CN107785645A - 一种偏馈式构架反射器展开与指向调整机构 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种偏馈式构架反射器展开与指向调整机构，包括全转动副的偏馈式构架反射器展开机构和可使反射面绕机械接口二维转动的指向调整机构；通过全转动副的展开机构来实现与偏馈式构架反射器的联动展开，并可以在展开完成后，通过安装在展开机构上的指向调整机构，调整展开机构运动构件的长度，来改变构架反射器与展开机构相对位置关系，继而实现构架反射器指向的调整。本发明采用全转动副实现偏馈构架天线展开过程，可以有效避免构架天线在瞬时快速展开过程容易发生的卡滞问题；本发明首次实现空间大型可展开天线反射面在轨波束绕机械接口面二维指向调整功能，大大提升了空间大型可展开天线的在轨实用性。

Description

一种偏馈式构架反射器展开与指向调整机构

技术领域

本发明涉及大型空间可展开桁架式天线的一种收拢与展开方法，属于卫星天线技术领域。

背景技术

四面体单元构架式可展开天线(简称构架天线)是一种大型网状可展开反射面天线，最早由俄罗斯宇航局研制，已经成功应用于“联盟”号飞船、“和平”号空间站上，国内中国空间技术研究院西安分院研制的多副构架天线也实现了在轨的成功应用。

构架天线主体结构是构架式可展开反射器，由四面体单元首尾交错共用顶点与斜边组成支撑结构，每个四面体单元包含四个花盘(顶点)，三根腹杆(斜边)，三根同步折叠杆(收展底边)，为实现收拢与展开功能，同步折叠杆中部设有弹簧驱动的同步齿轮铰链，四面体收拢时同步折叠杆的弹簧元件储能，展开时作为为四面体单元展开驱动力。

构架天线由于其收纳比高，收拢体积小，结构安装方式灵活，已经获得了广泛的应用，未来还有广阔的应用前景。

以往公开报道的偏馈式构架反射器所采用的展开机构为滑轨滑块移动副机构，在构架反射器展开过程中，滑块需跟随构架天线花盘快速运动较长行程，并在展开后为反射器提供边界约束，在此展开过程中，滑块还需要承受构架天线展开过程的偏载作用，并且在构架反射器全展开过程中不能出现运动卡滞，否则将严重影响构架天线展开，致其无法展开到位。因此，现有技术采用的移动副展开机构在构架展开过程中由于天线展开速度快，滑轨展开行程较长，存在滑块运动卡滞导致天线展开失效的技术风险。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，研究了一种新型的构架天线展开机构，采用全转动副实现偏馈构架天线展开，可以有效避免移动副展开机构，解决了构架天线在瞬时快速展开过程容易发生的展开卡滞问题；创造性的研究了一种指向调整机构，可实现空间大型构架天线反射面在轨波束绕机械接口面二维指向调整功能，大大提升了构架天线的在轨实用性。

本发明的技术解决方案是：一种偏馈式构架反射器展开与指向调整机构，该展开和指向调整机构包括第一展开机构、第二展开机构、第一指向调节机构、第二指向调节机构、第三指向调节机构和支撑板，第一展开机构、第二展开机构为全转动副机构，第一展开机构、第二展开机构的端部通过转轴与第一指向调节机构、第二指向调节机构和第三指向调节机构连接，第一指向调节机构、第二指向调节机构和第三指向调节机构通过球铰机构与偏馈式构架反射器的桁架连接，第一展开机构和第二展开机构与偏馈式构架反射器的桁架联动实现偏馈式构架反射器展开，并在反射器展开到位锁定后，通过安装在展开机构端部的第一指向调节机构、第二指向调节机构、第三指向调节机构，调整展开机构与构架反射器连接机构构件的相对位置，继而实现构架天线波束在轨指向的调整。

