CN106207483B - 一种多折伞反射器 - Google Patents

Abstract

一种多折伞反射器，包括：中心柱(1)、固定花盘(2)、移动花盘(3)等；中心固面(7)安装在中心柱(1)顶端，固定花盘(2)、移动花盘(3)均安装在中心柱(1)上并与中心柱(1)同轴，固定花盘(2)固定安装在中心固面(7)下方，移动花盘(3)在固定花盘(2)下方沿中心柱(1)移动；各折叠肋(4)以中心柱(1)为中心沿周向分布，反射面(5)铺设在折叠肋(4)上。针对现有折叠伞状反射器展开刚度低、型面精度低、收纳比不理想等问题，本发明具有尽量高的收纳比，具备一定的展开刚度和型面精度优势，可用于解决大中小卫星平台上因空间紧凑而产生的反射器布局困难的问题。

Description

一种多折伞反射器

技术领域

本发明涉及了一种伞形反射器。

背景技术

传统伞状反射器因其收拢后轴向尺寸大，很难应用于小卫星平台。为提高伞状反射器收纳比，美国、俄罗斯、英国等国家作出一系列研究。上世纪90年代，美国Harris公司为ACeS(Garuda-1)卫星研制了一种折叠肋天线，如图1所示的12m口径的铰接肋天线。天线焦距7.6m，收拢后直径为0.45m，高4.5m。该种反射器涉及了大量的索网结构，在提高型面精度的同时也增加了展开过程中索网钩挂的风险。

俄罗斯研究了一种折叠肋天线，简称EGS天线，可应用于5m-25m口径的天线。如图2所示，完成了5.6m×6.4mEGS天线的在轨验证，该天线收拢后直径为0.6m、高1m。该种反射器主结构由柔性环柱状结构组成，刚度较低。

英国剑桥大学提出了CRTS反射器。如图3所示，反射器口径为1.5米，由12根肋和反射膜组成，RMS值可达2.3mm。反射面收纳于φ0.45m×0.3m中心筒外。该种反射器的支撑肋为柔性可折叠材料，展开后结构刚度较低，型面精度稳定性差。

综上，现有的折叠肋反射器普遍存在展开刚度低，型面精度稳定性差等缺陷。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，本发明提供了一种多折伞反射器，针对现有折叠伞状反射器展开刚度低、型面精度低、收纳比不理想等问题，本发明具有尽量高的收纳比，具备一定的展开刚度和型面精度优势，可用于解决大中小卫星平台上因空间紧凑而产生的反射器布局困难的问题。

本发明的技术解决方案是：一种多折伞反射器，包括：中心柱、固定花盘、移动花盘、折叠肋、反射面、包带和中心固面；中心固面安装在中心柱顶端，固定花盘、移动花盘均安装在中心柱上并与中心柱同轴，固定花盘固定安装在中心固面下方，移动花盘在固定花盘下方沿中心柱移动；各折叠肋以中心柱为中心沿周向分布；折叠肋包括第二展开肋、第一展开肋、一级展开关节、第一支撑肋、二级展开关节、第二支撑肋、柔性肋；第一展开肋一端与移动花盘转动连接，另一端通过一级展开关节与第一支撑肋连接；第一支撑肋通过二级展开关节与第二支撑肋连接；第二展开肋一端与固定花盘转动连接，另一端安装在第一展开肋上且在第一展开肋上转动；柔性肋一端与中心固面连接，另一端与一级展开关节连接；反射面铺设在第一支撑肋、第二支撑肋、柔性肋所形成的骨架上；包带与各二级展开关节连接，并将二级展开关节拉拢至第一展开肋与移动花盘连接处。

