CN107482322A - 一种基于张拉结构的可展开抛物柱面天线 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于张拉结构的可展开抛物柱面天线，包括网面支撑机构、网面保持机构、柔索以及金属丝网，金属丝网固定在柔索上，网面支撑机构构成支撑金属丝网的骨架；网面保持机构用来保持抛物柱面的基本形状，使抛物柱面天线有较高的形面精度；柔索交错的设置在网面支撑机构之上，与金属丝网形成所需的抛物柱面形状。收拢时，展开桁架沿直线收缩，网面支撑机构折叠收拢于抛物柱面的两侧，柔索和金属丝网收拢在网面支撑机构的空余空间内；展开时，展开桁架沿直线展开，网面支撑机构向抛物柱面天线的两侧伸展，柔索绷紧支撑金属丝网形成抛物柱面。本发明具有展开口径大、面密度小的优点，可用于空中搜索目标和测定目标方位角。

Description

一种基于张拉结构的可展开抛物柱面天线

技术领域

本发明属于卫星天线技术领域，是一种的可展开网状抛物柱面天线，可应用于空中搜索目标和测定目标方位角。

背景技术

目前，星载天线被广泛应用于各种地球轨道的卫星上，其任务包括对地通信、观测、侦察、遥感、气象等。现代卫星应用要求多功能、大容量、多频段、高功率等都需要天线有较大的口径。通过增加天线的口径，可以使天线有更高的增益和更宽的频率带宽，提高卫星的观测范围和观测精度，同时也减少了地面接收装备的尺寸。但由于火箭的口径和运载能力有限，且从运载的经济性来考虑，需要天线有较轻的质量和较小的收纳体积，空间可展开天线由此应运而生。

传统的抛物柱面反射器天线由金属或金属化的抛物面反射表面构成，由支持构件来支撑，结构整体尺寸与质量较大，无法实现大型化和轻量化。采用展开形式的抛物柱面反射器天线多为充气展开式或柔性自回弹式。其中，充气式天线通过充气展开成抛物柱面天线，柔性自回弹式天线通过自身弹性或形状记忆合金作为驱动来形成抛物柱面。后两种抛物柱面天线虽然降低了收纳体积和质量，但精度往往不如网状天线精度高，且稳定性也存在一定的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于张拉结构的可展开抛物柱面天线，以克服目前的网状天线由于收拢高度或质量等因素无法实现较口径的问题，并拥有较高的形面精度和较小的收拢体积。

本发明的技术方案是：一种基于张拉结构的可展开抛物柱面天线，包括网面支撑机构、网面保持机构、柔索以及金属丝网，所述金属丝网固定在柔索上，所述的网面支撑机构，构成支撑金属丝网的骨架，用来形成抛物柱面的基本形状；所述的网面保持机构，用来保持抛物柱面的基本形状，使抛物柱面天线有较高的形面精度；所述的柔索，交错的设置在网面支撑机构之上，与金属丝网形成所需的抛物柱面形状。

上述的网面支撑机构，包括m个铰接肋展开单元、2个六向接头、0.5m-2个五向接头和0.5m-1个纵向连接杆，其中m≥4，且m为偶数；所述铰接肋展开单元对称安装在抛物柱面的两侧；每个铰接肋展开单元，包括一个连接肋、一个铰接接头、一个连接接头、一个铰接肋；连接肋与铰接肋通过铰接接头、连接接头连接，绕铰接接头旋转；每个铰接肋展开单元通过六向接头对称连接在抛物柱面天线的两端，组成一个抛物面单元，连接肋可绕六向接头的第一接点、第二接点旋转；抛物面单元间通过纵向连接杆相互连接，形成抛物柱面天线的主体。

每个纵向连接杆包括一个前纵向杆、一个后纵向杆和一个同步接头，前纵向杆与后纵向杆通过同步接头连接，且前纵向杆与后纵向杆绕同步接头旋转；每个同步接头，由左圆柱齿轮接头、右圆柱齿轮接头和夹板组成，且夹板固定在左圆柱齿轮接头和右圆柱齿轮接头的两侧，能够实现前纵向杆与后纵向杆的同步转动。

