CN107658570A - 一种可展开高精度固面反射面天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可展开高精度固面反射面天线，其特征在于：馈源与支架系统、中心圆盘、星体连接中心圆筒、等分圆周的若干扇片反射面板、支撑链杆、板端约束联系柱、内圈单向铰、外圈单向铰、拉簧，所述馈源与支架系统和星体连接中心圆筒分别固接在中心圆盘两侧，所述中心圆盘、支撑链杆、扇片反射面板分别通过内圈单向铰和外圈单向铰相联系，所述板端约束联系柱铆接在扇片反射面板端部两侧，并通过所述拉簧联系相邻扇片的板端约束联系柱。本发明可应用于需要高精度、大口径的反射面天线的航天飞行器实际工程，具有良好的收纳比、整体稳定性和动力学性能。本发明结构轻质，形式简单，设计灵活，应用广泛，具有良好的军用和民用市场前景。

Description

一种可展开高精度固面反射面天线

技术领域

本发明涉及航天飞行器结构工程相关技术领域，具体涉及一种可展开高精度固面反射面天线。

背景技术

空间可展开结构被广泛应用于航天飞行器实际工程，以满足轻质、高收纳比以及实际工作性能等要求，保证航天器结构在运载火箭发射阶段收纳在较小的整流罩空间内并在进入轨道后能够顺利展开成型进入工作状态。反射面天线作为航天飞行器上的一个重要组成部分，由于需要通过提高反射面型面精度和扩大反射面口径来获得更高的增益，尤为需要采用合理的可展开结构形式。

目前，可展开反射面天线的结构形式主要包括：可展开固面反射面天线、可展开网面反射面天线和充气反射面天线三类。相比后两者，可展开固面反射面天线实际工程应用较少，主要原因在于其本身结构形式：通过将反射面分割成若干个实面部分并以一定形式进行收纳，每个实面部分的反射面型面通过自身的结构刚度维持。因此，可展开固面反射面天线自身的缺陷是收纳比不好，而对应的优点是可以维持较高的精度。

目前现有的可展开固面反射面天线的构想和技术，存在的缺陷或不足如下：

(1)收纳比不佳。反射面的分块数越少，可展开的结构形式越简单，可靠性越好，相应的收纳效果就很差，因而无法进一步提高反射面的口径，应用推广也受到了限制。

(2)整体稳定性差。目前可展开固面反射面天线最常见的结构形式就是沿圆周等分成若干个扇片，然而扇片之间相对独立且没有联系，形成的悬臂式结构在振动下尤为不利，各扇片不能形成一个整体的结构，反射面的型面精度大大降低，应用推广同样也受到了限制。

(3)动力学性能不理想。由于可展开固面反射面天线通过固面自身结构刚度维持反射面型面精度，自身刚度水平较高且基频容易与星体基频或者运载火箭发射基频相合而造成共振，结构基频也不易于调整，因此应用推广受到了限制。

因此为了更好地发挥固面反射面天线的高精度优势，同时又改善收纳比、整体稳定性以及动力学性能，提出一种新型的可展开高精度固面反射面天线结构形式，以进一步拓展此类天线的实际工程应用。

发明内容

本发明解决的技术问题是：基于现有技术的缺陷和不足，本发明提供一种可展开高精度固面反射面天线结构，通过合理布置联系构件和转动铰链以改善结构的整体稳定性和动力学性能，提高固面反射面天线的型面精度和工作性能。

本发明的技术方案是：一种可展开高精度固面反射面天线，包括若干扇片反射面板3和中心圆盘2，扇片反射面板3一端与中心圆盘2铰接，若干扇片反射面板3展开时绕中心圆盘2周向均布；还包括若干连接柱5、若干拉簧9和若干支撑链杆4；其中设扇片反射面板3靠近中心圆盘2的一侧为M端，远离中心圆盘2的一侧为N端，N端两侧的角点处设有连接柱5，且相邻的两个扇片反射面板3上，N端相邻的两个角点处的连接柱5之间通过拉簧9进行连接；中心圆盘2上设有内圈单向铰7，扇片反射面板3M端上设有外圈单向铰8；支撑链杆4两端分别与内圈单向铰7和外圈单向铰8铰接；内圈单向铰7的旋转轴沿着中心圆盘2的轴线在同一圆弧上周向布置，外圈单向铰8的旋转轴沿着扇片反射面板3的对称轴在同一圆弧上径向布置；当若干扇片反射面板3同方向收缩时，扇片反射面板3分别沿内圈单向铰7和外圈单向铰8轴线进行转动，拉簧9伸长，收拢成扇片围绕着中心馈源支架的筒状结构，完全收拢后用约束包带锁紧；当若干扇片反射面板3同方向展开时，扇片反射面板3分别沿内圈单向铰7和外圈单向铰8轴线进行转动，拉簧9收缩，最终根据限位设计达到完全展开状态并锁紧。