所述一级展开关节包括三级展开锁钩、解锁触头、扭转弹簧、第一展开肋端头、第一支撑肋端头，第一展开肋端头与第一支撑肋端头连接处使用扭转弹簧实现旋转，三级展开锁钩安装在第一展开肋端头上且通过扭转弹簧实现旋转，解锁触头固定在第一支撑肋端头上；第一展开肋端头边缘有弧形的限位槽；在一级展开关节展开时，扭转弹簧带动第一支撑肋旋转，解锁触头冲击碰触三级展开锁钩，使得三级展开锁钩与中心固面脱离。

所述第二支撑肋未与第一支撑肋连接的一端安装有限位滚轮，折叠肋在收拢状态时，限位滚轮卡在限位槽上；随着一级展开关节的展开，限位滚轮在限位槽上滚动直至脱离，使得第二支撑肋在二级展开关节的带动下展开。

所述二级展开关节包括连接板、扭转弹簧、螺旋弹簧；连接板两端分别与第一支撑肋、第二支撑肋连接，并通过在连接处安装扭转弹簧实现旋转，螺旋弹簧两端分别与第一支撑肋、第二支撑肋连接且位于连接板一侧，在第一支撑肋、第二支撑肋折叠收拢时，螺旋弹簧处于拉伸状态。

所述移动花盘为圆环结构，圆环结构外圈分布有与第一展开肋连接的耳片，移动花盘一侧沿周向分布有移动滑轮；其中，一部分移动滑轮的滑轮轴沿移动花盘的径向且插入中心柱壁面上的滑槽内；另一部分移动滑轮的滑轮轴沿移动花盘的切向，贴紧中心柱外壁移动。

所述第一展开肋、第二展开肋与中心柱形成三角形支撑结构。

所述反射面，在折叠肋展开状态下，形成向移动花盘方向凹陷的圆弧面。

所述固定花盘和移动花盘之间通过弹簧连接，弹簧位于中心柱内。

所述反射面的材料为硅胶基复合碳布。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明的多折伞反射器采用多折伞可展开结构，利用多个沿周向分布的折叠肋形成骨架结构，并结合反射面，使其相较现有反射器在收纳比上更具优势，具有尽量高的收纳比，提高了反射面的型面精度。

(2)本发明的多折伞反射器设计有展开关节和锁定机构，在展开后可形成稳定的骨架结构，结构刚度较高，具备一定的展开刚度和型面精度优势，可用于解决大中小卫星平台上因空间紧凑而产生的反射器布局困难的问题。

(3)本发明多折伞反射器展开过程依靠一级展开关节运动为次级运动解锁，无需引入外部控制系统，使得展开过程更加精确；同时反射面采用赋型膜设计制备技术，型面精度高。

附图说明

图1为本发明多折伞反射器收拢状态结构示意图；

图2为本发明多折伞反射器收拢状态单根肋结构示意图；

图3为本发明多折伞反射器展开状态结构示意图；

图4为本发明多折伞反射器展开状态单根肋结构示意图；

图5为本发明多折伞反射器展开过程示意图；

图6为本发明多折伞反射器一级展开关节；

图7为本发明多折伞反射器二级展开关节；

图8为本发明多折伞反射器三级展开示意图；

图9为本发明多折伞反射器三级展开解锁示意图。

具体实施方式

(1)多折伞反射器结构

一种多折伞反射器，如图1～图4、图6(a)、图7(a)、图9(a)所示，包括中心柱1、固定花盘2、移动花盘3、若干折叠肋4、反射面5、包带6和中心固面7。中心柱1为多折伞反射器的中心承力结构。固定花盘2和移动花盘3安装在中心柱1上并与其同轴。中心固面7安装在中心柱1顶端，固定花盘2、移动花盘3均安装在中心柱1上并与中心柱1同轴，固定花盘2固定安装在中心固面7下方，移动花盘3在固定花盘2下方沿中心柱1移动；各折叠肋4以中心柱1为中心沿周向分布；折叠肋4以中心柱1为辐射中心，安装于固定花盘2和移动花盘3上。固定花盘2固定不动，移动花盘3可在中心柱1上往复运动，带动折叠肋4完成展开与收拢运动。反射面5安装于折叠肋4形成的凹面内。反射面5，在折叠肋4展开状态下，形成向移动花盘3方向凹陷的圆弧面。反射面5为硅胶基复合碳布赋型而成。移动花盘3为圆环结构，圆环结构外圈分布有与第一展开肋9连接的耳片，移动花盘一侧沿周向均匀分布有六个移动滑轮，对六个移动滑轮进行1～6标号，标号为奇数的移动滑轮的滑轮轴沿移动花盘3的径向且插入中心柱1壁面上的滑槽内，移动滑轮在滑槽内移动；标号为偶数的移动滑轮的滑轮轴沿移动花盘3的切向，贴紧中心柱1外壁移动。固定花盘2和移动花盘3之间通过弹簧连接，弹簧位于中心柱1内。