上述的网面保持机构，包括0.5m个单元竖杆、4个中间调整肋、m+4个两端调整肋以及若干个调整索；中间调整肋通过六向接头与网面支撑机构相连接，绕六向接头铰接接点旋转；两端调整肋通过连接接头与网面支撑机构相连接，绕连接接头旋转。

上述的五向接头采用一体结构，五向接头的上侧接点与单元竖杆，采用轴孔连接；五向接头的前侧接点与后纵向杆，五向接头的后侧接点与前纵向杆，五向接头的左侧接点、五向接头的右侧节点与连接肋均采用销连接。

每个五向接头的前侧接点、后侧接点处均设有第一桁架驱动扭簧和第一桁架限位块，所述第一桁架驱动扭簧为折叠桁架展开提供驱动力；所述第一桁架限位块用以限制折叠桁架的展开范围；所述连接肋与五向接头的左侧接点、右侧节点连接处均设有连接肋驱动扭簧和连接肋限位块，所述连接肋驱动扭簧为网面支持机构的展开提供驱动力，所述铰接肋限位块用以限制网面支持机构转动范围。

上述的六向接头采用一体结构，六向接头的上侧接点与单元竖杆，采用轴孔连接；六向接头的左侧接点、右侧接点与连接肋，六向接头的左前侧接点、右前侧接点与中间调整肋，六向接头的后侧节点与前纵向杆均采用销连接；六向接头的后侧节点、右侧节点、左侧节点与五向接头的结构和功能相同。每个六向接头的左前侧接点，右前侧接点处均设有第二桁架驱动扭簧和第二桁架限位块，所述第二桁架驱动扭簧为中间调整肋展开提供驱动力；所述第二桁架限位块用以限制中间调整肋的展开范围。

上述铰接接头与连接肋连接处设有铰接肋驱动扭簧和铰接肋限位块，所述铰接肋驱动扭簧为铰接肋展开单元的展开提供驱动力，所述铰接肋限位块用以限制转动范围。

上述连接接头与铰接肋采用轴孔连接；连接接头与两端调整肋采用销连接；连接接头与两端调整肋连接处设有调整肋驱动扭簧、第一调整肋限位块和第二调整肋限位块，所述铰接肋驱动扭簧为两端调整肋展开提供驱动力，第一调整肋限位块用以限制调整肋的收拢范围，第二调整肋限位块用以限制调整肋的展开范围。

上述柔索，包括l根支撑索、2m+10根调整索和l+2根纵支撑索；所述连接肋与铰接肋上均有多根的短杆，用于形成所需的抛物面形状，每根支撑索，从连接肋上的短杆出发，交于铰接肋处的短杆结束，短杆处开有小孔，以便柔索穿过；每根调整索连接在铰接肋展开单元与网面保持机构之间，用于保证抛物面的基本形状；每根纵支撑索连接在相邻铰接肋展开单元上对应的柔索连接点之间。

本发明的有益效果：本发明与现有技术相比具有如下优点：

1.本发明采用铰接肋展开单元与一维展开桁架的相结合的形式，可实现两个方向的收拢展开，相比于由金属或金属化的抛物面反射器，具有较小的收纳体积和质量。

2.本发明由于采用网面保持机构，通过对柔索的调节，可以使网面支撑机构保持在较理想的位置。同时通过在铰接肋单元上的一段段小短杆，可以形成并保持一个精度较高的抛物面，相比于充气形成的抛物面或柔性自回弹式抛物面有较高的精度。

附图说明

图1是本发明的整体展开结构示意图；

图2是本发明中的网面支撑机构和网面保持机构的结构示意图；

图3是本发明中的铰接肋单元的结构示意图；

图4是本发明中的纵向连接杆结构示意图；

图5是本发明中的五向接头连接关系示意图；

图6是本发明中的六向接头连接关系示意图；

图7是本发明中的铰接接头连接关系示意图；

图8是本发明中的连接接头连接关系示意图；

图9是本发明中的网面支撑结构示意图；

图10是本发明的整体收拢示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作进一步的描述。

传统天线往往采用单向展开的形式，无法实现较大的展开口径。本发明的网状抛物柱面天线采用沿两个方向展开的结构形式，将铰接肋展开单元与可展开桁架单元结构相结合，以实现天线有较大的展开口径。参照图1，本发明提供的基于张拉结构的可展开抛物柱面天线，包括网面支撑机构1、网面保持机构2、柔索3、金属丝网4。其中：网面支撑机构1，构成支撑金属丝网4的骨架，用来形成抛物柱面的基本形状；网面保持机构2与网面支撑机构1相连接，用于调节铰接肋展开单元的位置；柔索3交错的安装在网面支撑机构1之上，金属丝网4固定在柔索3上。

