CN105474803B - 薄膜天线张拉施力机构 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种星载平面薄膜天线的张拉施力机构。外壳呈长方体，中心轴2固定在外壳的后壁板上，平面蜗卷弹簧内端固定在中心轴上，外端与转盘固定，转盘可绕中心轴旋转，转盘上固定并缠绕张拉绳，张拉绳与天线膜面相连。张拉前，平面蜗卷弹簧被卷紧，储蓄应变能，摆动销通过顶住转盘上卡口来锁定转盘。由于弹簧片和记忆合金弹簧共同作用，转盘自动解锁后在平面蜗卷弹簧的驱动下转动，回收张拉绳，实现对天线膜面的张拉与施力，张拉时，记忆合金弹簧有效控制张拉的速度。本发明解决了当前平面薄膜天线不能自动张拉、张拉过快引起冲击等问题，具有体积小、质量轻、结构简单、张拉可靠性与稳定性高、低速张拉无冲击等优点。<pb pnum="1" />

Description

薄膜天线张拉施力机构

技术领域

本发明涉及航天器总体设计，具体涉及一种星载平面薄膜天线的张拉施力机构。

背景技术

随着我国航天技术的快速发展，研制大尺寸、高性能的星载平面天线已成为越来越迫切的需求。基于薄膜技术的大尺寸天线结构机构在重量和体积上拥有巨大优势，被认为是取代传统的刚性基板天线的重要发展方向。基于保护薄膜膜面以及膜面上电器件的考虑，膜面在收藏状态是松弛的。卫星入轨后，膜面在框架的带动下逐渐展开。为确保膜面展开过程安全、展开后能够保持理想的张紧状态和平面度，需要设计一套张拉施力机构，对张拉过程进行有效控制。国外有利用恒力弹簧进行张拉施力的方案，但对大尺寸天线膜面，这种张拉方法会带来不必要的冲击，带来风险。另外还有利用电机来进行张拉施力的方案，虽然电机张拉的速度可控，可以避免对膜面造成冲击，但由于电机控制系统复杂，而且其承力性能较差，所以对大尺寸膜面也不适用。所以，设计一套结构简单，张拉过程平稳的张拉机构成为薄膜天线技术发展面临的一项重要课题。

发明内容

为了解决目前平面薄膜天线不能自动张拉、张拉动作会带来不必要的冲击等问题，本发明提出了一种星载平面薄膜天线的张拉施力机构。该机构由外壳1、中心轴2、平面蜗卷弹簧3、转盘4、张拉绳5、摆动销6、弹簧片7、形状记忆合金弹簧8、电加热组件9、滑块10、弹簧11等组成，所述的外壳1是一个长方体的盒子，所述的中心轴2固定在外壳1的后壁板上，所述的平面蜗卷弹簧3内端固定在中心轴2上，外端与转盘4固定，转盘4可绕中心轴2旋转，转盘4上固定并缠绕张拉绳5，张拉绳5与天线膜面相连。在进行张拉之前，平面蜗卷弹簧3被卷紧，储蓄应变能，所述的摆动销6通过顶住转盘4上的卡口来锁定转盘4。解锁时，所述的弹簧片拨动摆动销，使其脱离转盘上的第一卡口；所述的记忆合金弹簧安装在电加热组件内部，记忆合金弹簧一端固定在外壳的壁板上，另一端通过钢丝绳与滑块一端连接，所述的滑块用于推动转盘上的第二卡口，滑块的另一端通过钢丝绳与弹簧的一端相连，弹簧的另一端固定在外壳的壁板上。启动解锁流程时，利用电加热组件加热记忆合金弹簧，记忆合金弹簧升温后产生收缩变形，牵动滑块，滑块推动转盘上的第二卡口，使转盘小角度转动，其转动方向与平面蜗卷弹簧驱动下转盘的转动方向相反，同时，所述的摆动销在弹簧片的拨动下与转盘上的第一卡口脱离，完成对转盘的解锁；在张拉过程中，所述的记忆合金弹簧通过滑块阻挡转盘的转动，利用记忆合金弹簧降温后变长的特性逐步放开滑块对转盘的阻挡，回收张拉绳的速度取决于记忆合金弹簧降温伸长的速度。

