CN106887714B - 充气展开式索网反射面天线反射器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种充气展开式索网反射面天线反射器，所述反射器的反射面为金属反射网，所述金属反射网附着在一张拉索网结构上，其特征在于，所述张拉索网结构外套接有一充气展开结构；工作状态时，通过对所述充气展开结构充气实现所述张拉索网结构的展开并为其提供保持型面的张紧力。本发明具有结构简单、展开可靠性高、收纳率大、质量轻等优点，其在大型，尤其是超大型星载天线领域有着广泛的应用前景，若批量投入市场必将产生积极的社会效益和显著的经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及星载可展开天线技术领域，尤其涉及一种结合充气结构和索网结构的充气展开式索网反射面天线反射器。
背景技术
自上世纪60年代中期以来，随着航天技术在卫星广播、空间通讯、深空探测、电子侦查以及射电天文观测等领域的应用的逐步深入，人们对装载在航天器上的天线性能需求与日俱增。星载天线作为航天器必备的载荷，为获取更大的天线增益和信号接收能力，正朝着大口径、高精度的方向发展。由于运载火箭的运载能力和装载空间限制，传统的固面天线已无法满足设计需求，这就要求天线在发射前处于折叠状态，待航天器进入空间轨道后，天线在控制指令下逐步展开，最终锁定在运营工作状态。
可展开天线是在目前运载火箭能力下实现大口径天线的有效形式。按照反射面的类型，可展开天线可分为3类：固体反射面可展开天线、充气反射面天线和索网反射面天线。固体反射面可展开天线秉承了传统固面天线的优点，可以实现很高的形面精度，但其折叠后的体积和质量仍然很大，限制了天线的口径和在轨应用。充气反射面天线可以做到超大口径，且质量很轻，但通过对薄膜材料充气形成的反射面形面精度较低，结构热稳定性较差，技术成熟度低，难以实现广泛的工程应用。索网反射面天线在展开口径、收纳率、面密度和形面精度方面都有较好的表现，是目前应用最为广泛的一类可展开天线，但无论环形桁架式索网天线还是径向肋式索网天线，他们的展开机构都比较复杂，展开过程可能会发生索网与支撑结构的缠绕和钩挂，从而导致天线展开失败。
发明内容
根据上述提出的技术问题，提供一种充气展开式索网反射面天线反射器。本发明采用的技术手段如下：
一种充气展开式索网反射面天线反射器，所述反射器的反射面为金属反射网，所述金属反射网附着在一张拉索网结构上，所述张拉索网结构外套接有一充气展开结构；
工作状态时，通过对所述充气展开结构充气实现所述张拉索网结构的展开并为其提供保持型面的张紧力。
所述张拉索网结构包括反射面索网和背部索网；
所述张拉索网结构展开时，所述反射面索网呈六边形曲面状，所述反射面索网外沿所围空间内均匀布满多个多边形索网单元Ⅰ，所述反射面索网外沿的每条边的中部分别设有等腰三角形连接索网Ⅰ，所述等腰三角形连接索网Ⅰ的两侧分别设有三角形连接索网Ⅰ，所述等腰三角形连接索网Ⅰ和所述三角形连接索网Ⅰ的底边均为所述反射面索网外沿的边的一部分，所述反射面索网的内部节点均位于一旋转抛物面Ⅰ上，所述反射面索网的顶点，所述等腰三角形连接索网Ⅰ的自由端和所述三角形连接索网Ⅰ的自由端位于一圆Ⅰ上；
所述张拉索网结构展开时，所述背部索网呈六边形曲面状，所述背部索网外沿所围空间内均匀布满多个多边形索网单元Ⅱ，所述背部索网外沿的每条边的中部分别设有等腰三角形连接索网Ⅱ，所述等腰三角形连接索网Ⅱ的两侧分别设有三角形连接索网Ⅱ，所述等腰三角形连接索网Ⅱ和所述三角形连接索网Ⅱ的底边均为所述背部索网外沿的边的一部分，所述背部索网的内部节点均位于一旋转抛物面Ⅱ上，所述背部索网的顶点，所述等腰三角形连接索网Ⅱ的自由端和所述三角形连接索网Ⅱ的自由端位于一圆Ⅱ上；
所述反射面索网在水平面上的正投影与所述背部索网在水平面上的正投影重合；
所述多边形索网单元Ⅰ的节点与所述多边形索网单元Ⅱ的相对应的节点之间设有纵向拉索；
所述充气展开结构充气展开时，所述充气展开结构呈环形柱体状；
所述旋转抛物面Ⅰ与所述充气展开结构的上部内侧相切，切线为所述圆Ⅰ；