本发明的进一步技术方案是：中心圆盘2和所有扇片反射面板3在结构完全展开后，形成一个完整的抛物反射面。

本发明的进一步技术方案是：结构在完全收拢时，拉簧9拉伸弹性变形最大，通过约束包带锁紧；结构在完全展开时，拉簧9收拢至最小并维持拉力，同时配合各面板和铰链的限位构造设计，保持锁紧状态。

本发明的进一步技术方案是：支撑链杆4通过内圈单向铰7与中心圆盘2相连并保证支撑链杆4有着沿其旋转轴的转动的能力；扇片反射面板3通过外圈单向铰8与支撑链杆4相连并保证扇片反射面板3有着沿其旋转轴的转动的能力；在结构展开或收拢时，两个运动副同时作单向转动，在拉簧9的作用下协同进行以保证顺利进行。

发明效果

本发明的技术效果在于：本发明与现有固面可展开反射面天线相比，有益效果如下：

(1)良好的收纳比。通过合理最优布置中心圆盘直径以及等分反射面板扇片数，可以得到一个良好的收纳比。

(2)良好的整体稳定性。通过单向铰和支撑链杆将反射面板扇片下部与中心圆盘联系，通过板端约束联系柱和拉簧将扇片与扇片联系，不再是悬臂式的结构而是形成一个具有良好整体稳定性的完整可展开结构。

(3)良好的动力学性能调节能力。通过调整拉簧的张力水平可以调整反射面天线结构在收拢状态和展开状态时的基频，以此能够避开星体基频或者运载火箭发射基频，保证具有良好的动力学性能。

(4)结构设计灵活，应用广泛。可根据不同的有效载荷需求，进行具体的天线结构设计，易于调整设计参数，灵活可变，具有良好的市场前景。

附图说明

图1是本发明一种可展开高精度固面反面天线的展开状态的正面轴侧图；

图2是本发明一种可展开高精度固面反面天线的展开状态的背面轴侧图；

图3是本发明一种可展开高精度固面反面天线的收拢状态的正面轴侧图；

图4是本发明一种可展开高精度固面反面天线的收拢状态的背面轴侧图；

图5是本发明一种可展开高精度固面反面天线的相邻两片展开状态的原理图；

图6是本发明一种可展开高精度固面反面天线的相邻两片收拢状态的原理图；

图中：1-馈源与支架系统、2-中心圆盘、3-等分圆周的若干扇片反射面板(3a-a号反射面板、3b-b号反射面板)、4-支撑链杆(4a-a号反射面板背后的支撑链杆、4b-b号反射面板背后的支撑链杆)、5-板端约束联系柱(5aA-a号反射面板A位置的板端约束联系柱、5aB-a号反射面板B位置的板端约束联系柱、5bA-b号反射面板A位置的板端约束联系柱、5bB-b号反射面板B位置的板端约束联系柱)、6-星体连接中心圆筒、7-内圈单向铰、8-外圈单向铰(8a-a号反射面板背后的外圈单向铰)、9-拉簧(9ab–联系a号和b号反射面板的拉簧)。

具体实施方式

本发明采用的技术方案如下：一种可展开高精度固面反射面天线，具体包括馈源与支架系统、中心圆盘、星体连接中心圆筒、等分圆周的若干扇片反射面板、支撑链杆、板端约束联系柱、内圈单向铰、外圈单向铰、拉簧，所述馈源与支架系统和星体连接中心圆筒分别固接在中心圆盘两侧，所述中心圆盘、支撑链杆、扇片反射面板分别通过内圈单向铰和外圈单向铰相联系，所述板端约束联系柱铆接在扇片反射面板端部两侧，并通过所述拉簧联系相邻扇片的板端约束联系柱。