本发明由于采取上述的技术方案，取得了薄膜天线张拉施力机构具有体积小、质量轻、结构简单、张拉可靠性与稳定性高、低速张拉无冲击等优点。

附图说明

图1是本发明薄膜天线张拉施力机构示意图

图2是本发明薄膜天线张拉施力机构的摆动销锁紧状态示意图

图3是本发明薄膜天线张拉施力机构的形状记忆合金作用回路示意图

具体实施方式

下面结合附图说明本发明的优选实施例。

图1是本发明薄膜天线张拉施力机构示意图，该机构由外壳1、中心轴2、平面蜗卷弹簧3、转盘4、张拉绳5、摆动销6、弹簧片7、形状记忆合金弹簧8、电加热组件9、滑块10、弹簧11等组成，所述的机构的外壳1是一个长方体的盒子，所述的中心轴2固定在外壳1的后壁板上，所述的平面蜗卷弹簧3内端固定在中心轴2上，外端与转盘4固定，所述的转盘4可绕中心轴2旋转，转盘4上固定并缠绕张拉绳5，张拉绳5与天线膜面相连。所述的摆动销6可以顶住转盘4上的卡口，以锁紧转盘4，如图2所示。所述的弹簧片7用于拨动摆动销6，使其脱离转盘4上的卡口，所述的记忆合金弹簧8安装在电加热组件9内部，记忆合金弹簧8一端固定在外壳1的壁板上，另一端通过钢丝绳牵动一个滑块10，所述的滑块10可以推动转盘4上的卡口，滑块10通过钢丝绳与弹簧11的一端相连，弹簧11的另一端固定在外壳1的壁板上。

图2是本发明薄膜天线张拉施力机构的摆动销锁紧状态示意图，在进行张拉之前，所述的平面蜗卷弹簧3被卷紧，储蓄弹性应变能，其弹性恢复力矩成为了对转盘4转动的驱动力矩，而此时摆动销6顶住了转盘4上的卡口，转盘4被锁定，不能转动。启动解锁流程时，首先利用电加热组件9加热记忆合金弹簧8，记忆合金弹簧8升温后产生收缩变形，牵动滑块10，滑块10推动转盘4上的卡口，使转盘4小角度转动，其转动方向与平面蜗卷弹簧3驱动下转盘4的转动方向相反，同时，所述的摆动销6在弹簧片7的拨动下与转盘4上的卡口脱离，这样就完成了对转盘4的解锁。

图3是本发明薄膜天线张拉施力机构的形状记忆合金作用回路示意图，在张拉过程开始时，首先将转盘[4]解锁，转盘[4]在平面蜗卷弹簧[3]的驱动下转动，回收张拉绳[5]，以实现对薄膜天线的张拉动作，同时，通过转盘[4]和张拉绳[5]，将平面蜗卷弹簧[3]的弹性恢复力矩转化为对天线膜面的张拉力。在张拉过程中，所述的记忆合金弹簧8可有效控制张拉作动的速度，使拉力缓慢地施加到天线膜面上去。滑块10在推动转盘4上的卡口完成解锁后，仍与该卡口紧密贴合，这样，转盘4在受到平面蜗卷弹簧3施加的驱动力矩的同时，也受到记忆合金弹簧8通过滑块10施加的阻挡力矩。所述的记忆合金弹簧8有足够的承载能力，使得在平面蜗卷弹簧3驱动下，转盘4上的卡口无法推动滑块10，这样，转盘4的转动就受到了来自滑块10的限制。在记忆合金弹簧8完成解锁后，切断电加热组件9的电源，停止加热，使记忆合金弹簧8热量自然散发，温度下降，此时记忆合金弹簧8逐渐变长，这样，转盘4上卡口将能够推动滑块10，即滑块10对转盘4转动的限制被逐渐放开。由于记忆合金的形变是缓慢发生的，则转盘4解锁后的转动也是缓慢的，这样就有效减缓了张拉的速度。天线膜面被张拉到位后，转盘4停止转动，而记忆合金弹簧降温伸长的过程还在继续，这样，滑块10与转盘4上的卡口不再紧密贴合，在弹簧11的牵引下脱离转盘4上的卡口，不再对转盘[4]的转动构成阻挡。

所述的电加热组件[9]的隔热能力可以调整，以此来调整记忆合金弹簧[8]的降温伸长的速度，进而控制张拉的速度。

张拉施力机构能提供的张拉力范围从0.01N到1000N，张拉力的精度能控制到0.01N以内。张拉施力机构的张拉速度范围从0.1mm/s到0.1m/s。

本发明星载平面薄膜天线的张拉施力机构，具有体积小、质量轻、结构简单、张拉可靠性与稳定性高、低速张拉无冲击等优点，可实现星载平面天线长拉机构的小型化、智能化。

Claims (10)