参照图2，网面支撑机构1包括m个铰接肋展开单元11、2个六向接头12、0.5m-2个五向接头13和0.5m-1个纵向连接杆14，m≥4，且m为偶数，本实施例取m＝10，这些铰接肋展开单元11对称安装在抛物柱面的两侧。其中：每个纵向连接杆14的结构如图3所示，每个五向接头13的结构如图4所示，每个六向接头12的结构如图5所示。

参照图3，每个铰接肋展开单元，包括一个连接肋111、一个铰接接头112、一个连接接头113、一个铰接肋114；连接肋111与铰接肋114通过铰接接头112、连接接头113连接，绕铰接接头112旋转；每个铰接肋展开单元11通过六向接头12(其中抛物柱面天线两端采用六向接头连接，中间部分采用五向接头连接)对称连接在抛物柱面天线的两端，组成一个抛物面单元，连接肋111可绕六向接头12的第一接点122、第二接点123旋转。抛物面单元间通过纵向连接杆14相互连接，形成抛物柱面天线的主体。

如图4所示，纵向连接杆14包括一个前纵向杆141、一个后纵向杆142和一个同步接头143。同步接头143由一对左、右圆柱齿轮接头及夹板143c构成，夹板143c固定在左圆柱齿轮接头143a和右圆柱齿轮接头143b的两侧，用来连接和固定同步齿轮；左圆柱齿轮接头143a采用轴孔连接前纵向杆141，右圆柱齿轮接头143b采用轴孔连接后纵向杆142，左圆柱齿轮接头143a和143b处有150～180度的角度，以保证前纵向杆141和后纵向杆142绕固定的轴线做同步平面转动。

如图5所示，五向接头13加工为一体结构，具有上侧接点131、右侧节点132、前侧接点133、后侧接点134与左侧接点135这五个方向的连接点，五向接头下侧不设计连接结构，可掏空以减轻接头质量，这些连接点分别对应连接一个单元竖杆211、一个后纵向杆142、一个前纵向杆141和两个连接肋111，其中单元竖杆211与上侧接点131的连接采用轴孔连接，连接后单元竖杆211对上侧接点131无相对移动或转动。后纵向杆142与前侧接点133的连接，前纵向杆141与后侧接点134的连接，均采用销钉连接，且后纵向杆142与前纵向杆141可绕销钉轴线旋转；销钉上装有第一桁架驱动扭簧15，为展开桁架的展开提供驱动力，前侧接点133与后侧接点134处设有第一桁架限位块136，以限制后纵向杆142与前纵向杆141相对于五向接头13的旋转角度，使其在0～90度的范围内转动；连接肋111与左侧接点135、右侧节点132处采用销钉连接，连接肋111可绕销钉轴线旋转，销钉上装有连接肋驱动扭簧16，为网面支撑机构1的展开提供驱动力，左侧接点135、右侧节点132处带有连接肋限位块137，以限制连接肋111相对于五向接头13的展开角度，使其在0～90度的范围内转动。

如图6所示，六向接头12加工为一体结构，具有上侧接点121、右侧节点122、左侧接点123、右前侧接点124、左前侧接点125与后侧接点126这六个方向的连接点，六向接头下侧不设计连接结构，可掏空以减轻接头质量，这些连接点分别对应连接一个单元竖杆211、两个连接肋111、两个中间调整肋212和一个前纵向杆141，其中单元竖杆211与上侧接点121的连接采用轴孔连接，连接后单元竖杆211对上侧接点121无相对移动或转动。六向接头的后侧节点126、右侧节点122、左侧节点123与五向接头的结构和功能相同，在此不再赘述。中间调整肋212与右前侧接点124、左前侧接点125的连接采用销钉连接，中间调整肋212可绕销钉轴线旋转；销钉上装有第二桁架驱动扭簧17，为的中间调整肋212展开提供驱动力，右前侧接点124、左前侧接点125处设有第二桁架限位块127，以限制中间调整肋212相对于六向接头12的旋转角度，使其在0～120度的范围内转动。

