CN104701630B - 环柱索网结构变焦距反射面装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种环柱索网结构变焦距反射面装置,用于解决现有反射面装置焦距不可变问题。包括中心支柱(1)、套筒组装置(2)、紧固索(3)、调节索(4)、反射索(5)、可展开固定桁架单元(6)和反射网面(7)。套筒组装置(2)包括套接在中心支柱(1)上的两个移动套筒,该两个移动套筒沿中心支柱(1)运动,带动紧固索(3)和反射索(5)产生距离差,控制实现自身的收放;同时,反射网面(7)进行折叠,实现反射网面(7)在抛物面和平面之间相互转换,完成反射面装置的变焦距操作。本发明能够实现反射网面(7)的形态在抛物面和平面之间的相互转换,反射或汇聚不同距离的电磁波或光能,可用于太空或地面作为反射器或汇聚器。
Description
技术领域
本发明属于通信与电子技术领域,涉及一种环柱索网结构变焦距反射面装置,能够实现在不同距离之间汇聚或反射电磁能或光能,适用于搭载在卫星或地面的可展开天线结构。
背景技术
变焦距技术在各个领域得到广泛的应用,如在光学系统中的相机镜头中,可通过旋转镜头的调焦环适当地改变焦距,实现聚焦距离的改变,从而完成不同远近距离物体的清晰拍摄。
但在通信与电子技术领域中普遍应用的反射面系统中,变焦距技术的应用存在很多困难,具体原因可概括如下:对于小尺寸的反射面系统,变焦距技术的作用范围和功率有限,应用意义不大。对于太空中应用的大型反射面系统,特别是大型可展开反射面系统,由于反射面的可靠展开和精确成型本身已是很难有效解决的关键核心问题,变焦距技术尚未提上议程;对于地面上应用的大型反射面系统,由于考虑到重力、风雪载荷等作用下的保型需要,一般采用固定实面的反射面形式,很难实现变焦距功能。在双反射面系统中,适当微调副面的位置,可以实现反射面系统焦距的微调,但是,大尺度的变焦距功能依然很难实现。中国专利授权号CN 101314411 A,名称为:“空间可展开屏蔽面装置”,该发明包括折叠式环杆、环杆连接关节、折叠式肋杆、肋杆连接关节、环肋连接关节和肋框连接关节;折叠式环杆和折叠式肋杆通过环杆连接关节、肋杆连接关节进行连接,形成环结构和肋结构,该环结构和肋结构通过环肋连接关节和肋框连接关节,连成形成一个可收拢或展开的整体结构,该整体结构上绑定有金属丝网或表面镀铝的薄膜,形成空间可展开屏蔽面装置。该装置可用于太空或地面作为可展开支撑装置,但其缺点是因为反射面的形态是固定的,不能进行变焦距操作,所以只能进行固定距离的电磁能或光能的传输,限制整个反射面装置的功能和应用范围。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中存在的缺陷,提供了一种环柱索网结构变焦距反射面装置,用于解决现有反射面装置焦距不可变的技术问题,拓宽了反射面装置的功能和应用范围。
本发明的技术思路是,通过在不同驱动力的作用下,使套接在中心支柱上的两个移动套筒产生不同的运动速度,进而产生了距离差;分别连接在两个移动套筒上的反射索和紧固索,通过距离差的控制实现自身的收放;在两个套筒移动的同时,相应折叠绑定在反射索网面上的反射网面,通过这些同步的操作,实现反射网面形状在抛物面和平面之间的相互转换,完成反射网面的变焦距操作。
根据以上技术思路,实现本发明目的的技术方案是:
一种环柱索网结构变焦距反射面装置,包括紧固索3、调节索4、反射索5、可展开固定桁架单元6和反射网面7;所述可展开固定桁架单元6由复数个连接关节62和复数个折叠杆61相互连接,形成可收拢、展开的圆形结构,用于支撑反射面,其特征在于:还包括中心支柱1和套筒组装置2;所述套筒组装置2是由两个上移动套筒22和两个下移动套筒23组成,这些套筒套接在中心支柱1上;其中上移动套筒22上设置有第一法兰盘21,该第一法兰盘21上设置有第一过孔211;所述紧固索3和反射索5的一端固定在连接关节62上,另一端分别穿过第一过孔211,与下移动套筒23相连,且紧固索3和反射索5连接不同的下移动套筒;该紧固索3和反射索5之间连接有调节索4,形成反射索网单元,多个反射索网单元构成反射索网面,在该反射索网面上绑定有反射网面7;所述反射网面7采用数量为N个三角形折叠的方法进行网面收放,其上设定有辅助线71和折痕线72,相邻两条中间包含有折痕的辅助线形成折叠角α,不包含折痕的辅助线形成辅助角β,满足N(α+β)=360°;将反射网面7沿折痕线72同向折叠,实现反射网面7形状由抛物面向平面转换的大尺度变焦距功能;在驱动力作用下,通过上移动套筒22和下移动套筒23在中心支柱1上的移动所产生的距离差,带动紧固索3和反射索5的收放。