1.薄膜天线张拉施力机构，其特征在于，该机构包括：外壳[1]、中心轴[2]、平面蜗卷弹簧[3]、转盘[4]、张拉绳[5]、摆动销[6]、弹簧片[7]、形状记忆合金弹簧[8]、电加热组件[9]、滑块[10]、弹簧[11]，所述的外壳[1]是一个长方体的盒子，所述的中心轴[2]固定在外壳[1]的后壁板上，所述的平面蜗卷弹簧[3]内端固定在中心轴[2]上，外端与转盘[4]固定，所述的转盘[4]可绕中心轴[2]旋转，转盘[4]上固定并缠绕张拉绳[5]，张拉绳[5]与天线膜面相连；在锁紧状态，所述的摆动销[6]顶住转盘[4]上的第一卡口，解锁时，所述的弹簧片[7]拨动摆动销[6]，使其脱离转盘[4]上的第一卡口；所述的记忆合金弹簧[8]安装在电加热组件[9]内部，记忆合金弹簧[8]一端固定在外壳[1]的壁板上，另一端通过钢丝绳与滑块[10]一端连接，所述的滑块[10]用于推动转盘[4]上的第二卡口，滑块[10]的另一端通过钢丝绳与弹簧[11]的一端相连，弹簧[11]的另一端固定在外壳[1]的壁板上；

启动解锁流程时，利用电加热组件[9]加热记忆合金弹簧[8]，记忆合金弹簧[8]升温后产生收缩变形，牵动滑块[10]，滑块[10]推动转盘[4]上的第二卡口，使转盘[4]小角度转动，其转动方向与平面蜗卷弹簧[3]驱动下转盘[4]的转动方向相反，同时，所述的摆动销[6]在弹簧片[7]的拨动下与转盘[4]上的第一卡口脱离，完成对转盘[4]的解锁；

在张拉过程中，所述的记忆合金弹簧[8]通过滑块[10]阻挡转盘[4]的转动，利用记忆合金弹簧[8]降温后变长的特性逐步放开滑块[10]对转盘[4]的阻挡，回收张拉绳[5]的速度取决于记忆合金弹簧[8]降温伸长的速度。

2.如权利要求1所述的薄膜天线张拉施力机构，其特征在于，在进行张拉之前，机构被锁定；张拉过程开始时，机构能自动解锁，解锁后机构缓慢地回收张拉绳[5]，把松弛的膜面张紧，并施加恒定的张拉力；所述的转盘[4]在平面蜗卷弹簧[3]的驱动下能够随时回收张拉绳[5]，保持膜面一直处于张拉到位的状态。

3.如权利要求1或2所述的薄膜天线张拉施力机构，其特征在于，所述的平面蜗卷弹簧[3]在机构锁定时被卷紧，储蓄弹性应变能，机构解锁后，所述的平面蜗卷弹簧[3]产生弹性恢复变形，带动转盘[4]旋转，回收张拉绳[5]；所述的平面蜗卷弹簧[3]产生部分弹性恢复后，膜面张拉到位，所述的平面蜗卷弹簧[3]停止弹性恢复，其剩余的弹性应变能通过转盘[4]和张拉绳[5]，转化为对膜面恒定的张拉力。

4.如权利要求1所述的薄膜天线张拉施力机构，其特征在于，所述的记忆合金弹簧[8]是由双向记忆合金制造的螺旋弹簧，其相变温度高于常温，加热到相变温度以上后，弹簧长度缩短，当温度降至相变温度以下后，弹簧又恢复常温下的形状。

5.如权利要求1、2或4所述的薄膜天线张拉施力机构，其特征在于，所述的记忆合金弹簧[8]有足够的承载能力，使得在平面蜗卷弹簧[3]驱动下，转盘[4]上的限位卡槽无法推动滑块[10]，转动被限制。

6.如权利要求1、2或4所述的薄膜天线张拉施力机构，其特征在于，所述的记忆合金弹簧[8]的降温是通过切断电加热组件[9]的电源，停止加热，然后使热量自然散发，温度下降。

7.如权利要求1、2或4所述的薄膜天线张拉施力机构，其特征在于，调整所述的电加热组件[9]的隔热能力，以此来调整记忆合金弹簧[8]的降温伸长的速度，进而控制张拉的速度。

8.如权利要求1或2所述的薄膜天线张拉施力机构，其特征在于，所述的记忆合金弹簧[8]在膜面张拉到位、转盘[4]停止转动后继续降温伸长，放开对滑块[10]的牵拉，所述的滑块[10]在弹簧[11]的牵引下脱离转盘[4]上的卡口，不再阻挡转盘[4]的转动。

9.如权利要求1或2所述的薄膜天线张拉施力机构，其特征在于，张拉施力机构能提供的张拉力范围从0.01N到1000N，张拉力的精度能控制到0.01N以内。

10.如权利要求1或2所述的薄膜天线张拉施力机构，其特征在于，张拉施力机构的张拉速度范围从0.1mm/s到0.1m/s。