CN106785471A - 一种链带式星载柔性天线反射器包带 - Google Patents

Abstract

一种链带式星载柔性天线反射器包带，由包带片、连接机构、限位机构和包带支座组成，其中，包片包括始端包片、中间包片和末端包片；连接机构由销轴、卡簧和扭簧组成；棘爪限位机构包括棘爪、扭簧、支架、棘爪轴和限位环，连杆限位机构包括连杆、连杆转轴和扭簧。包带通过支座安装于反射器安装板上，包片由连接机构的连接作用和包片两端的转角限位斜面实现反射器的收拢约束和展开到位位置要求，通过限位机构的转角限位作用实现展开过程中包带的运动范围限制和到位位置锁定。本发明解决了传统绳带式、钢带式包带的回弹问题，机构简单、可靠性高，可应用于多种星载可展开结构的锁紧和释放。

Description

一种链带式星载柔性天线反射器包带

技术领域

本发明涉及一种星载柔性天线反射器包带，属于星载天线技术领域。

背景技术

反射器包带是柔性天线反射器的核心部件，包带解锁展开技术是反射器展开的关键技术，是反射器成功展开的前提，其可靠性决定反射器展开成败。包带的功能是在转运、环境试验及发射主动段锁紧收拢状态的反射器，卫星进入轨道后，包带在指令下解锁展开，反射器同步展开，其功能性能要求如下：

1、包带锁紧反射器时，能够适应反射器收拢外轮廓，贴合反射器外圈零件并采取多点接触，避免接触点受力过大破坏反射器杆件，并对接触点进行保护，避免包带与反射器杆件及金属网直接接触、摩擦；

2、包带具有足够的强度，满足反射器收拢状态下能够通过地面振动试验及发射主动段振动载荷的要求；

3、包带在天线展开过程中与天线随动展开，包带展开速度应大于反射器展开速度，展开过程中要考虑重力卸载，不得钩挂天线，且包带展开到位后具有一定刚度及形状保持的能力，避免与卫星及天线发生动力学耦合。

星载常用包带主要包括绳带式和钢带式两类，针对柔性天线可展开反射器，上述两种包带在工程应用中存在以下问题：

1、绳带式包带：传统绳带式包带多应用于星箭分离处，包括爆炸螺栓、金属带、V形块、上端框和下端框，包带安装于固定不动的一端，包带自身柔软且无动力源，而构架天线等柔性天线在展开过程中包带连接的部件均需要运动，在天线地面展开试验中，绳带式包带无法重力卸载；且不能适应展开速度较快的柔性天线，会发生缠绕影响天线正常展开。

2、钢带式包带：钢带式包带由弹簧钢带经热处理后制成，收拢后可卷成一团，若应用于展开运动快或展开过程包带与反射器随动的柔性天线，钢带展开过程的回弹会影响天线运动，甚至会损害天线结构杆件。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种链带式星载柔性天线反射器包带，针对传统绳带式和钢带式包带在柔性天线上应用的局限性，提出了链带式包带设计和限位设计，解决了包带回弹的问题，且该反射器包带具有适应性强、可靠性高、展开速度和收拢展开角度可设计的优点。

本发明所采用的技术方案是：一种链带式星载柔性天线反射器包带，包括包片、连接机构、根部棘爪限位机构、中间棘爪限位机构、连杆限位机构；包片包括始端包片、至少一片中间包片、末端包片；始端包片一端安装火工品爆炸螺栓，另一端设置转角限位斜面；中间包片两端均设置转角限位斜面；末端包片一端设置转角限位斜面，另一端通过包带支座与反射器安装板连接；始端包片、中间包片、末端包片之间通过连接机构的连接；始端包片、中间包片、末端包片之间通过相邻转角限位斜面接触对顶的转角限位作用，使得始端包片、中间包片和末端包片在收拢状态下处于贴合收拢状态反射器外包络的位置，通过连接机构的驱动作用和转角限位斜面的限位作用，使得始端包片、中间包片和末端包片在展开过程中展开到设定的展开角度后停止转动；中间棘爪限位机构、连杆限位机构安装在始端包片、中间包片和末端包片之间，位于连接机构处，对展开后的始端包片、中间包片、末端包片的位置进行固定；根部棘爪限位机构一部分安装在末端包片上，一部分安装在反射器安装板，对展开后的末端包片与反射器安装板之间的相对位置进行固定。