所述旋转抛物面Ⅱ与所述充气展开结构的下部内侧相切，切线为所述圆Ⅱ；
所述金属反射网附着在所述反射面索网上。
所述充气展开结构为薄膜结构，材质为浸过树脂的Kevlar。所述Kevlar为凯夫拉，是美国杜邦(DuPont)公司研制的一种芳纶纤维材料产品的品牌名，材料原名叫“聚对苯二甲酰对苯二胺”，化学式的重复单位为-[-CO-C6H4-CONH-C6H4-NH-]-接在苯环上的酰胺基团为对位结构(间位结构为另一项商标名为Nomex的产品，俗称防火纤维)。
所述张拉索网结构的材质为Kevlar纤维。
所述金属反射网为镀金钼网。
所述旋转抛物面Ⅰ与所述旋转抛物面Ⅱ的焦距相等。
所述多边形索网单元Ⅰ和所述多边形索网单元Ⅱ均为三角形索网单元。
本发明的工作过程为：所述充气展开式索网反射面天线反射器在发射前处于折叠状态装载在火箭整流罩内，卫星入轨后，由机械臂将所述充气展开式索网反射面天线反射器送至距离馈源一定距离的设计位置并固定。然后向所述充气展开结构充气，所述张拉索网结构以及所述金属反射网随之慢慢展开，当所述充气展开结构达到设定压强时，所述张拉索网结构以及所述金属反射网完全展开并形成满足设计要求的型面精度。持续向所述充气展开结构充气使其保持在设定压强，待所述充气展开结构固化后停止充气并将其密封，这时所述充气展开式索网反射面天线反射器便可实现长期在轨工作。
与现有的索网反射面天线反射器相比，本发明的有益效果是：
1.本发明由充气结构和索网结构组成，相比于现有的索网反射面天线质量更轻。
2.由于本发明的支撑机构为充气结构，因此其在发射前拥有更大的折叠收纳率，可以实现超大口径(100m级口径)的反射器。
3.本发明用充气展开结构代替环形桁架结构，使得本发明的展开机构更简单可靠，降低了展开复杂性，增加了展开成功率。
综上所述本发明具有结构简单、展开可靠性高、收纳率大、质量轻等优点，其在大型，尤其是超大型星载天线领域有着广泛的应用前景，若批量投入市场必将产生积极的社会效益和显著的经济效益。
基于上述理由本发明可在星载可展开天线技术等领域广泛推广。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明的具体实施方式中充气展开式索网反射面天线反射器的俯视图。
图2是本发明的具体实施方式中金属反射网的主视图。
图3是本发明的具体实施方式中金属反射网的俯视图。
图4是本发明的具体实施方式中张拉索网结构的主视图。
图5是本发明的具体实施方式中金属反射网附着在张拉索网上的主视图。
图6是本发明的具体实施方式中反射面索网的俯视图。
图7是本发明的具体实施方式中背部索网的俯视图。
具体实施方式
如图1-图7所示，一种充气展开式索网反射面天线反射器，所述反射器的反射面为金属反射网1，所述金属反射网1附着在一张拉索网结构2上，所述张拉索网结构2外套接有一充气展开结构3；
所述张拉索网结构2包括反射面索网21和背部索网22；
所述张拉索网结构2展开时，所述反射面索网21呈六边形曲面状，所述反射面索网21外沿所围空间内均匀布满多个三角形索网单元，所述反射面索网21外沿的每条边的中部分别设有等腰三角形连接索网Ⅰ211，所述等腰三角形连接索网Ⅰ211的两侧分别设有三角形连接索网Ⅰ212，所述等腰三角形连接索网Ⅰ211和所述三角形连接索网Ⅰ212的底边均为所述反射面索网21外沿的边的一部分，所述反射面索网21的内部节点均位于一旋转抛物面Ⅰ上，所述反射面索网21的顶点，所述等腰三角形连接索网Ⅰ211的自由端和所述三角形连接索网Ⅰ212的自由端位于一圆Ⅰ上；
所述张拉索网结构2展开时，所述背部索网22呈六边形曲面状，所述背部索网22外沿所围空间内均匀布满多个三角形索网单元，所述背部索网22外沿的每条边的中部分别设有等腰三角形连接索网Ⅱ221，所述等腰三角形连接索网Ⅱ221的两侧分别设有三角形连接索网Ⅱ222，所述等腰三角形连接索网Ⅱ221和所述三角形连接索网Ⅱ222的底边均为所述背部索网22外沿的边的一部分，所述背部索网22的内部节点均位于一旋转抛物面Ⅱ上，所述背部索网22的顶点，所述等腰三角形连接索网Ⅱ221的自由端和所述三角形连接索网Ⅱ222的自由端位于一圆Ⅱ上；