其中所述的中心圆盘、支撑链杆、扇片反射面板三者联系方式，其特征在于：联系中心圆盘和支撑链杆的内圈单向铰的轴线在中心圆盘的同一半径上沿着环向布置，以保证支撑链杆仅能够沿着铰轴线方向转动；联系支撑链杆和扇片反射面板的外圈单向铰的轴线沿着该扇片面板的对称轴径向布置，以保证扇片反射面板仅能够沿着铰轴线方向转动。

所述的中心圆盘，其特征在于：中心圆盘本身是一种具有较高刚度和型面精度的固面反射面的中心圆部分，正面凹向中心和馈源与支架系统相固接，背面凸向中心和星体连接中心圆筒相固接。

进一步，所述的扇片反射面板，其特征在于：扇片反射面板本身是一种具有较高刚度和型面精度的固面反射面扇片，在所述的支撑链杆和内外圈单向铰联系下，能够有两个方向的转动能力，单个扇片由展开状态到收拢状态的顺序为：扇片反射面板以内圈单向铰轴线向反射面中心轴线转动一定角度，然后扇片反射面板以外圈单向铰轴线整体旋转一定角度，最终收拢成一扇片围绕着中心馈源支架的筒状结构。

所述的板端约束联系柱，其特征在于：板端约束联系柱分别铆接与每块扇片反射面板背面最外侧端部的两个角上，此时所述的拉簧分别联系着前一块扇片外侧的约束联系柱以及后一块扇片内侧的约束联系柱，此时收拢状态下拉簧保持张拉状态，可以通过约束捆绳锁定收拢状态下的反射面结构。

所述的拉簧，其特征在于：拉簧在收拢状态下保持张拉状态，可以作为可展开反射面驱动系统的一部分，当解锁约束捆绳或锁定装置，拉簧在拉力的作用下收缩并带动扇片反射面板展开，最终达到完全展开状态，拉簧收缩到最短并保持一定的张力水平锁死结构，并可以通过调整拉簧的张力水平而调整整个结构的基频。

下面结合附图1-6对本发明进行说明。本发明采用如下技术实施方案：

可展开高精度固面反射面天线主要部件包括(见图1或图2或图3或图4)：馈源与支架系统1、中心圆盘2、等分圆周的若干扇片反射面板3、支撑链杆4、板端约束联系柱5、星体连接中心圆筒6、内圈单向铰7、外圈单向铰8、拉簧9。

中心圆盘2本身是一种具有较高刚度和型面精度的固面反射面(不限于任何形式)的中心圆部分，正面凹向中心和馈源与支架系统1(不限于任何形式)相固接(见图1)，背面凸向中心和星体连接中心圆筒6(不限于任何形式)相固接(见图2)。

中心圆盘2、支撑链杆4、扇片反射面板3三者联系方式(见图2)，联系中心圆盘2和支撑链杆4的内圈单向铰7的轴线在中心圆盘2的同一半径上沿着环向布置，以保证支撑链杆4仅能够沿着铰轴线方向转动；联系支撑链杆4和扇片反射面板3的外圈单向铰8的轴线沿着该扇片面板3的对称轴径向布置，以保证扇片反射面板3仅能够沿着铰轴线方向转动。

扇片反射面板3本身是一种具有较高刚度和型面精度的固面反射面(不限于任何形式)扇片，在支撑链杆4和内外圈单向铰7、8的联系下，能够有两个方向的转动能力，单个扇片由展开状态(见图1或图2)到收拢状态(见图3或图4)的顺序为：扇片反射面板3以内圈单向铰7的轴线向反射面中心轴线转动一定角度，然后扇片反射面板3再以外圈单向铰8的轴线整体旋转一定角度，最终收拢成一扇片围绕着中心馈源支架的筒状结构(见图4)。

板端约束联系柱5分别铆接与扇片反射面板3a和3b背面最外侧端部的两个角A和B上如板端约束联系柱5aA、5aB、5bA、5bB(见图5)，当扇片3a和3b扭转到收拢状态(见图6)时，扇片3a和3b的角A一侧板端约束联系柱5aA和5bA汇聚到内侧圆周上而另一侧柱5aB和5bB分布在外侧圆周上，此时的拉簧9ab分别联系着扇片3a的板端约束联系柱5aB以及扇片3b的板端约束联系柱5bA，此时收拢状态下拉簧9ab保持张拉状态，可以通过约束捆绳锁定收拢状态下的反射面结构。