所述连接机构包括包片销轴、包片卡簧和包片扭簧，包片销轴连接相邻的包片，安装在始端包片和中间包片之间、中间包片之间或中间包片和末端包片之间；包片卡簧嵌套在包片销轴一端并固定，包片扭簧安装在包片销轴的中部。

所述根部棘爪限位机构包括棘爪、棘爪转轴、棘爪扭簧、根部棘爪支架和根部棘爪套环；根部棘爪支架为一边开口的框架结构，固定在反射器安装板上；两个棘爪通过棘爪转轴和棘爪扭簧分别安装在根部棘爪支架开口处的边框端部，根部棘爪套环安装于末端包片上；棘爪通过棘爪转轴绕根部棘爪支架转动，根部棘爪支架边框上的有限位挡块限制棘爪仅沿包带展开方向单向旋转，棘爪与根部棘爪套环配合完成末端包片的锁定。

所述中间棘爪限位机构包括棘爪、转轴、棘爪扭簧、中间棘爪支架、中间棘爪套环；中间棘爪支架、中间棘爪套环分别安装在连接机构所连接的两包片上，位于连接机构两侧；中间棘爪支架为一边开口的框架结构，两个棘爪通过棘爪转轴和棘爪扭簧分别安装在中间棘爪支架开口处的边框端部；棘爪通过棘爪转轴绕中间棘爪支架转动，中间棘爪支架边框上的有限位挡块限制棘爪仅沿包带展开方向单向旋转，棘爪与中间棘爪套环配合完成锁定。

所述中间棘爪支架位于连接机构处、靠近末端包片的一侧，中间棘爪套环位于连接机构处、靠近始端包片的一侧。

所述中间棘爪限位机构安装在转角范围大于等于60°的连接机构所连接的两包片上。

所述连杆限位机构包括包片支座凸台、短连杆、支架连杆、连杆扭簧、连杆销轴，两个包片支座凸台分别安装在连接机构所连接的两包片上，位于连接机构两侧；短连杆一端与包片支座凸台连接，另一端与支架连杆连接；支架连杆未与短连杆连接的一端与另一个包片支座凸台连接；包片支座凸台、短连杆、支架连杆之间通过连杆扭簧和连杆销轴连接并实现转动；当包带处于展开到位姿态时，短连杆、支架连杆、支座凸台和连接机构构成的四连杆机构位于机构死点位置。

所述连杆限位机构安装在转角范围小于60°的连接机构所连接两包片上。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

(1)本发明链带式包带结构由多个转动关节，且包片长度和关节转角范围可调，适用于圆形、多边形等不同收拢外形天线锁紧和不同展开到位保持姿态的要求，具有极强的适应性；

(2)本发明链带式包带通过调整扭簧的刚度来实现包带展开速度的调整，可适用于不同展开速度反射器的展开要求，实现展开速度可设计；

(3)本发明链带式包带中各零部件均为机械结构，没有电子元器件，连接强度高，通过多次展开试验验证，具有较高的可靠性；

(4)本发明链带式包带创造性的提出半刚性设计和限位设计的方法，解决了传统绳带式、钢带式包带回弹影响反射器展开的问题，包带自身结构简单、可靠性高，可推广应用于多种星载可展开结构的锁紧和释放，具有广阔的应用前景。