所述第一展开机构由第一转动臂、第二转动臂以及支链机构组成，第一转动臂、第二转动臂的一端分别与支链结构的两端部通过转轴连接，所述支链机构控制第一转动臂、第二转动臂绕定轴对称张开或者收拢；第一转动臂、第二转动臂的另一端分别通过转轴与第一指向调节机构和第二指向调节机构连接，第一指向调节机构和第二指向调节机构通过球铰链机构与偏馈式构架反射器支撑架连接，第一指向调节机构和第二指向调节机构调节第一球铰链机构、第二铰链机构的升降来调节偏馈式构架反射器南北方向的指向。

所述第二展开机构包括第一非对称折叠杆、第二非对称折叠杆组成，第一非对称折叠杆与第二非对称折叠杆的一端通过公共转轴共同连接，公共转轴通过球铰链机构与偏馈式构架反射器桁架连接，第一非对称折叠杆与第二非对称折叠杆的另一端分别通过转轴对称地连接在第三指向调节机构的两端部，第一非对称折叠杆、第二非对称折叠杆展开状态轴线相交于公共转轴，对称布置，第三指向调节机构调节两端部之间的间距，调节公共转轴与第三指向调节机构之间的距离，从而调整偏馈式构架反射器东西方向的指向。

所述第一指向调节机构和第二指向调节机构包括连接角片、驱动电机和升降机构，连接角片一端连接第一转动臂或者第二转动臂，另一端连接驱动电机，驱动电机的转轴与升降机构连接，升降机构通过球铰机构与偏馈式构架反射器支撑架连接，驱动电机的转轴旋转驱动升降机构带动球铰机构升降。

所述第三指向调节机构包括东西指向驱动电机、减速器、第一调整滑块、第二调整滑块、指向调整导轨和调整螺杆，减速器安装在驱动电机转轴上，调整螺杆的螺纹与减速器的外齿轮啮合，第一调整滑块、第二调整滑块固定在调整螺杆两端，一方面，第一调整滑块、第二调整滑块安装在调整导轨上，另一方面，第一调整滑块、第二调整滑块分别与第一非对称折叠杆、第二非对称折叠杆通过转轴连接；东西指向驱动电机驱动减速器运动，使调整螺杆带第一调整滑块、第二调整滑块沿调整导轨方向移动，该调整运动使得第二展开机构的第一非对称折叠杆、第二非对称折叠杆连接的公共转轴可以产生垂直于调整轨道方向的运动。

所述第一非对称折叠杆、第二非对称折叠杆由通过转轴连接的短杆和长杆组成。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)、本发明通过一种全转动副第一展开机构和第二展开机构实现与偏馈式构架反射器的联动展开，有效避免了现有构架天线移动副展开机构快速展开过程容易引发的卡滞问题，大大提高了构架天线展开的可靠性；

(2)、本发明通过第一指向调整机构、第二指向调整机构和第三指向调整机构，改变构架反射器与展开机构连接构件的位置，来改变构架反射器与安装结构的相对角度关系，继而实现构架天线波束在轨指向的调整，提升了构架天线波束在轨适应性，拓展了天线在轨应用领域。

附图说明

图1为本发明实施例第一展开机构示意图；

图2为本发明实施例第一展开机构与第一指向调整机构和第二指向调整机构展开状态示意图；

图3为本发明实施例第一指向调整机构和第二指向调整机构示意图；

图4为本发明实施例第二展开机构收拢连接状态示意图；

图5为本发明实施例第二展开机构展开连接状态示意图；

图6为本发明实施例展开与指向调整机构收拢状态示意图；

图7为本发明实施例展开与指向调整机构展开状态示意图；

图8为本发明实施例展开与指向调整机构展开状态局部放大图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

偏馈式构架反射器通常由反射器侧边的花盘与展开机构联接，展开机构处于反射器一侧，在反射器展开时，收拢构架反射器以展开机构为边界约束，定向膨胀式展开。

本发明针对上述偏馈式构架反射器研制了一种偏馈式构架反射器展开与指向调整机构。该展开与指向调整机构包括第一展开机构、第二展开机构、第一指向调节机构、第二指向调节机构、第三指向调节机构和支撑板。

