CN107943107B - 一种双杆支撑绳索牵引的跟踪反射器系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种双杆支撑绳索牵引的跟踪反射器系统，旨在降低反射器因跟踪速度突变产生的较大冲击和跟踪器的材料消耗，包括反射器和跟踪器，反射器包括外圆环框架、索网组、支撑柱和能量利用装置，跟踪器包括固定支撑杆、伸缩杆、底座、第一绳索、第二绳索、第一电机和第二电机；固定支撑杆和伸缩杆下端分别连接在底座上，上端分别连接在外圆环框架上；第一电机和第二电机固定在底座上；第一绳索和第二绳索上端分别连接在外圆环框架上，下端分别连接在第一电机和第二电机输出轴的线盘上，伸缩杆、第一绳索和第二绳索协同驱动外圆环框架，带动索网组形成的反射面转动，使太阳光或电磁波经反射面反射后汇聚到能量利用装置上，实现对物体的跟踪。

Description

一种双杆支撑绳索牵引的跟踪反射器系统

技术领域

本发明属于机械组件技术领域，涉及一种跟踪反射器系统，具体涉及一种双杆支撑绳索牵引的跟踪反射器系统，可用于地面或舰船上的电磁能或光能的反射和汇聚。

背景技术

随着航天、通信等技术的不断发展，通信、导航、探测、跟踪、测控等应用都离不开地面全可动大型跟踪反射器系统，而且口径越来越大。在能源危机和环境污染日益严重的今天，大型的跟踪反射器系统不仅在电子信息领域得到了广泛的应用，也将在太阳能应用领域得到扩展和应用。

跟踪反射器系统包括反射器和跟踪器，根据跟踪器的结构分为串联式和并联式。并联式跟踪反射器系统的跟踪器包括多个驱动分支，各个驱动分支的一端与反射器相连，另一端与固定平台相连，且各个驱动分支相互独立，共同驱动反射面进行方位俯仰运动，实现反射面对物体的跟踪，具有无累积误差、精度高和刚度高等优点。如申请公布号CN106159458A，名称为“三伸缩杆驱动的环框柱型索网反射系统”的专利申请，公开了一种三伸缩杆驱动的环框柱型索网反射系统。该系统圆形桁架通过球面副连接结构与三根伸缩杆连接，三根伸缩杆通过转动副连接结构与固定平台连接，通过改变三根伸缩杆的长度，使环框柱型索网反射系统的方位角与俯仰角达到所要求的姿态。该系统在保证地面反射器中反射面期望型面精度的条件下，降低了整个反射系统的成本，提高了索网反射面的型面精度和跟踪器的连续跟踪精度。但该系统存在的不足有：跟踪器在对反射器进行驱动是通过用三根伸缩杆实现的，伸缩杆为刚性部件，质量大，运动惯性大，当跟踪速度突变时，会对反射器造成较大冲击，同时，跟踪器耗材较大。

发明内容

本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种双杆支撑绳索牵引的跟踪反射器系统，旨在降低反射器因跟踪速度突变产生的较大冲击和跟踪器的材料消耗。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种双杆支撑绳索牵引的跟踪反射器系统，包括反射器和跟踪器：

所述反射器，采用正馈或偏馈结构，包括外圆环框架1、索网组2、支撑柱3和能量利用装置4：

所述外圆环框架1，包括由多个固定接头101、多个横杆102和多个中间杆103组成的上圆环体和下圆环体，所述固定接头101由两个横向接管和两个支向接管组成，所述上圆环体和下圆环体分别由多个固定接头101和与固定接头101的横向接管相连的横杆102拼接而成，该两个圆环体相对排布，之间通过固定接头101的支向接管与中间杆103固连，形成立体环状框架结构；

所述索网组2，包括成形索201、紧固索202和调整索203；所述成形索201由多根与上圆环体连接的柔性绳索纵横交错编织而成，其上绑定有用以反射电磁波的金属丝网或用以汇聚太阳光的带通风小孔的柔性镀金属薄膜，形成反射面；所述紧固索202由多根与下圆环体连接的柔性绳索纵横交错编织而成；所述调整索203由成形索201和紧固索202的对应绳索节点之间连接的多根柔性绳索组成，通过调节调整索203的长度，实现对成形索201形状的控制；

所述能量利用装置4，通过支撑柱3固定在索网组2形成的反射面的焦点上；

所述固定接头101，由相对结合的第一夹板1011和第二夹板1012组成，其中一个横向接管和与该横向接管相邻的支向接管所在平面与另一个横向接管和与该横向接管相邻的支向接管所在平面镜像对称，且两个平面不共面，四个接管的中心线汇交于一点；

所述跟踪器，包括固定支撑杆5、伸缩杆6、底座7、第一绳索8、第二绳索9、第一电机10a和第二电机10b；

所述固定支撑杆5，其下端与底座7固连，上端通过球铰链与下圆环体相连；

所述伸缩杆6，其下端通过转动铰链与底座7相连，上端通过球铰链与下圆环体相连，且该伸缩杆6与固定支撑杆5共面；

所述第一电机10a和第二电机10b，固定在底座7上，电机的输出轴上安装有线盘；

所述第一绳索8，其下端缠绕在第一电机10a的线盘上，上端与下圆环体相连，所述第二绳索9，其下端缠绕在第二电机10b的线盘上，上端与下圆环体相连，且该连接点和第一绳索8上端的连接点位于固定支撑杆5上端所连球铰链与伸缩杆6上端所连球铰链中心连线的两侧；