所述反射面索网21在水平面上的正投影与所述背部索网22在水平面上的正投影重合；
所述等腰三角形连接索网Ⅰ211在水平面上的正投影与所述等腰三角形连接索网Ⅱ221在水平面上的正投影重合；
所述三角形连接索网Ⅰ212在水平面上的正投影与所述三角形连接索网Ⅱ222在水平面上的正投影重合；
所述反射面索网21上的三角形索网单元的节点与所述背部索网22上的三角形索网单元的相对应的节点之间设有纵向拉索23；
所述充气展开结构充气展开时，所述充气展开结构3呈环形柱体状；
所述旋转抛物面Ⅰ与所述充气展开结构3的上部内侧相切，切线为所述圆Ⅰ；
所述旋转抛物面Ⅱ与所述充气展开结构3的下部内侧相切，切线为所述圆Ⅱ；
所述金属反射网1附着在所述反射面索网21上。
所述充气展开结构3为薄膜结构，材质为浸过树脂的Kevlar。
所述张拉索网结构2的材质为Kevlar纤维。
所述金属反射网1为镀金钼网。
所述旋转抛物面Ⅰ与所述旋转抛物面Ⅱ的焦距相等。
工作状态时，通过对所述充气展开结构3充气实现所述张拉索网结构2的展开并为其提供保持型面的张紧力。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种充气展开式索网反射面天线反射器，所述反射器的反射面为金属反射网，所述金属反射网附着在一张拉索网结构上，其特征在于，所述张拉索网结构外套接有一充气展开结构；
工作状态时，通过对所述充气展开结构充气实现所述张拉索网结构的展开并为其提供保持型面的张紧力；
所述张拉索网结构包括反射面索网和背部索网；
所述张拉索网结构展开时，所述反射面索网呈六边形曲面状，所述反射面索网外沿所围空间内均匀布满多个多边形索网单元Ⅰ，所述反射面索网外沿的每条边的中部分别设有等腰三角形连接索网Ⅰ，所述等腰三角形连接索网Ⅰ的两侧分别设有三角形连接索网Ⅰ，所述等腰三角形连接索网Ⅰ和所述三角形连接索网Ⅰ的底边均为所述反射面索网外沿的边的一部分，所述反射面索网的内部节点均位于一旋转抛物面Ⅰ上，所述反射面索网的顶点，所述等腰三角形连接索网Ⅰ的自由端和所述三角形连接索网Ⅰ的自由端位于一圆Ⅰ上；
所述张拉索网结构展开时，所述背部索网呈六边形曲面状，所述背部索网外沿所围空间内均匀布满多个多边形索网单元Ⅱ，所述背部索网外沿的每条边的中部分别设有等腰三角形连接索网Ⅱ，所述等腰三角形连接索网Ⅱ的两侧分别设有三角形连接索网Ⅱ，所述等腰三角形连接索网Ⅱ和所述三角形连接索网Ⅱ的底边均为所述背部索网外沿的边的一部分，所述背部索网的内部节点均位于一旋转抛物面Ⅱ上，所述背部索网的顶点，所述等腰三角形连接索网Ⅱ的自由端和所述三角形连接索网Ⅱ的自由端位于一圆Ⅱ上；
所述反射面索网在水平面上的正投影与所述背部索网在水平面上的正投影重合；
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所述充气展开结构充气展开时，所述充气展开结构呈环形柱体状；
所述旋转抛物面Ⅰ与所述充气展开结构的上部内侧相切，切线为所述圆Ⅰ；
所述旋转抛物面Ⅱ与所述充气展开结构的下部内侧相切，切线为所述圆Ⅱ；
所述金属反射网附着在所述反射面索网上。
2.根据权利要求1所述的充气展开式索网反射面天线反射器，其特征在于：所述充气展开结构为薄膜结构，材质为浸过树脂的Kevlar。
3.根据权利要求1所述的充气展开式索网反射面天线反射器，其特征在于：所述张拉索网结构的材质为Kevlar纤维。
4.根据权利要求1所述的充气展开式索网反射面天线反射器，其特征在于：所述金属反射网为镀金钼网。
5.根据权利要求1所述的充气展开式索网反射面天线反射器，其特征在于：所述旋转抛物面Ⅰ与所述旋转抛物面Ⅱ的焦距相等。
6.根据权利要求1所述的充气展开式索网反射面天线反射器，其特征在于：所述多边形索网单元Ⅰ和所述多边形索网单元Ⅱ均为三角形索网单元。
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