第一展开机构、第二展开机构为全转动副机构，第一展开机构、第二展开机构的端部通过转轴与第一指向调节机构、第二指向调节机构和第三指向调节机构连接，第一指向调节机构、第二指向调节机构和第三指向调节机构通过球铰机构与偏馈式构架反射器的桁架上的花盘连接，第一展开机构和第二展开机构与偏馈式构架反射器的桁架联动实现偏馈式构架反射器展开，并在反射器展开到位锁定后，通过安装在展开机构端部的第一指向调节机构、第二指向调节机构、第三指向调节机构，调整展开机构与构架反射器连接机构构件的相对位置，继而实现构架天线波束在轨二维指向的调整。

如图1、图2所示，所述第一展开机构由第一转动臂1、第二转动臂2以及支链机构3组成，第一转动臂1、第二转动臂2是构架反射器主体连接与结构支撑部件，第一转动臂1、第二转动臂2的一端分别与支链结构3的两端部通过两个转轴连接，两个转轴分别记为第一转轴4和第二转轴5，第一转轴4处于与第一转动臂1连接的构架反射器花盘收拢与展开位置连线的中心对称面上，第二转轴5处于与第二转动臂2连接的构架反射器花盘收拢与展开位置连线的中心对称面上；第一转动臂1可以绕第一转轴4定轴转动，第二转动臂2可以绕第二转轴5定轴转动，所述支链机构3控制第一转动臂1和第二转动臂2同步等角度反向转动，实现第一转动臂1、第二转动臂2绕定轴对称张开或者收拢；支链机构3可以通过串联的齿轮实现也可以通过皮带实现，可以提高展开机构的刚度。第一转动臂1、第二转动臂2的另一端分别通过第三转轴6和第四转轴7与第一指向调节机构19和第二指向调节机构20连接，第一指向调节机构19和第二指向调节机构20通过球铰链机构与偏馈式构架反射器的桁架连接，第一指向调节机构和第二指向调节机构调节第一球铰链机构、第二铰链机构的升降来调节偏馈式构架反射器南北方向的指向。在该转动过程中，第三转轴6，第四转轴7可以消除第一转动臂1、第二转动臂2转动过程引起的第一指向调节机构19和第二指向调节机构20及其连接的构架反射器花盘的姿态变化。

如图3所示，所述第一指向调节机构19和第二指向调节机构20结构相同，第一指向调节机构19和第二指向调节机构20均包括连接角片24、驱动电机21和升降机构22，连接角片24一端连接第一转动臂或者第二转动臂，另一端连接驱动电机21，驱动电机的转轴与升降机构22连接，升降机构22通过球铰机构与偏馈式构架反射器支撑架的花盘连接，驱动电机21的转轴旋转驱动升降机构22带动球铰机构升降。连接角片24可关于第一转动臂1或者第二转动臂2转动，以满足构架反射器收拢与展开引起的第一指向调整机构和第二指向调整机构姿态变化需求。

如图4、图5所示，所述第二展开机构包括第一非对称折叠杆8、第二非对称折叠杆9组成。所述第一非对称折叠杆8、第二非对称折叠杆9由通过转轴连接的短杆和长杆组成。第一非对称折叠杆8可绕第五转轴10、第六转轴11折叠与展开，第二非对称折叠杆9也可绕第七转轴12、第八转轴13折叠与展开。第一非对称折叠杆8与第二非对称折叠杆9的一端通过公共转轴14共同连接，公共转轴14通过球铰链机构与偏馈式构架反射器桁架上的花盘连接，第一非对称折叠杆8与第二非对称折叠杆9的另一端分别通过转轴对称地连接在第三指向调节机构的两端部，第一非对称折叠杆8、第二非对称折叠杆9展开状态轴线相交于公共转轴14，对称布置，第三指向调节机构调节两端部之间的间距，可以实现两非对称折叠杆公共转轴14的直线运动，调节公共转轴14与第三指向调节机构之间的距离，从而调整偏馈式构架反射器东西方向的指向。