折叠肋4包括第二展开肋8、第一展开肋9、一级展开关节10、第一支撑肋11、二级展开关节12、第二支撑肋13、柔性肋14。第一展开肋9一端与移动花盘3转动连接，另一端通过一级展开关节10与第一支撑肋11连接；第一支撑肋12通过二级展开关节12与第二支撑肋13连接；第二展开肋8一端与固定花盘2转动连接，另一端安装在第一展开肋9上且在第一展开肋9上转动；柔性肋14一端与中心固面7连接，另一端与一级展开关节10连接；反射面5铺设在第一支撑肋11、第二支撑肋13、柔性肋14所形成的骨架上；各折叠肋4在收拢状态时，第二支撑肋13未与第一支撑肋11连接的一端与一级展开关节10连接，包带6与各二级展开关节12连接，并将二级展开关节12拉拢至第一展开肋9与移动花盘3连接处。第二展开肋8、第一展开肋9与固定花盘2、移动花盘3之间的中心柱1组成三角形，依靠移动花盘3移动，使第二展开肋8、第一展开肋9收拢靠近中心柱1，实现反射器的径向收纳。第一支撑肋11、第二支撑肋13依靠连接它们的二级展开关节12收拢靠近，可实现反射器在轴向上的收纳。

一级展开关节10包括三级展开锁钩17、解锁触头18、扭转弹簧、第一展开肋9端头、第一支撑肋11端头，第一展开肋9端头与第一支撑肋11端头连接处使用扭转弹簧实现旋转，三级展开锁钩17安装在第一展开肋9端头上且通过扭转弹簧实现旋转，解锁触头18固定在第一支撑肋11端头上；第一展开肋9端头边缘有弧形的限位槽16；折叠肋4在收拢状态时，三级展开锁钩17勾住中心固面7边缘；在一级展开关节10展开时，扭转弹簧带动第一支撑肋11旋转，解锁触头18冲击碰触三级展开锁钩17，使得三级展开锁钩17与中心固面7脱离。

第二支撑肋13未与第一支撑肋11连接的一端安装有限位滚轮20，折叠肋4在收拢状态时，限位滚轮20卡在限位槽16上；随着一级展开关节10的展开，限位滚轮20在限位槽16上滚动直至脱离，使得第二支撑肋13在二级展开关节12的带动下展开。

二级展开关节12包括连接板21、扭转弹簧、螺旋弹簧22；连接板21两端分别与第一支撑肋11、第二支撑肋13连接，并通过在连接处安装扭转弹簧实现旋转，螺旋弹簧22两端分别与第一支撑肋11、第二支撑肋13连接且位于连接板21一侧，在第一支撑肋11、第二支撑肋13折叠收拢时，螺旋弹簧22处于拉伸状态。

(2)展开顺序规划

多折伞反射器展开顺序规划需要保证两点：一、其展开过程包络不能超过最终展开状态包络，否则反射面处于过应力状态，反射器无法展开；二、展开过程结构不能发生运动干涉。

如图5所示，以单根折叠肋4展开为例说明反射器展开与收拢过程。三级展开顺序如下：

一级展开：如图5(a)～图5(b)、图1所示，图5(a)为收拢状态，图5(b)为一级展开半程状态，包带6解锁，一级展开关节10展开，依靠一级展开关节10的旋转运动带动第一支撑肋11和第二支撑肋13展开，当一级展开关节10展开一定角度α(40°～60°)，释放二级展开关节12；