附图说明

图1：本发明包带收拢状态结构示意图；

图2：本发明包带展开状态结构示意图；

图3：本发明连接机构示意图；

图4A：本发明包带收拢状态根部棘爪限位机构示意图；

图4B：本发明包带展开状态根部棘爪限位机构示意图；

图5A：本发明包带收拢状态中间棘爪限位机构示意图；

图5B：本发明包带展开状态中间棘爪限位机构示意图；

图6A：本发明包带收拢状态连杆限位机构示意图；

图6B：本发明包带展开状态连杆限位机构示意图；

图7：本发明包带展开过程示意图；

图8：本发明包带及构架反射器收拢状态示意图；

图9：本发明包带及构架反射器展开状态示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：

本发明的包带适用于多种星载柔性天线反射器的收拢展开，其中构架式天线属于柔性天线的一类重要形式，根据自身收拢形成的六边形形状尺寸由若干组链带式包带组合连接实现反射器锁紧，卫星入轨后根据遥控指令火工品解锁，包带在火工品处解锁分离，从而实现反射器解锁展开。如图1、图2所示，分别为本发明链带式包带结构收拢状态和展开状态示意图，由图可知链带式包带由始端包片1、中间包片2、末端包片3、连接机构4、根部棘爪限位机构5、中间棘爪限位机构6、连杆限位机构7组成。包片数量及长度根据反射器收拢尺寸进行设计，本实施例中，中间包片2共4个。

始端包片1一端安装火工品爆炸螺栓8，另一端设置转角限位斜面；中间包片2两端均设置转角限位斜面；末端包片3一端设置转角限位斜面，另一端通过包带支座10与反射器安装板连接；通过连接机构4的连接作用和转角限位斜面的限位作用，使得始端包片1、中间包片2和末端包片3依次串联组成的包带在收拢状态处于贴合收拢状态反射器外包络的位置，中间包片2片数不小于1；通过连接机构4的连接、驱动作用和转角限位斜面的限位作用，使得包带在展开过程中快于反射器的展开运动，且包片运动并保持于至特定的转角——实施例中，自始端包片1至末端包片3相对相邻包片分别绕转轴沿展开方向转动30°、30°、30°、100°、35°、60°后约束保持；通过连接机构4的连接及驱动作用、包片转角限位斜面和根部棘爪限位机构5、中间棘爪限位机构6、连杆限位机构7的限位约束作用使得包带展开到位后保持于确定的位置和姿态，并具有一定刚度。

如图3所示，连接机构4由包片销轴11、包片卡簧12和包片扭簧13组成，其中包片卡簧12嵌套在包片销轴11一端并固定，包片扭簧13安装在包片销轴11的中部，连接机构4实现转动连接，包片扭簧13实现包带解锁后的展开驱动，根据反射器展开速度的需求设计不同的扭簧刚度。在始端包片1一端、中间包片2两端、末端包片3一端设置转角限位斜面，根据包带在收拢、展开状态的要求位置和展开过程的运动转角范围确定斜面角度，使得包带在收拢状态贴覆反射器收拢外轮廓，包片与反射器为多点接触；展开过程中具有确定的运动转角范围，与反射器展开无干涉；展开到位状态具有确定的姿态和位置。

如图4A、图4B所示，根部棘爪限位机构5由棘爪14、棘爪转轴15、棘爪扭簧16、根部棘爪支架17和根部棘爪套环18组成，根部棘爪支架17为一边开口的框架结构，固定在反射器安装板上；两个棘爪14通过棘爪转轴15和棘爪扭簧16分别安装在根部棘爪支架17开口处的边框端部，棘爪套环17安装于根部包片3上。棘爪14通过棘爪转轴15可绕根部棘爪支架17转动，且通过棘爪扭簧16具有一定保持力矩；由于支架有限位挡块19，棘爪14仅可沿包带展开方向单向旋转，当包带展开根部棘爪套环18顶开棘爪14进入限位约束空间后，根部棘爪套环18及所连接末端包片3无法反向运动离开根部棘爪限位机构5的限位空间。根据末端包片3尺寸可以调节根部棘爪限位机构5的安装位置和限位约束空间尺寸。