所述第三指向调节机构包括东西指向驱动电机25、减速器26、第一调整滑块27、第二调整滑块28、指向调整导轨29和调整螺杆30，减速器26安装在驱动电机25转轴上，调整螺杆30的螺纹与减速器26的外齿轮啮合，第一调整滑块27、第二调整滑块28固定在调整螺杆30两端，一方面，第一调整滑块27、第二调整滑块28安装在调整导轨29上，另一方面，第一调整滑块27、第二调整滑块28分别与第一非对称折叠杆8、第二非对称折叠杆9通过转轴连接，记为第九转轴16、第十转轴17；东西指向驱动电机25驱动减速器26运动，使调整螺杆30带第一调整滑块27、第二调整滑块28沿调整导轨29方向移动，该调整运动使得第二展开机构的第一非对称折叠杆8、第二非对称折叠杆9连接的公共转轴14可以产生垂直于调整轨道29方向的运动。

支撑板18是第一展开机构、第三指向调节结构的连接结构板，同时可为构架反射器包带机构、锁紧装置提供安装接口。

本发明实施例的偏馈式构架反射器展开与指向调整机构的展开与指向调整过程如下：

展开过程：

如图6所示，收拢状态下的构架反射器通过包带等约束固定到支撑板18上，去除包带约束后，上展开机构的第一转动臂1、第二转动臂2分别通过连接角片24和第一指向调整机构19、第二指向调整机构20实现与构架反射器连接花盘的联动展开。展开过程中，第一转动臂1、第二转动臂2根部由上展开支链机构3实现分别绕第一转轴4、第二转轴5转动定轴同步反向转动，顶部分别通过第三转轴6、第四转轴7跟随连接角片24运动，连接角片24通过升降机构22、球铰链机构23与构架反射器连接花盘连接，由构架反射器展开动力驱动。下展开机构的第一非对称折叠杆8绕自身第五转轴10、第六转轴11展开，第二非对称折叠杆9绕自身第七转轴12、第八转轴13展开，二者由于具有公共转轴14，且各自的第九转轴16、第十转轴17呈对称分布，因此，可以实现展开过程中将公共转轴14沿支撑板18的垂直方向推出展开，展开到位后，第一非对称折叠杆1、第二非对称折叠杆2完全伸直，第五转轴10、第六转轴11、第七转轴12、第八转轴13均被锁定限位，第一非对称折叠杆1、第二非对称折叠杆2长度被固定，为展开状态构架反射器提供稳定的三角形支撑。

指向调整过程：

如图7、图8所示，第一指向调整机构19和第二指向调整机构20在轨指向调整时，同时通过驱动电机21驱动升降机构22，使得第一指向调整机构19和第二指向调整机构20产生大小相同、方向相反的位移增量，该驱动位移使得与第一指向调整机构19、第二指向调整机构20上球铰链机构23相连的两个花盘产生相对错动，两个花盘的位移错动量将使得构架反射器与支撑板18产生沿两个花盘连线中性面方向的相对角度，该角度方向根据卫星天线通常在卫星东西板上的安装与布局情况，反映到天线在轨波束指向为地球表面的南边方向，因此，实现了构架天线在轨波束南北方向的指向调整。东西指向机构在轨指向调整时，在构架反射器完全展开状态下，由东西指向驱动电机25带动减速器26转动，减速器26输出端通过调整螺杆30，使第一调整滑块27、第二调整滑块28相向或背离运动，由此引起的第一非对称折叠杆8、第二非对称折叠杆9公共转轴14产生垂直于支撑板18方向的运动，该运动迫使构架反射器与下展开机构的连接花盘可以绕构架反射器与上展开机构连接的两个花盘球铰链中心的连线轴转动，继而得到构架反射器可绕展开机构的支持板产生点头或抬头的运动自由度，构架反射面可以实现东西指向调整。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (6)