参照图7，每个铰接接头的一端与连接接头113采用销钉连接，另一端与连接肋111采用销钉连接，连接接头113与连接肋111均可绕销钉轴线旋转，销钉上装有铰接肋驱动扭簧115，为铰接肋展开单元11的展开提供驱动力，铰接接头下侧带有铰接肋限位块116能够限制铰接肋114与连接肋111间的展开角度，使其处于0～150度的范围内。

参照图8，连接接头113与铰接肋114采用轴孔连接，连接接头113与两端调整肋213、铰接接头112均采用销连接(天线两端单元部分的连接接头113有4个接点，中间单元部分连接接头113有3个接点)，两端调整肋213可绕销钉轴线旋转，连接接头113与两端调整肋213连接处设有调整肋驱动扭簧117、第一调整肋限位块118和第二调整肋限位块119，该铰接肋驱动扭簧117为两端调整肋展开提供驱动力，第一调整肋限位块118用以限制调整肋的收拢范围，第二调整肋限位块119用以限制调整肋的展开范围，使两端调整肋在0～40度范围内转动。

参照图9，本发明的网面支撑机构1包括10个铰接肋展开单元11，每个铰接肋展开单元21包括一个连接肋211、一个铰接接头212和一个丫字肋213；网面保持机构2包括单元竖杆211、中间调整肋212、两端调整肋以及调整索32；铰接肋肋114和连接肋111上均有一段段的小短杆，形成抛物面的基本形状，用以柔索3的捆绑，这10个铰接肋展开单元11分为两组，每组内的5个铰接肋展开单元11采用销钉相互平行的连接在五向接头13(或六向接头12)上，分布于抛物柱面的两侧。

本发明的柔索3包括m根支撑索31、2m+10根调整索32和n根纵支撑索33，本发明的金属丝网4缝于支撑索31与纵支撑索33之上，随着铰接肋展开单元11的展开而逐渐成型。

每根支撑索31连接在一个铰接肋展开单元11上，且从连接肋11处的一端出发，交于铰接肋114的末端，支撑索31用于支撑金属丝网4；网面保持机构用于调整和保持抛物面的位置，调整索32通过与单元竖杆211、中间调整肋212以及两端调整肋213的连接，来保证铰接肋单元11的刚度。纵支撑索33处于上述两组铰接肋展开单元中的每两个相邻铰接肋展开单元11之间，绑在这两个铰接肋展开单元11对应的柔索连接点上，用于支撑金属丝网4。

参照图10，本发明的工作原理如下：

收拢时，首先进行进行网面保持机构2和网面支撑机构1的收拢，将两端调整肋213和中间调整肋212通过铰链进行收拢，使中间调整肋212与单元竖杆211相平行，两端调整肋213与铰接肋213相贴合。此时，进行网面支撑机构1的收拢，使铰接肋114与连接肋111间的角度逐渐减小，连接肋111与单元竖杆211间的角度逐渐减小，铰接肋114与连接肋111折叠收拢于展开桁架的两侧。最后将相邻单元间的纵向连接杆14，沿与单元竖杆211平行的方向折叠，使前纵向杆141与后侧接点134间的角度逐渐减小，后纵向杆142与前侧接点132间的角度逐渐减小，相邻单元间的距离逐渐减小，直至相邻单元接近重合，以此完成展开桁架的收拢；支撑索31、调整索32、纵支撑索33和金属丝网4均收拢在桁架，肋之间的空余空间。

展开时，相邻单元间的纵向连接杆14沿与单元竖杆211平行向桁架外部打开，直至第一桁架限位块136对前纵向杆131与后纵向杆132起到限位作用，以此完成展开桁架的展开；铰接肋114与连接肋111展开于展开桁架的两侧，直至连接肋限位块116对连接肋111起到限位作用，铰接114与连接肋111到达最大展开角度，以此完成铰接肋单元的展开，网面保持机构2随铰接肋单元的展开而展开，达到限位位置后停止转动，此时，柔索3绷紧，网面形成所需抛物柱面。