如图5A、图5B所示，与根部棘爪限位机构5结构一致，中间棘爪限位机构6由棘爪14、转轴15、扭簧16、中间棘爪支架20和中间棘爪套环21组成，中间棘爪支架20、中间棘爪套环21分别安装在连接机构4所连接的两包片上，位于连接机构4两侧；中间棘爪支架20固定于需要展开限位锁定的靠近末端的中间包片2上，中间棘爪套环21安装于需要展开限位锁定的远离末端的中间包片2上；中间棘爪支架20为一边开口的框架结构，两个棘爪14通过棘爪转轴15和棘爪扭簧16分别安装在中间棘爪支架20开口处的边框端部；棘爪14通过棘爪转轴15绕中间棘爪支架20转动，中间棘爪支架20边框上的有限位挡块19限制棘爪14仅能沿包带展开方向单向旋转，棘爪14与中间棘爪套环21配合完成锁定。当包带展开过程中间棘爪套环21顶开棘爪14进入限位约束空间后，中间棘爪套环21及所连接中间包片2无法反向运动离开中间棘爪限位机构6的限位空间。中间棘爪限位机构6适用于包带展开过程中转角范围大于等于60°的连接机构4所连接两中间包片2的展开限位，可根据包带到位姿态设置在不同的相邻中间包片2上。

如图6A、图6B所示，连杆限位机构7由包片支座凸台22、短连杆23、支架连杆24、连杆扭簧25和连杆销轴26组成，包片支座凸台22设置于连接两中间包片的包片销轴连接机构4一侧，短连杆23和支架连杆24通过连杆扭簧25和连杆销轴26与包片支座凸台22连接，通过设计使包带展开到位姿态，短连杆23、支架连杆24、两中间包片2的支座凸台22和连接机构4构成的四连杆机构位于机构死点位置，实现包带展开运动中，连杆限位机构7运动至该位置对应连接机构4的锁定功能要求。连杆限位机构7适用于包带展开过程中转角范围小于60°的连接机构4所连接两中间包片2的展开限位，可根据包带到位姿态设置在不同的相邻中间包片2上。可根据中间包片2运动转角限位要求调整连杆限位机构7的零件长度。

如图7所示为本发明包带展开过程示意，火工品爆炸螺栓8解锁后，包带由收拢状态，在弹簧元件的作用下自行展开至收拢状态，由位置a到位置d，相应限位机构动作，包带姿态保持。

如图8所示为本发明链带式包带及构架反射器收拢状态示意图，本实施例中反射器由4组链带式包带组成，构架式反射器收拢后，包带通过人为外力折叠至收拢状态；卫星入轨后根据遥控指令火工品爆炸螺栓8解锁，包带在火工品处解锁分离展开。

如图9所示为本发明链带式包带及构架反射器展开状态示意图，包带的各包片通过包片扭簧13的作用绕包片销轴11转动，转动至机械限位处停止，通过包片扭簧13的保持力矩和根部棘爪限位机构5、中间棘爪限位机构6、连杆限位机构7保证包带的展开状态及刚度。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域技术人员的公知技术。

Claims (8)

1.一种链带式星载柔性天线反射器包带，其特征在于：包括包片、连接机构(4)、根部棘爪限位机构(5)、中间棘爪限位机构(6)、连杆限位机构(7)；包片包括始端包片(1)、至少一片中间包片(2)、末端包片(3)；始端包片(1)一端安装火工品爆炸螺栓(8)，另一端设置转角限位斜面；中间包片(2)两端均设置转角限位斜面；末端包片(3)一端设置转角限位斜面，另一端通过包带支座(10)与反射器安装板连接；始端包片(1)、中间包片(2)、末端包片(3)之间通过连接机构(4)的连接；始端包片(1)、中间包片(2)、末端包片(3)之间通过相邻转角限位斜面接触对顶的转角限位作用，使得始端包片(1)、中间包片(2)和末端包片(3)在收拢状态下处于贴合收拢状态反射器外包络的位置，通过连接机构(4)的驱动作用和转角限位斜面的限位作用，使得始端包片(1)、中间包片(2)和末端包片(3)在展开过程中展开到设定的展开角度后停止转动；中间棘爪限位机构(6)、连杆限位机构(7)安装在始端包片(1)、中间包片(2)和末端包片(3)之间，位于连接机构(4)处，对展开后的始端包片(1)、中间包片(2)、末端包片(3)的位置进行固定；根部棘爪限位机构(5)一部分安装在末端包片(3)上，一部分安装在反射器安装板，对展开后的末端包片(3)与反射器安装板之间的相对位置进行固定。