所述连接关节62包括一对圆锥齿轮结构621、622、一对夹板623、624、扭簧626和定位导槽628;所述折叠杆61与圆锥齿轮结构621、622相连,并通过扭簧626控制其展开,展开到位后实现与夹板623、624的位置锁定。
所述折叠杆61采用两根空心的横杆和两根空心的竖杆垂直连接形成的单列桁架结构。
所述中心支柱1采用碳纤维材料,套筒组装置2采用轻质合金材料。
一种环柱索网结构变焦距反射面装置,包括紧固索3、调节索4、反射索5、可展开固定桁架单元6和反射网面7,所述可展开固定桁架单元6由复数个连接关节62和复数个折叠杆61相互连接,形成可收拢、展开的圆形结构,用于支撑反射面,其特征在于:还包括中心支柱1和套筒组装置2;所述套筒组装置2是由小移动套筒24、大移动套筒25和固定套筒28组成;小移动套筒24和大移动套筒25套接在中心支柱1上,固定套筒28固定在中心支柱1下部;所述小移动套筒24上设置有第二过孔241,大移动套筒25上设置有第三过孔251和第四过孔252;所述固定套筒28上设置有第二法兰盘26和第三法兰盘27;紧固索3的一端固定在连接关节62上,另一端穿过第四过孔252与第三法兰盘27连接;反射索5的一端固定在连接关节62上,另一端依次穿过第二过孔241和第三过孔251,与第二法兰盘26连接;该紧固索3和反射索5之间连接有调节索4,形成反射索网单元,多个反射索网单元构成反射索网面,在该反射索网面上绑定有反射网面7;所述反射网面7采用数量为N个三角形折叠的方法进行网面收放,其上设定有辅助线71和折痕线72,相邻两条中间包含有折痕的辅助线形成折叠角α,不包含折痕的辅助线形成辅助角β,满足N(α+β)=360°;将反射网面7沿折痕线72同向折叠,实现反射网面7形状由抛物面向平面转换的大尺度变焦距功能;所述小移动套筒24和大移动套筒25在驱动力作用下,沿着中心支柱1作直线运动,带动紧固索3和反射索5的收放。
本发明与现有相关技术相比,具有如下优点:
1.本发明由于采用通过中心支柱上的两个移动套筒的移动所产生的距离差的结构和三角形折叠网面的方法,控制索网结构及反射网面的收放,实现了反射网面在抛物面和平面之间的转换,从而改变大型反射面系统的焦距,拓宽了功能和应用范围。
2.本发明由于采用通过中心支柱上的两个移动套筒的移动所产生的距离差的结构和三角形折叠网面的方法,使反射网面的状态灵活实现转换,能够实现不同距离之间的电磁能或光能传输和会聚,相比现有的大型反射面系统,提高了反射面系统的利用率。
3.本发明由于采用套筒组装置结构和可展开固定桁架单元结构,减轻整个反射面装置的重量,同时简化了反射面装置的结构,使得变焦距系统更为轻便简单,提高了可靠性,降低了应用成本。
附图说明
图1为本发明实施例1整体结构示意图;
图2为本发明实施例1的变焦距结构示意图;
图3为本发明实施例2的变焦距结构示意图;
图4为本发明的可展开固定桁架单元的结构示意图;
图5为本发明的连接关节结构示意图;
图6为本发明的连接关节的内部结构示意图;
图7为本发明的反射网面收缩折叠的原理示意图;
图8为本发明的法兰盘的结构示意图;
图9为本发明的反射面在抛物面形态下的结构示意图;
图10为本发明的反射面在平面形态下的结构示意图;
图11为本发明实施例1的反射面在展开口径为15米抛物面形态下太空应用的仿真图;
图12为本发明实施例2的反射面在展开口径为15米平面形态下太空应用的仿真图;
图13为本发明实施例1的反射面在展开口径为15米抛物面形态下地面应用的仿真图;
图14为本发明实施例2的反射面在展开口径为15米平面形态下地面应用的仿真图;