拉簧9ab在收拢状态(见图6)下保持张拉状态，可以作为可展开反射面驱动系统(不限于任何形式)的一部分，当解锁约束捆绳或锁定装置，拉簧9ab在拉力的作用下收缩并带动扇片反射面板展开，最终达到完全展开状态(见图5)，拉簧9ab收缩到最短并保持一定的张力水平锁死结构，并可以通过调整拉簧9ab的张力水平而调整整个结构的基频。

最终本发明的可展开固面反射面天线工作原理如上述，中心对称后得到展开状态(见图1或图2)和收拢状态(见图3或图4)。支撑链杆4、内圈单向铰7和外圈单向铰8作为反射面板扇片3和中心圆盘2的联系并保持一定的转动能力；板端约束联系柱5和拉簧9作为相邻反射面板扇片3之间的联系保证结构的整体刚度，提高结构的整体稳定性，同时通过调整拉簧9的张力水平可以改善整体结构的动力学性能以及驱动性能。

以上对本发明的一个具体实施方式和工作特性进行了详细完整的说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施方式，不能被认为是本发明的实施范围，不用以限制本发明。凡是依照本发明申请范围所做的变化与改进等，均应归属于本发明的专利涵盖范围之内。

除说明书所述技术特征外，其余技术特征均为本领域技术人员已知技术，为了突出本发明的创新特点，上述技术特征在此不再赘述。

Claims (4)

1.一种可展开高精度固面反射面天线，包括若干扇片反射面板(3)和中心圆盘(2)，扇片反射面板(3)一端与中心圆盘(2)铰接，若干扇片反射面板(3)展开时绕中心圆盘(2)周向均布；其特征在于，还包括若干连接柱(5)、若干拉簧(9)和若干支撑链杆(4)；其中设扇片反射面板(3)靠近中心圆盘(2)的一侧为M端，远离中心圆盘(2)的一侧为N端，N端两侧的角点处设有连接柱(5)，且相邻的两个扇片反射面板(3)上，N端相邻的两个角点处的连接柱(5)之间通过拉簧(9)进行连接；中心圆盘(2)上设有内圈单向铰(7)，扇片反射面板(3)M端上设有外圈单向铰(8)；支撑链杆(4)两端分别与内圈单向铰(7)和外圈单向铰(8)铰接；内圈单向铰(7)的旋转轴沿着中心圆盘(2)的轴线在同一圆弧上周向布置，外圈单向铰(8)的旋转轴沿着扇片反射面板(3)的对称轴在同一圆弧上径向布置；当若干扇片反射面板(3)同方向收缩时，扇片反射面板(3)分别沿内圈单向铰(7)和外圈单向铰(8)轴线进行转动，拉簧(9)伸长，收拢成扇片围绕着中心馈源支架的筒状结构，完全收拢后用约束包带锁紧；当若干扇片反射面板(3)同方向展开时，扇片反射面板(3)分别沿内圈单向铰(7)和外圈单向铰(8)轴线进行转动，拉簧(9)收缩，最终根据限位设计达到完全展开状态并锁紧。

2.如权利要求1所述的一种可展开高精度固面反射面天线，其特征在于，中心圆盘(2)和所有扇片反射面板(3)在结构完全展开后，形成一个完整的抛物反射面。

3.如权利要求1所述的一种可展开高精度固面反射面天线，其特征在于，结构在完全收拢时，拉簧(9)拉伸弹性变形最大，通过约束包带锁紧；结构在完全展开时，拉簧(9)收拢至最小并维持拉力，同时配合各面板和铰链的限位构造设计，保持锁紧状态。

4.如权利要求1所述的一种可展开高精度固面反射面天线，其特征在于，支撑链杆(4)通过内圈单向铰(7)与中心圆盘(2)相连并保证支撑链杆(4)有着沿其旋转轴的转动的能力；扇片反射面板(3)通过外圈单向铰(8)与支撑链杆(4)相连并保证扇片反射面板(3)有着沿其旋转轴的转动的能力；在结构展开或收拢时，两个运动副同时作单向转动，在拉簧(9)的作用下协同进行以保证顺利进行。