二级展开：如图5(b)～图5(d)所示，图5(c)为二级展开半程状态，图5(d)为二级展开完全状态，二级展开时，一级展开关节10继续旋转展开，二级展开关节12带动第二支撑肋13展开到位；

三级展开：如图5(d)～图5(e)所示，图5(e)为三级完全展开状态，一级展开关节10完全展开，三级展开解锁，移动花盘3向固定花盘2方向运动，此时一级展开关节10展开到位并锁定，继而移动花盘3移动到位并锁定，同时第二展开肋8和第一展开肋9展开到位。

反射器收拢顺序与展开顺序相反。首先，移动花盘3解锁并向远离固定花盘2方向运动；然后，二级展开关节12解锁收拢，带动第二支撑肋13收拢；最后，一级展开关节10解锁收拢，带动第一支撑肋11和第二支撑肋13收拢，反射器收拢完毕。

(3)展开功能实现

i.一级展开功能

如图6(a)、图6(b)、图2所示，一级展开关节10为旋转关节，依靠内部安装的弹簧实现转动。

ii.二级展开功能

如图7(a)、图7(b)、图2所示，二级展开关节12具有展开功能，且在收拢状态不交叠，避免夹住其上覆盖的反射面。

iii.三级展开功能

如图8(a)、图8(b)、图4所示，三级展开通过移动花盘3沿中心柱1向固定花盘2移动，实现第二展开肋8和第一展开肋9展开，带动整个反射面展开到位。

(4)展开顺序控制

结合展开过程运动特点，通过一级展开关节10的运动带动二、三级展开运动解锁，其中关键点是一级展开关节10的设计。

i.一级展开解锁控制

通过包带6解锁，一级展开关节10依靠自身存储弹性势能展开。

ii.二级展开解锁控制

如图9(a)、图6(a)、图4，通过在一级展开关节10上设置限位槽16，相应的在第二支撑肋13上安装有限位滚轮20。当一级展开关节10展开至一定角度，限位滚轮20从限位槽16上脱开，二级展开关节12解锁。

iii.三级展开解锁控制

如图9(b)、图6(a)、图4，在一级展开关节10上设置解锁触头18和三级展开锁扣17。反射器收拢时，移动花盘3远离固定花盘2，三级展开锁扣17钩挂在中心固面7上，三级展开锁定；当一级展开关节10展开至一定角度，通过解锁触头18冲击碰触三级展开锁扣17，使三级展开锁扣17从中心固面7处脱开，三级展开解锁。

本发明提出的高收纳比多折伞反射器口径为12m时，收纳拢口径为0.5m，收拢高度为2.5m，收拢体积是12m口径的ACeS收纳体积的60％；本发明的多折伞反射器口径为6m时，收拢口径为0.4m，收拢高度为1.2m，收拢体积是5.6m×6.4m的EGS反射器收拢体积的80％；本的多折伞反射器口径为1.5m时，收拢口径为0.2m，收拢高度为0.4m，收拢体积是1.5m口径的CRTS反射器收纳体积的60％。

本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (9)

