CN107039777B - 一种肋网支撑可展开天线反射面及其设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通过刚柔智能转换实现变构型的肋网支撑可展开天线反射面及其设计方法，所述肋网支撑可展开天线反射面包括一层反射面层和一层肋网络结构层，肋网络结构层的网络节点与反射面层固定连接。肋网支撑可展开天线反射面的变构型是通过刚柔智能转换实现的，肋网支撑可展开天线反射面初始状态是成型好的3D立体状空间肋网络结构，地面状态使用时，3D立体状空间肋网络结构经智能诱导转换为二维2D反射面，折叠打包发射入轨后2D反射面智能诱导转换为3D立体状态并固化定型，以结构形状稳定、高刚度的形式在空间工作运行。本发明设计的变构型天线反射面既可以2D状态实现反复折叠展开功能，又可以3D立体状态实现高刚度功能。

Description

一种肋网支撑可展开天线反射面及其设计方法

技术领域

本发明涉及通过刚柔智能转换实现变构型的肋网支撑可展开天线反射面及其设计方法，实现天线反射面地面重复折叠，发射入轨后构型转换成高刚度形式，对空间展开天线的应用具有推进作用。

背景技术

随着航天科技的发展，发展大口径、高精度、轻重量的可展开天线是空间展开天线的发展趋势，它在发射过程中处于折叠收纳(收拢)状态，待发射入轨后，由地面指挥中心控制结构按设计要求逐渐展开，成为一个大型空间结构，然后锁定并保持为运营工作状态。薄膜充气展开天线反射面结构由于其高收纳比、高折叠效率、重量低以及展开可靠性性高等优点成为大口径、高精度与轻重量大型空间展开天线结构的典型应用，但其存在的面外结构刚度低和形状不稳定而导致形面精度低等不足，又制约着其在空间结构中的应用；固面天线反射面精度高但折叠效率低、发射成本高。

发明内容

为了解决薄膜空间展开天线反射面的面外结构刚度低和形状不稳定进而导致面形精度低的不足，以及固面天线折叠效率低、发射成本高等不足，本发明提供了一种通过刚柔智能转换实现变构型的肋网支撑可展开天线反射面及其设计方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种通过刚柔智能转换实现变构型的肋网支撑可展开天线反射面，包括一层反射面层和一层肋网络结构层，所述肋网络结构层的网络节点与反射面层固定连接，其中：反射面层提供天线反射面所需的物理功能，肋网络结构层对反射面层提供空间支撑作用，维持反射面结构形状，保证天线反射面的结构稳定性和形面精度。

一种上述通过刚柔智能转换实现变构型的肋网支撑可展开天线反射面的设计方法，包括如下步骤：

步骤1：根据实际应用对象和环境，确定天线反射面层和肋网络结构层制备需使用的材料和肋网络网格类型；

步骤2：基于确定的材料和网格类型，制备3D立体状肋网络结构层，并与反射面层复合成型为肋网支撑天线反射面；

步骤3：将3D立体状态天线反射面智能诱导转变为2D天线反射面；

步骤4：将2D天线反射面折叠打包，以备发射；

步骤5：折叠打包的2D天线反射面发射入轨后，经智能诱导转变为3D立体状态，并在外界刺激下固化定型为肋网支撑天线反射面，以形状稳定、高刚度形式在空间工作运行。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明基于二维转三维立体构型思想，提出了通过刚柔智能转换实现变构型的可展开天线反射面，天线反射面通过刚柔智能转换，可实现变刚度功能，刚度的提升大大提高了天线反射面的形面精度。

2、本发明设计的天线反射面实现变构型的诱导方式简单快捷，智能化。

3、本发明设计的刚柔智能转换的变构型天线反射面既可以2D状态实现反复折叠展开功能，又可以3D立体状态实现高刚度功能。

4、本发明设计的刚柔智能转换实现变构型的肋网支撑天线反射面中，肋网络结构层中的网格类型可进行组网设计和优化，实现不同刚度的调节需求，以满足不同应用对象的要求，适用性广泛。

5、本发明既有利于解决薄膜空间展开天线反射面的面外结构刚度低和面形精度低等不足，又有利于解决固面天线反射面折叠效率低、发射成本高等不足。

附图说明

图1为通过刚柔智能转换实现变构型的肋网支撑可展开天线反射面的组成部分示意图；

图2为通过刚柔智能转换实现变构型的肋网支撑可展开天线反射面3D立体状态下的结构示意图；

图3为通过刚柔智能转换实现变构型的肋网支撑可展开天线反射面2D立体状态下的结构示意图；

图4为通过刚柔智能转换实现变构型的肋网支撑可展开天线反射面通过刚柔智能转换实现变构型过程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

具体实施方式一：如图1-4所示，本实施方式提供的通过刚柔智能转换实现变构型的肋网支撑可展开天线反射面由一层反射面层1和一层肋网络结构层2构成，所述肋网络结构层的网络节点3与反射面层1固定连接，反射面层1提供天线反射面所需的物理功能，肋网络结构层2对反射面层1提供空间支撑作用，维持反射面结构形状，保证天线反射面的结构稳定性和形面精度。

本实施方式中，所述的肋网支撑可展开天线反射面的变构型是通过刚柔智能转换实现的，肋网支撑可展开天线反射面初始状态是成型好的三维（3D）立体状空间肋网络结构，地面状态使用时，3D立体状空间肋网络结构经智能诱导转换为二维（2D）反射面，可重复折叠展开并进行相关性能实验测试，折叠打包好的反射面发射入轨后2D反射面进智能诱导转换为3D立体状态并固化定型，以结构形状稳定、高刚度的形式在空间工作运行，所述的刚柔智能转换是通过使用智能材料实现的。