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述:
实施例1
参照附图1、附图2和附图4,本发明包括中心支柱1、套筒组装置2、紧固索3、调节索4、反射索5、可展开固定桁架单元6和反射网面7。其中中心支柱1的高度为7.6m,外径的直径为0.1m,采用碳纤维材料的桁架结构;中心支柱1上套接有套筒组装置2,该套筒组装置2由两个上移动套筒22和两个下移动套筒23组成,且两个上移动套筒22分别位于两个下移动套筒23上方,其中上移动套筒22上设置有第一法兰盘21,该第一法兰盘21上设置有第一过孔211;可展开固定桁架单元6由连接关节62和折叠杆61组成,多个可展开固定桁架单元6相互连接,形成可收拢、展开的圆形结构,用于支撑反射面;折叠杆61采用两根空心的横杆和两根空心的竖杆垂直连接形成的单列桁架结构,其杆的外径为0.016m,内径为0.015m,所有刚性杆件选择碳纤维材料;紧固索3、调节索4和反射索5均采用直径为1mm的凯芙拉纤维材料,在保证强度的条件下,易于加工和成型;其中紧固索3和反射索5的一端固定在连接关节62上,另一端分别穿过两个第一法兰盘21上的第一过孔211,连接在下移动套筒23上;紧固索3和反射索5之间连接有调节索4,形成反射索网单元,多个反射索网单元构成反射索网面,在该反射索网面上绑定有反射网面7,反射网面7采用直径为1mm的凯芙拉纤维材料,形状为三角形。
两个上移动套筒22和两个下移动套筒23均采用铝合金材料,其内径与中心支柱1的外径采用间隙配合,保证该两个移动套筒22、23能沿着中心支柱1高度方向运动。当两个上移动套筒22和两个下移动套筒23处在起始位置,即处于中心支柱1下部时,固定反射索5的下移动套筒和连接紧固索3的上移动套筒之间有一定距离,由于紧固索3和反射索5处于初始状态,此时反射网面7为抛物面形态;在不同的驱动力作用下,上移动套筒22和下移动套筒23以不同的速度沿中心支柱1向上运动,产生距离差,通过对该距离差的控制,实现紧固索3和反射索5的收缩,绑定在反射索网面上的反射网面7同时折叠,使反射网面7由抛物面形态转换为平面形态,实现变焦距操作;当两个上移动套筒22、两个下移动套筒23和反射网面7由中心支柱1的上部向下部运动,实现反射网面7由平面形态转换为抛物面形态。
参照附图5和附图6,连接关节62由一对圆锥齿轮结构621和622、一对夹板623和624、齿轮轴625、扭簧626、螺纹孔627和定位导槽628组成。圆锥齿轮结构621和622上的齿轮轴625上安装有扭簧626,圆锥齿轮结构621和622的平台上设有定位导槽628,夹板623和624分别固定在一对圆锥齿轮结构621和622的内外,圆锥齿轮结构621和622的两端腔臂设有螺纹孔627,折叠杆61通过该螺纹孔627连接到圆锥齿轮结构621和622上,通过扭簧626控制折叠杆61的收拢和展开,通过定位导槽628控制所有折叠杆61展开到位后自动锁定,即在收拢状态下,扭簧626储存弹性势能,系统解锁后,扭簧626释放弹性势能,驱动同步圆锥齿轮结构621和622通过定位导槽628转动,使折叠杆61展开到水平的工作状态,并在转到期望角度后锁定。连接关节62采用铝合金材料。
参照附图7,反射网面7绑定在紧固索3、调节索4和反射索5组成的反射索网面上,采用折叠三角形的方法进行网面收放,在反射网面7上设定有辅助线71和折痕线72,相邻两条中间包含折痕的辅助线之间的夹角为折叠角,相邻两条中间不包含折痕的辅助线之间的夹角为辅助角。选取折叠三角形的数量为N,折叠角度为α,辅助角度为β,且满足N(α+β)=360°;将反射网面7沿折痕线72同向折叠,实现反射网面形状由抛物面向平面转换的大尺度变焦距功能。
参照附图8,第一法兰盘21采用铝合金材料,形状为中间开孔的六边形,在与六边形的每条边平行的位置上,设置有6的倍数的第一通孔211,其个数和位置的分布由反射网面7口径的大小确定,用于紧固索3和反射索5的通过。
参照附图9,当移动套筒位于中心支柱1下部时,反射网面7表现为抛物面形态。
参照附图10,当移动套筒移动至中心支柱1上部时,反射网面7表现为平面形态。
实施例2
在实施例2的变焦距结构示意图中,除套筒组装置2以外,其余结构与实施例1的相同,其区别如下:
参照附图3,套筒组装置2是由小移动套筒24、大移动套筒25和固定套筒28组成;两个移动套筒24、25按从上到下依次套接在中心支柱1上,固定套筒28固定在中心支柱1下部;小移动套筒24上设置有第二过孔241,大移动套筒25上设置有第三过孔251和第四过孔252;固定套筒28上设置有第二法兰盘26和第三法兰盘27;第二法兰盘26和第三法兰盘27均采用铝合金材料,第三法兰盘27的尺寸大于第二法兰盘26,形状都为中间开孔的六边形,在与六边形的每条边平行的位置上,设置有6的倍数的第一通孔211,其个数和位置的分布由反射网面7的口径的大小确定;紧固索3的一端固定在连接关节62上,另一端穿过小移动套筒25上的第四过孔252,连接在固定套筒28的第三法兰盘27上的第一过孔211;反射索5的一端固定在连接关节62上,另一端穿过小移动套筒24上的第二过孔241和大移动套筒25的第三过孔251,连接在固定套筒28的第二法兰盘26上的第一过孔211;小移动套筒24和大移动套筒25均采用铝合金材料,其内径与中心支柱1的外径采用间隙配合,保证两个移动套筒24和25能沿中心支柱高度方向运动;固定套筒28固定在中心支柱1的下部;当小移动套筒24和大移动套筒25处在起始位置,即处于中心支柱1下部时,由于紧固索3和反射索5处于初始状态,此时反射网面7为抛物面形态;在驱动力作用下,小移动套筒24和大移动套筒25以一定的速度沿中心支柱1向上运动,产生距离差,通过对该距离差的控制,实现紧固索3和反射索5的收缩,绑定在反射索网面上的反射网面7同时折叠,使反射网面7由抛物面形态转换为平面形态,实现变焦距操作;当小移动套筒24、大移动套筒25和反射网面7由中心支柱1的上部向下部运动,实现反射网面7由平面形态转换为抛物面形态。
实施例1和实施例2中所采取的技术方案均可以应用于太空及地面的可展开天线结构。
本发明的效果可结合以下仿真结果作进一步说明:
1.仿真内容
1.1利用商业仿真软件ANSYS_12.1对上述实施例1进行太空应用的仿真计算,结果如图11所示。
1.2利用商业仿真软件ANSYS_12.1对上述实施例2进行太空应用的仿真计算,结果如图12所示。
1.3利用商业仿真软件ANSYS_12.1对上述实施例1进行地面应用的仿真计算,结果如图13所示。
1.4利用商业仿真软件ANSYS_12.1对上述实施例2进行地面应用的仿真计算,结果如图14所示。
2、仿真结果
参照图11,实施例1在太空应用时,反射网面最大变形为0.0030m。进行进一步保守计算,其总质量小于16Kg,面密度小于0.1Kg/m2,反射网面表面均方根误差小于0.002m。这些数据表明该环柱索网结构变焦距反射面装置具有优秀的综合性能指标。
参照图12,实施例2在太空应用时,反射网面最大变形为0.0011m。进行进一步保守计算,其反射网面表面均方根误差小于0.0009m。数据说明大尺度变焦距后,仍然保持足够高的型面精度,圆满达到了预期的变焦距目标。
参照图13,实施例1在地面应用时,反射网面最大变形为0.0069m。进行进一步保守计算,其总质量小于40Kg,面密度小于0.20Kg/m2,反射网面表面均方根误差小于0.004m。这些数据表明该环柱索网结构变焦距反射面装置在地面上应用也同样具有优秀的综合性能指标。
参照图14,实施例2在地面应用时,反射网面最大变形为0.0122m。进行进一步保守计算,反射网面表面均方根误差小于0.005m。这些数据表明该环柱索网结构变焦距反射面装置在地面上应用也同样具有优秀的综合性能指标。
以上描述是本发明的两个具体实例,显然对于本领域的专业人员来说,在了解本发明内容和原理后都可能在不背离本发明原理、结构的情况下,进行形式和细节上的各种修正和改变,但是这些基于本发明思想的修正和改变仍在本发明的权利要求和保护范围之内。
Claims (5)
