(5)和多个单肋机构(1)；

支撑构架、两个折展连接机构(N)、多个单模块折展机构(5)、多个单肋机构(1)和多个张紧拉绳(2)构成一个能折展的网状结构；相邻两个横向连接肋机构(6)的横向连接肋机构上弦杆(51)与单肋机构(1)的单肋机构上接头(20)铰接，相邻两个横向连接肋机构(6)的横向连接肋机构下弦杆(54)和横向连接肋机构上支撑杆(53)分别与单肋机构(1)的单肋机构下接头(24)铰接，相邻两个横向连接肋机构(6)的横向连接肋机构下支撑杆(55)与单肋机构(1)的单肋机构滑块(22)铰接；

横向连接肋机构(6)的横向连接肋机构上接头(27)与其相邻的单模块折展机构(5)的单模块折展机构上弦杆(60)铰接，横向连接肋机构(6)的横向连接肋机构下接头(25)与其相邻的单模块折展机构(5)的单模块折展机构下弦杆(61)铰接；

横向上布置的每个单肋机构(1)的单肋机构上弦杆(19)与其相邻的模块连接机构(S)的模块连接上接头(41)铰接，该模块连接上接头(41)分别与三个单模块折展机构(5)的单模块折展机构上弦杆(60)铰接，横向上布置的每个单肋机构(1)的单肋机构下弦杆(15)与其相邻的模块连接机构(S)的模块连接下接头(40)铰接，该模块连接下接头(40)分别与三个单模块折展机构(5)的单模块折展机构下弦杆(61)铰接；

纵向连接肋机构(7)中的单肋机构(1)的单肋机构上接头(20)与其相邻的横向连接肋机构(6)的横向连接肋机构上弦杆(51)铰接，纵向连接肋机构(7)中的单肋机构(1)的单肋机构下接头(24)与该相邻的横向连接肋机构(6)的横向连接肋机构下弦杆(54)和横向连接肋机构上支撑杆(53)铰接，纵向连接肋机构(7)中的单肋机构(1)的单肋机构滑块(22)与该相邻的横向连接肋机构(6)的横向连接肋机构下支撑杆(55)铰接；纵向连接肋机构(7)中的纵向连接肋机构上接头(32)与其相邻的单模块折展机构(5)的单模块折展机构上弦杆(60)铰接，纵向连接肋机构(7)中的纵向连接肋机构下接头(31)与其相邻的单模块折展机构(5)的单模块折展机构下弦杆(61)铰接，纵向连接肋机构(7)中的纵向连接肋机构中间上接头(35)与其相邻的折展连接机构(N)的折展上弦杆(62)铰接，纵向连接肋机构(7)中的纵向连接肋机构中间下接头(33)与其相邻的折展连接机构(N)的折展下弦杆(63)铰接，该折展连接机构(N)的模块连接上接头(41)分别与三个单模块折展机构(5)的单模块折展机构上弦杆(60)铰接，该折展连接机构(N)的模块连接下接头(40)分别与三个单模块折展机构(5)的单模块折展机构下弦杆(61)铰接；

中间部位相邻的四个单模块折展机构(5)的单模块折展机构上弦杆(60)均与剩余的相对应的模块连接机构(S)的模块连接上接头(41)铰接，中间部位相邻的四个单模块折展机构(5)的单模块折展机构下弦杆(61)均与剩余的相对应的模块连接机构(S)的模块连接下接头(40)铰接，横向上位于支撑构架中部的两个单模块折展机构(5)的单模块折展机构上接头(12)上分别固装有一个控速电机(3)，控速电机(3)的输出轴缠绕有缓释绳(70)，缓释绳(70)的端部连接在单模块折展机构滑块(10)上。

2.根据权利要求1所述的基于肋机构的模块化空间曲面折展天线机构，其特征在于：单肋机构弹性元件(4)为压缩弹簧。

3.根据权利要求1或2所述的基于肋机构的模块化空间曲面折展天线机构，其特征在于：纵向连接肋机构弹性元件(36)为压缩弹簧。

4.根据权利要求3所述的基于肋机构的模块化空间曲面折展天线机构，其特征在于：单模块折展机构弹性元件(56)为压缩弹簧。

5.根据权利要求1、2或4所述的基于肋机构的模块化空间曲面折展天线机构，其特征在于：张紧拉绳(2)为凯夫拉绳或碳纤维绳。

6.根据权利要求5所述的基于肋机构的模块化空间曲面折展天线机构，其特征在于：所述控速电机(3)为变频调速电机。

7.根据权利要求1、2、4或6所述的基于肋机构的模块化空间曲面折展天线机构，其特征在于：所述两个纵向连接肋机构(7)、两个折展连接机构(N)、多个横向连接肋机构(6)、多个单模块折展机构(5)均由镁合金和钛合金制成。

8.根据权利要求7所述的基于肋机构的模块化空间曲面折展天线机构，其特征在于：单模块折展机构(5)的数量为8个。