以肋网络结构层2在2D状态下网格类型为直角型的平面天线发射面为例进行说明，具体设计步骤如下：

步骤1：根据实际应用对象和环境，确定天线反射面层1和肋网络结构层2制备需使用的材料和肋网络网格类型；

步骤2：如图2所示，基于确定的材料和网格类型，采用形状记忆智能材料制备成型3D立体状肋网络结构层，并将网格节点3按规则与反射面层1固定连接，最终复合成型为3D状态的肋网络支撑天线反射面；

步骤3：将3D立体状态肋网支撑天线反射面加热到肋网络结构层材料的形状记忆温度以上，肋网络结构层变软，转变为2D状态（如图3）；

步骤4：2D天线反射面可地面重复折叠展开以及进行相关性能实验测试，折叠打包以备发射；

步骤5：折叠打包的2D天线反射面发射入轨后，对结构加热到肋网络结构层形状记忆材料的恢复温度，结构恢复到3D立体状态为，定型的肋网支撑天线反射面以形状稳定、高刚度形式在空间工作运行。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是，所述肋网络结构层选用的材料为形状记忆合金、形状记忆聚合物和形状记忆复合材料中的一种或几种。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一、二不同的是，所述展开天线反射面的结构形式为平面、抛物面或柱面等。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一~三不同的是，所述肋网络结构层的网格类型为三角型、菱型、六边型、米字型以及不同网格类型的组合形式。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一~四不同的是，所述肋网络结构层的网格节点与反射面层固定连接的方式为胶粘剂粘合、缝合的一种或组合形式。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一~五不同的是，所述形状记忆合金、形状记忆聚合物、形状记忆复合材料的形状记忆效应可以由热、电、磁、电磁、光、化学感应中的一种或多种因素激发。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一~六不同的是，所述反射面层的材料为形状记忆聚合物、形状记忆复合材料中的一种。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一~六不同的是，所述反射面层选用的材料为聚酰亚胺薄膜、聚乙烯薄膜、聚酯薄膜、聚氨酯薄膜等薄膜的一种。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一~六不同的是，所述反射面层选用的材料为金属网。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施一~七不同的是，所述形状记忆复合材料的增强相材料为石墨纤维、碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维、硼纤维、碳化硅纤维或以上纤维织物中的一种或多种。

Claims (9)

1.一种通过刚柔智能转换实现变构型的肋网支撑可展开天线反射面，其特征在于所述肋网支撑可展开天线反射面由一层反射面层和一层肋网络结构层构成，所述肋网络结构层其网络节点与反射面层固定连接，所述肋网支撑可展开天线反射面的变构型是通过刚柔智能转换实现的，其初始状态是成型好的3D立体状空间肋网络结构，地面状态使用时，3D立体状空间肋网络结构经智能诱导转换为2D反射面，折叠打包发射入轨后2D反射面智能诱导转换为3D立体状态并固化定型。

2.根据权利要求1所述的通过刚柔智能转换实现变构型的肋网支撑可展开天线反射面，其特征在于所述肋网络结构层选用的材料为形状记忆合金、形状记忆聚合物和形状记忆复合材料中的一种或几种。

3.根据权利要求1所述的通过刚柔智能转换实现变构型的肋网支撑可展开天线反射面，其特征在于所述肋网支撑可展开天线反射面的结构形式为平面、抛物面或柱面。

4.根据权利要求1或2所述的通过刚柔智能转换实现变构型的肋网支撑可展开天线反射面，其特征在于肋网络结构层的网格类型为直角形、三角型、菱型、六边型、米字型中的一种或几种的组合。

5.根据权利要求1或2所述的通过刚柔智能转换实现变构型的肋网支撑可展开天线反射面，其特征在于所述肋网络结构层的网格节点与反射面层固定连接的方式为胶粘剂粘合、缝合的一种或组合形式。

6.根据权利要求1所述的通过刚柔智能转换实现变构型的肋网支撑可展开天线反射面，其特征在于所述反射面层的材料为聚酰亚胺薄膜、聚乙烯薄膜、聚酯薄膜、聚氨酯薄膜等薄膜的一种。

7.根据权利要求1所述的通过刚柔智能转换实现变构型的肋网支撑可展开天线反射面，其特征在于所述反射面层的材料为形状记忆聚合物、形状记忆复合材料中的一种。

8.根据权利要求1所述的通过刚柔智能转换实现变构型的肋网支撑可展开天线反射面，其特征在于所述反射面层的材料为金属网。

9.一种权利要求1-8任一权利要求所述的通过刚柔智能转换实现变构型的肋网支撑可展开天线反射面的设计方法，其特征在于所述方法步骤如下：

步骤1：根据实际应用对象和环境，确定天线反射面层和肋网络结构层制备需使用的材料和肋网络网格类型；

步骤2：基于确定的材料和网格类型，采用形状记忆智能材料制备成型3D立体状肋网络结构层，并将网格节点按规则与反射面层固定连接，最终复合成型为3D状态的肋网络支撑天线反射面；

步骤3：将3D立体状态肋网支撑天线反射面加热到肋网络结构层材料的形状记忆温度以上，肋网络结构层变软，转变为2D状态；

步骤4：将2D天线反射面折叠打包，以备发射；

步骤5：折叠打包的2D天线反射面发射入轨后，经智能诱导转变为3D立体状态，并在外界刺激下固化定型为肋网支撑天线反射面，以形状稳定、高刚度形式在空间工作运行。

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