1.一种环柱索网结构变焦距反射面装置,包括紧固索(3)、调节索(4)、反射索(5)、可展开固定桁架单元(6)和反射网面(7);所述可展开固定桁架单元(6)由复数个连接关节(62)和复数个折叠杆(61)相互连接,形成可收拢、展开的圆形结构,用于支撑反射面,其特征在于:还包括中心支柱(1)和套筒组装置(2);所述套筒组装置(2)是由两个上移动套筒(22)和两个下移动套筒(23)组成,这些套筒套接在中心支柱(1)上;其中上移动套筒(22)上设置有第一法兰盘(21),该第一法兰盘(21)上设置有第一过孔(211);所述紧固索(3)和反射索(5)的一端固定在连接关节(62)上,另一端分别穿过第一过孔(211),与下移动套筒(23)相连,且紧固索(3)和反射索(5)连接不同的下移动套筒;该紧固索(3)和反射索(5)之间连接有调节索(4),形成反射索网单元,多个反射索网单元构成反射索网面,在该反射索网面上绑定有反射网面(7);所述反射网面(7)采用数量为N个三角形折叠的方法进行网面收放,其上设定有辅助线(71)和折痕线(72),相邻两条中间包含有折痕的辅助线形成折叠角α,不包含折痕的辅助线形成辅助角β,满足N(α+β)=360°;将反射网面(7)沿折痕线(72)同向折叠,实现反射网面(7)形状由抛物面向平面转换的大尺度变焦距功能;在驱动力作用下,通过上移动套筒(22)和下移动套筒(23)在中心支柱(1)上的移动所产生的距离差,带动紧固索(3)和反射索(5)的收放。
2.根据权利要求1所述的环柱索网结构变焦距反射面装置,其特征在于:所述连接关节(62)包括一对圆锥齿轮结构(621、622)、一对夹板(623、624)、扭簧(626)和定位导槽(628);所述折叠杆(61)与圆锥齿轮结构(621、622)相连,并通过扭簧(626)控制其展开,展开到位后实现与夹板(623、624)的位置锁定。
3.根据权利要求1所述的环柱索网结构变焦距反射面装置,其特征在于:所述折叠杆(61)采用两根空心的横杆和两根空心的竖杆垂直连接形成的单列桁架结构。
4.根据权利要求1所述的环柱索网结构变焦距反射面装置,其特征在于:所述中心支柱(1)采用碳纤维材料,套筒组装置(2)采用轻质合金材料。
5.一种环柱索网结构变焦距反射面装置,包括紧固索(3)、调节索(4)、反射索(5)、可展开固定桁架单元(6)和反射网面(7),所述可展开固定桁架单元(6)由复数个连接关节(62)和复数个折叠杆(61)相互连接,形成可收拢、展开的圆形结构,用于支撑反射面,其特征在于:还包括中心支柱(1)和套筒组装置(2);所述套筒组装置(2)是由小移动套筒(24)、大移动套筒(25)和固定套筒(28)组成;小移动套筒(24)和大移动套筒(25)套接在中心支柱(1)上,固定套筒(28)固定在中心支柱(1)下部;所述小移动套筒(24)上设置有第二过孔(241),大移动套筒(25)上设置有第三过孔(251)和第四过孔(252);所述固定套筒(28)上设置有第二法兰盘(26)和第三法兰盘(27);紧固索(3)的一端固定在连接关节(62)上,另一端穿过第四过孔(252)与第三法兰盘(27)连接;反射索(5)的一端固定在连接关节(62)上,另一端依次穿过第二过孔(241)和第三过孔(251),与第二法兰盘(26)连接;该紧固索(3)和反射索(5)之间连接有调节索(4),形成反射索网单元,多个反射索网单元构成反射索网面,在该反射索网面上绑定有反射网面(7);所述反射网面(7)采用数量为N个三角形折叠的方法进行网面收放,其上设定有辅助线(71)和折痕线(72),相邻两条中间包含有折痕的辅助线形成折叠角α,不包含折痕的辅助线形成辅助角β,满足N(α+β)=360°;将反射网面(7)沿折痕线(72)同向折叠,实现反射网面(7)形状由抛物面向平面转换的大尺度变焦距功能;所述小移动套筒(24)和大移动套筒(25)在驱动力作用下,沿着中心支柱(1)作直线运动,带动紧固索(3)和反射索(5)的收放。
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2015
- 2015-03-14 CN CN201510112511.7A patent/CN104701630B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
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