综上所述，本发明包括网面支撑机构、网面保持机构、柔索、金属丝网；所述的网面支撑机构，包括铰接肋展开单元、六向接头、个五向接头和纵向连接杆，铰接肋展开单元通过六向接头(其中抛物柱面天线两端采用六向接头连接，中间部分采用五向接头连接)对称连接在抛物柱面天线的两端，组成一个抛物面单元，抛物面单元间通过纵向连接杆相互连接，形成抛物柱面天线的主体；所述的网面保持机构，包括单元竖杆、中间调整肋、个两端调整肋以及若干个调整索；所述柔索，包括支撑索、调整索、纵支撑索，柔索交错的设置在网面支撑机构之上，与金属丝网形成所需的抛物柱面形状。本发明与现有技术相比具有如下优点：

1.本发明采用铰接肋展开单元与一维展开桁架的相结合的形式，可实现两个方向的收拢展开，相比于由金属或金属化的抛物面反射器，具有较小的收纳体积和质量。

2.本发明由于采用网面保持机构，通过对柔索的调节，可以使网面支撑机构保持在较理想的位置。同时通过在铰接肋单元上的一段段小短杆，可以形成并保持一个精度较高的抛物面，相比于充气形成的抛物面或柔性自回弹式抛物面有较高的精度。

Claims (10)

1.一种基于张拉结构的可展开抛物柱面天线，包括网面支撑机构(1)、网面保持机构(2)、柔索(3)以及金属丝网(4)，所述金属丝网(4)固定在柔索(3)上，其特征在于：

所述的网面支撑机构(1)，构成支撑金属丝网(4)的骨架，用来形成抛物柱面的基本形状；

所述的网面保持机构(2)，用来保持抛物柱面的基本形状，使抛物柱面天线有较高的形面精度；

所述的柔索(3)，交错的设置在网面支撑机构(1)之上，与金属丝网(4)形成所需的抛物柱面形状。

2.根据权利要求1所述的一种基于张拉结构的可展开抛物柱面天线，其特征在于：

所述的网面支撑机构(1)，包括m个铰接肋展开单元(11)、2个六向接头(12)、0.5m-2个五向接头(13)和0.5m-1个纵向连接杆(14)，其中m≥4，且m为偶数；所述铰接肋展开单元(11)对称安装在抛物柱面的两侧；

每个铰接肋展开单元(11)，包括一个连接肋(111)、一个铰接接头(112)、一个连接接头(113)、一个铰接肋(114)；

连接肋(111)与铰接肋(114)通过铰接接头(112)、连接接头(113)连接，绕铰接接头(112)旋转；

每个铰接肋展开单元(11)通过六向接头(12)对称连接在抛物柱面天线的两端，组成一个抛物面单元，连接肋(111)可绕六向接头(12)的第一接点(122)、第二接点(123)旋转；抛物面单元间通过纵向连接杆(14)相互连接，形成抛物柱面天线的主体。

3.根据权利要求2所述的一种基于张拉结构的可展开抛物柱面天线，其特征在于：

每个纵向连接杆(14)包括一个前纵向杆(141)、一个后纵向杆(142)和一个同步接头(143)，前纵向杆(141)与后纵向杆(142)通过同步接头(143)连接，且前纵向杆(141)与后纵向杆(142)绕同步接头(143)旋转；

每个同步接头(143)，由左圆柱齿轮接头(143a)、右圆柱齿轮接头(143b)和夹板(143c)组成，且夹板(143c)固定在左圆柱齿轮接头(143a)和右圆柱齿轮接头(143b)的两侧，能够实现前纵向杆(141)与后纵向杆(142)的同步转动。