2.根据权利要求1所述的一种链带式星载柔性天线反射器包带，其特征在于：所述连接机构(4)包括包片销轴(11)、包片卡簧(12)和包片扭簧(13)，包片销轴(11)连接相邻的包片，安装在始端包片(1)和中间包片(2)之间、中间包片(2)之间或中间包片(2)和末端包片(3)之间；包片卡簧(12)嵌套在包片销轴(11)一端并固定，包片扭簧(13)安装在包片销轴(11)的中部。

3.根据权利要求1或2所述的一种链带式星载柔性天线反射器包带，其特征在于：所述根部棘爪限位机构(5)包括棘爪(14)、棘爪转轴(15)、棘爪扭簧(16)、根部棘爪支架(17)和根部棘爪套环(18)；根部棘爪支架(17)为一边开口的框架结构，固定在反射器安装板上；两个棘爪(14)通过棘爪转轴(15)和棘爪扭簧(16)分别安装在根部棘爪支架(17)开口处的边框端部，根部棘爪套环(18)安装于末端包片(3)上；棘爪(14)通过棘爪转轴(15)绕根部棘爪支架(17)转动，根部棘爪支架(17)边框上的有限位挡块(19)限制棘爪(14)仅沿包带展开方向单向旋转，棘爪(14)与根部棘爪套环(18)配合完成末端包片(3)的锁定。

4.根据权利要求1或2所述的一种链带式星载柔性天线反射器包带，其特征在于：所述中间棘爪限位机构(6)包括棘爪(14)、转轴(15)、棘爪扭簧(16)、中间棘爪支架(20)、中间棘爪套环(21)；中间棘爪支架(20)、中间棘爪套环(21)分别安装在连接机构(4)所连接的两包片上，位于连接机构(4)两侧；中间棘爪支架(20)为一边开口的框架结构，两个棘爪(14)通过棘爪转轴(15)和棘爪扭簧(16)分别安装在中间棘爪支架(20)开口处的边框端部；棘爪(14)通过棘爪转轴(15)绕中间棘爪支架(20)转动，中间棘爪支架(20)边框上的有限位挡块(19)限制棘爪(14)仅沿包带展开方向单向旋转，棘爪(14)与中间棘爪套环(21)配合完成锁定。

5.根据权利要求4所述的一种链带式星载柔性天线反射器包带，其特征在于：所述中间棘爪支架(20)位于连接机构(4)处、靠近末端包片(3)的一侧，中间棘爪套环(21)位于连接机构(4)处、靠近始端包片(1)的一侧。

6.根据权利要求5所述的一种链带式星载柔性天线反射器包带，其特征在于：所述中间棘爪限位机构(6)安装在转角范围大于等于60°的连接机构(4)所连接的两包片上。

7.根据权利要求1或2所述的一种链带式星载柔性天线反射器包带，其特征在于：所述连杆限位机构(7)包括包片支座凸台(22)、短连杆(23)、支架连杆(24)、连杆扭簧(25)、连杆销轴(26)，两个包片支座凸台(22)分别安装在连接机构(4)所连接的两包片上，位于连接机构(4)两侧；短连杆(23)一端与包片支座凸台(22)连接，另一端与支架连杆(24)连接；支架连杆(24)未与短连杆(23)连接的一端与另一个包片支座凸台(22)连接；包片支座凸台(22)、短连杆(23)、支架连杆(24)之间通过连杆扭簧(25)和连杆销轴(26)连接并实现转动；当包带处于展开到位姿态时，短连杆(23)、支架连杆(24)、支座凸台(22)和连接机构(4)构成的四连杆机构位于机构死点位置。

8.根据权利要求7所述的一种链带式星载柔性天线反射器包带，其特征在于：所述连杆限位机构(7)安装在转角范围小于60°的连接机构(4)所连接两包片上。