1.一种偏馈式构架反射器展开与指向调整机构，其特征在于：包括第一展开机构、第二展开机构、第一指向调节机构、第二指向调节机构、第三指向调节机构和支撑板，第一展开机构、第二展开机构为全转动副机构，第一展开机构、第二展开机构的端部通过转轴与第一指向调节机构、第二指向调节机构和第三指向调节机构连接，第一指向调节机构、第二指向调节机构和第三指向调节机构通过球铰机构与偏馈式构架反射器的桁架连接，第一展开机构和第二展开机构与偏馈式构架反射器的桁架联动实现偏馈式构架反射器展开，并在反射器展开到位锁定后，通过安装在展开机构端部的第一指向调节机构、第二指向调节机构、第三指向调节机构，调整展开机构与构架反射器连接机构构件的相对位置，继而实现构架天线波束在轨指向的调整。

2.根据权利要求1所述的一种偏馈式构架反射器展开与指向调整机构，其特征在于：所述第一展开机构由第一转动臂(1)、第二转动臂(2)以及支链机构组成，第一转动臂(1)、第二转动臂(2)的一端分别与支链结构的两端部通过转轴连接，所述支链机构控制第一转动臂、第二转动臂绕定轴对称张开或者收拢；第一转动臂(1)、第二转动臂(2)的另一端分别通过转轴与第一指向调节机构和第二指向调节机构连接，第一指向调节机构和第二指向调节机构通过球铰链机构与偏馈式构架反射器支撑架连接，第一指向调节机构和第二指向调节机构调节第一球铰链机构、第二铰链机构的升降来调节偏馈式构架反射器南北方向的指向。

3.根据权利要求1所述的一种偏馈式构架反射器展开与指向调整机构，其特征在于：所述第二展开机构包括第一非对称折叠杆(8)、第二非对称折叠杆(9)组成，第一非对称折叠杆(8)与第二非对称折叠杆(9)的一端通过公共转轴(14)共同连接，公共转轴(14)通过球铰链机构与偏馈式构架反射器桁架连接，第一非对称折叠杆(8)与第二非对称折叠杆(9)的另一端分别通过转轴对称地连接在第三指向调节机构的两端部，第一非对称折叠杆(8)、第二非对称折叠杆(9)展开状态轴线相交于公共转轴(14)，对称布置，第三指向调节机构调节两端部之间的间距，调节公共转轴与第三指向调节机构之间的距离，从而调整偏馈式构架反射器东西方向的指向。

4.根据权利要求2所述的一种偏馈式构架反射器展开与指向调整机构，其特征在于：所述第一指向调节机构和第二指向调节机构包括连接角片(24)、驱动电机(21)和升降机构(22)，连接角片(24)一端连接第一转动臂或者第二转动臂，另一端连接驱动电机(21)，驱动电机的转轴与升降机构(22)连接，升降机构(22)通过球铰机构与偏馈式构架反射器支撑架连接，驱动电机的转轴旋转驱动升降机构带动球铰机构升降。

5.根据权利要求3所述的一种偏馈式构架反射器展开与指向调整机构，其特征在于：所述第三指向调节机构包括东西指向驱动电机(25)、减速器(26)、第一调整滑块(27)、第二调整滑块(28)、指向调整导轨(29)和调整螺杆(30)，减速器(26)安装在驱动电机(25)转轴上，调整螺杆(30)的螺纹与减速器(26)的外齿轮啮合，第一调整滑块(27)、第二调整滑块(28)固定在调整螺杆(30)两端，一方面，第一调整滑块(27)、第二调整滑块(28)安装在调整导轨(29)上，另一方面，第一调整滑块(27)、第二调整滑块(28)分别与第一非对称折叠杆(8)、第二非对称折叠杆(9)通过转轴连接；东西指向驱动电机(25)驱动减速器(26)运动，使调整螺杆(30)带第一调整滑块(27)、第二调整滑块(28)沿调整导轨(29)方向移动，该调整运动使得第二展开机构的第一非对称折叠杆(8)、第二非对称折叠杆(9)连接的公共转轴(14)可以产生垂直于调整轨道(29)方向的运动。

6.根据权利要求3所述的一种偏馈式构架反射器展开与指向调整机构，其特征在于：所述第一非对称折叠杆(8)、第二非对称折叠杆(9)由通过转轴连接的短杆和长杆组成。