4.根据权利要求3所述的一种基于张拉结构的可展开抛物柱面天线，其特征在于：

所述的网面保持机构(2)，包括0.5m个单元竖杆(211)、4个中间调整肋(212)、m+4个两端调整肋(213)以及若干个调整索；

中间调整肋(212)通过六向接头(12)与网面支撑机构(1)相连接，绕六向接头(12)铰接接点旋转；

两端调整肋(213)通过连接接头(113)与网面支撑机构(1)相连接，绕连接接头(113)旋转。

5.根据权利要求4所述的一种基于张拉结构的可展开抛物柱面天线，其特征在于：

所述的五向接头(13)采用一体结构，五向接头(13)的上侧接点(131)与单元竖杆(211)，采用轴孔连接；五向接头(13)的前侧接点(133)与后纵向杆(142)，五向接头(13)的后侧接点(134)与前纵向杆(141)，五向接头(13)的左侧接点(135)、五向接头(13)的右侧节点(132)与连接肋(111)均采用销连接。

6.根据权利要求5所述的一种基于张拉结构的可展开抛物柱面天线，其特征在于：

每个五向接头(13)的前侧接点(133)、后侧接点(134)处均设有第一桁架驱动扭簧(15)和第一桁架限位块(136)，所述第一桁架驱动扭簧(15)为折叠桁架展开提供驱动力；所述第一桁架限位块(136)用以限制折叠桁架的展开范围；

所述连接肋(111)与五向接头的左侧接点(135)、右侧节点(132)连接处均设有连接肋驱动扭簧(16)和连接肋限位块(137)，所述连接肋驱动扭簧(16)为网面支持机构(1)的展开提供驱动力，所述铰接肋限位块(137)用以限制网面支持机构(1)转动范围。

7.根据权利要求4所述的一种基于张拉结构的可展开抛物柱面天线，其特征在于：

所述的六向接头(12)采用一体结构，六向接头(12)的上侧接点(121)与单元竖杆(211)，采用轴孔连接；六向接头(12)的左侧接点(123)、右侧接点(122)与连接肋(111)，六向接头(12)的左前侧接点(125)、右前侧接点(124)与中间调整肋(212)，六向接头(12)的后侧节点(126)与前纵向杆(141)均采用销连接；

六向接头(12)的后侧节点(126)、右侧节点(122)、左侧节点(123)与五向接头(13)的结构和功能相同。

每个六向接头(12)的左前侧接点(125)，右前侧接点(124)处均设有第二桁架驱动扭簧(17)和第二桁架限位块(127)，所述第二桁架驱动扭簧(17)为中间调整肋(212)展开提供驱动力；所述第二桁架限位块(127)用以限制中间调整肋(212)的展开范围。

8.根据权利要求2所述的一种基于张拉结构的可展开抛物柱面天线，其特征在于：

所述铰接接头(112)与连接肋(111)连接处设有铰接肋驱动扭簧(115)和铰接肋限位块(116)，所述铰接肋驱动扭簧(115)为铰接肋展开单元(11)的展开提供驱动力，所述铰接肋限位块(116)用以限制转动范围。

9.根据权利要求4所述的一种基于张拉结构的可展开抛物柱面天线，其特征在于：

所述连接接头(113)与铰接肋(114)采用轴孔连接；连接接头(113)与两端调整肋(213)采用销连接；

连接接头(113)与两端调整肋(213)连接处设有调整肋驱动扭簧(117)、第一调整肋限位块(118)和第二调整肋限位块(119)，所述铰接肋驱动扭簧(117)为两端调整肋展开提供驱动力，第一调整肋限位块(118)用以限制调整肋的收拢范围，第二调整肋限位块(119)用以限制调整肋的展开范围。

10.根据权利要求2所述的一种基于张拉结构的可展开抛物柱面天线，其特征在于：

所述柔索(3)，包括l根支撑索(31)、2m+10根调整索(32)和l+2根纵支撑索(33)；

所述连接肋(111)与铰接肋(114)上均有多根的短杆，用于形成所需的抛物面形状，每根支撑索(31)，从连接肋(111)上的短杆出发，交于铰接肋(114)处的短杆结束，短杆处开有小孔，以便柔索穿过；

每根调整索(32)连接在铰接肋展开单元(11)与网面保持机构(2)之间，用于保证抛物面的基本形状；

每根纵支撑索(33)连接在相邻铰接肋展开单元(21)上对应的柔索连接点之间。