1.一种多折伞反射器，其特征在于，包括：中心柱(1)、固定花盘(2)、移动花盘(3)、折叠肋(4)、反射面(5)、包带(6)和中心固面(7)；中心固面(7)安装在中心柱(1)顶端，固定花盘(2)、移动花盘(3)均安装在中心柱(1)上并与中心柱(1)同轴，固定花盘(2)固定安装在中心固面(7)下方，移动花盘(3)在固定花盘(2)下方沿中心柱(1)移动；各折叠肋(4)以中心柱(1)为中心沿周向分布；折叠肋(4)包括第二展开肋(8)、第一展开肋(9)、一级展开关节(10)、第一支撑肋(11)、二级展开关节(12)、第二支撑肋(13)、柔性肋(14)；第一展开肋(9)一端与移动花盘(3)转动连接，另一端通过一级展开关节(10)与第一支撑肋(11)连接；第一支撑肋(11)通过二级展开关节(12)与第二支撑肋(13)连接；第二展开肋(8)一端与固定花盘(2)转动连接，另一端安装在第一展开肋(9)上且在第一展开肋(9)上转动；柔性肋(14)一端与中心固面(7)连接，另一端与一级展开关节(10)连接；反射面(5)铺设在第一支撑肋(11)、第二支撑肋(13)、柔性肋(14)所形成的骨架上；包带(6)与各二级展开关节(12)连接，并将二级展开关节(12)拉拢至第一展开肋(9)与移动花盘(3)连接处。

2.根据权利要求1所述的一种多折伞反射器，其特征在于：所述一级展开关节(10)包括三级展开锁钩(17)、解锁触头(18)、扭转弹簧、第一展开肋(9)端头、第一支撑肋(11)端头，第一展开肋(9)端头与第一支撑肋(11)端头连接处使用扭转弹簧实现旋转，三级展开锁钩(17)安装在第一展开肋(9)端头上且通过扭转弹簧实现旋转，解锁触头(18)固定在第一支撑肋(11)端头上；第一展开肋(9)端头边缘有弧形的限位槽(16)；在一级展开关节(10)展开时，扭转弹簧带动第一支撑肋(11)旋转，解锁触头(18)冲击碰触三级展开锁钩(17)，使得三级展开锁钩(17)与中心固面(7)脱离。

3.根据权利要求1或2所述的一种多折伞反射器，其特征在于：所述第二支撑肋(13)未与第一支撑肋(11)连接的一端安装有限位滚轮(20)，折叠肋(4)在收拢状态时，限位滚轮(20)卡在限位槽(16)上；随着一级展开关节(10)的展开，限位滚轮(20)在限位槽(16)上滚动直至脱离，使得第二支撑肋(13)在二级展开关节(12)的带动下展开。

4.根据权利要求3所述的一种多折伞反射器，其特征在于：所述二级展开关节(12)包括连接板(21)、扭转弹簧、螺旋弹簧(22)；连接板(21)两端分别与第一支撑肋(11)、第二支撑肋(13)连接，并通过在连接处安装扭转弹簧实现旋转，螺旋弹簧(22)两端分别与第一支撑肋(11)、第二支撑肋(13)连接且位于连接板(21)一侧，在第一支撑肋(11)、第二支撑肋(13)折叠收拢时，螺旋弹簧(22)处于拉伸状态。

5.根据权利要求1或2所述的一种多折伞反射器，其特征在于：所述移动花盘(3)为圆环结构，圆环结构外圈分布有与第一展开肋(9)连接的耳片，移动花盘(3)一侧沿周向分布有移动滑轮；其中，一部分移动滑轮的滑轮轴沿移动花盘(3)的径向且插入中心柱(1)壁面上的滑槽内；另一部分移动滑轮的滑轮轴沿移动花盘(3)的切向，贴紧中心柱(1)外壁移动。

6.根据权利要求1或2所述的一种多折伞反射器，其特征在于：所述第一展开肋(9)、第二展开肋(8)与中心柱(1)形成三角形支撑结构。

7.根据权利要求1或2所述的一种多折伞反射器，其特征在于：所述反射面(5)，在折叠肋(4)展开状态下，形成向移动花盘(3)方向凹陷的圆弧面。

8.根据权利要求1或2所述的一种多折伞反射器，其特征在于：所述固定花盘(2)和移动花盘(3)之间通过弹簧连接，弹簧位于中心柱(1)内。

9.根据权利要求1或2所述的一种多折伞反射器，其特征在于：所述反射面(5)的材料为硅胶基复合碳布。