所述伸缩杆6、第一绳索8和第二绳索9协同驱动外圆环框架1，带动索网组2形成的反射面转动，使太阳光或电磁波经反射面反射后汇聚到能量利用装置上，实现对物体的跟踪。

上述一种双杆支撑绳索牵引的跟踪反射器系统，其反射器，采用偏馈结构，所述索网组2形成的反射面由主曲面与辅助曲面拼接而成，其中主曲面为旋转抛物面被与其旋转轴不同心的圆柱面截取的曲面，所述支撑柱3固定在被截取抛物面的旋转轴线上，所述能量利用装置4通过支撑柱3固定在被截取抛物面的焦点处。

上述一种双杆支撑绳索牵引的跟踪反射器系统，其反射器，采用正馈结构，所述索网组2形成的反射面，其形状为旋转抛物面，所述支撑柱3固定在抛物面的旋转轴线上，所述馈源或光能利用装置4固定抛物面的焦点处。

上述一种双杆支撑绳索牵引的跟踪反射器系统，其能量利用装置4，采用馈源或光电转换装置或热电转换装置。

上述一种双杆支撑绳索牵引的跟踪反射器系统，其固定接头101的横向接管的内腔形状与横杆102的横截面形状相同，所述固定接头101的支向接管的内腔形状与中间杆103的横截面形状相同。

上述一种双杆支撑绳索牵引的跟踪反射器系统，其索网组2中的柔性绳索采用凯夫拉线，所述横杆102、中间杆103、固定支撑杆5和伸缩杆6的均采用高强度的碳纤维材料。

本发明与现有相关技术相比，具有如下优点：

1.本发明在实现了反射器系统对物体的跟踪时，是通过伸缩杆、第一绳索和第二绳索协同驱动外圆环框架，带动索网组形成的反射面转动实现的，用柔性绳索代替了刚性的伸缩杆，克服了现有跟踪器当跟踪速度突变时，会对反射器造成较大冲击的缺陷，跟踪过程安全可靠。

2.本发明中的跟踪器只需一根固定支撑杆、一根伸缩杆，两根绳索和两台电机就能实现对物体的跟踪，避免了现有技术中采用三根伸缩杆结构带来的耗材大的缺陷，降低了质量和成本。

3.本发明由于在实现反射面对物体进行跟踪的过程中，是采用由伸缩杆驱动外圆环框架沿一个方向转动，由第一绳索和第二绳索协同驱动外圆环框架沿另一个方向转动，固定支撑杆、伸缩杆、第一绳索和第二绳索分别与外圆环框架相连，与现有技术中采用三根伸缩杆与外圆环框架相连相比，提高了跟踪的平稳性。

4.本发明的反射器中的固定接头的一个横向接管和与该横向接管相邻的支向接管所在平面与另一个横向接管和与该横向接管相邻的支向接管所在平面镜像对称，且两个平面不共面，四个接管的中心线汇交于一点；在拼接相同大小外圆环框架时，所需要的固定接头较少，同时减少了横杆和中间杆的数量，简化了外圆环框架的结构。

附图说明

图1是本发明口径为5m的实施例1的整体结构示意图；

图2是本发明外圆环框架的局部结构示意图；

图3是本发明索网组的结构示意图；

图4是本发明固定接头的结构示意图；

图5是本发明口径为5m的实施例2的反射器结构示意图。

具体实施方式

以下参照附图和具体实施例，对本发明作进一步详细描述：

实施例1，本实施例的反射器采用偏馈结构。

参照图1，一种双杆支撑绳索牵引的跟踪反射器系统，包括反射器和跟踪器。

反射器，包括外圆环框架1、索网组2、支撑柱3和能量利用装置4，其中：

索网组2形成的反射面由主曲面与辅助曲面拼接而成，其中主曲面为旋转抛物面被与其旋转轴不同心的圆柱面截取的曲面，支撑柱3固定在被截取抛物面的旋转轴线上，能量利用装置4通过支撑柱3固定在被截取抛物面的焦点处；能量利用装置4采用热电转换装置；

跟踪器，包括固定支撑杆5、伸缩杆6、底座7、第一绳索8、第二绳索9、第一电机10a和第二电机10b，其中：

固定支撑杆5，其下端与底座7固连，上端通过球铰链与下圆环体相连，且固定支撑杆5位于支撑柱3与外圆环框架1连接点的正下方；伸缩杆6，其下端通过转动铰链与底座7相连，上端通过球铰链与下圆环体相连，且该伸缩杆6与固定支撑杆5共面，伸缩杆6上端球铰链中心和伸缩杆5上端球铰链中心连线与外圆环框架1的中心线垂直相交；固定支撑杆5和底座7的连接点与伸缩杆6和底座7的连接点的距离远小于反射器的口径；第一电机10a和第二电机10b，固定在底座7上，电机的输出轴上安装有线盘；第一绳索8，其下端缠绕在第一电机10a的线盘上，上端与下圆环体相连；第二绳索9，其下端缠绕在第二电机10b的线盘上，上端与下圆环体相连，且该连接点和第一绳索8上端的连接点之间的连线与外圆环框架1的中心线垂直相交；第一绳索10a的上端连接点和第二绳索10b的上端连接点连线与伸缩杆6上端球铰链中心和伸缩杆5上端球铰链中心连线垂直相交；固定支撑杆5和伸缩杆6材料均选为碳纤维材料，第一绳索8和第二绳索9材料均选为凯夫拉线。

参照图2，外圆环框架1，包括48个固定接头101、48个横杆102和48个中间杆103。横杆102长度653mm，中间杆103长度为597mm；24个固定接头101和24个横杆102有序连接形成上圆环体，24个固定接头101和24个横杆102有序连接形成下圆环体，上圆环体和下圆环体口径大小相同，通过改变横杆的数量和长度可以改变上圆环体和下圆环体的口径，即反射器的设计口径；上圆环体和下圆环体之间通过48个中间杆103有序连接形成外圆环框架1；横杆102上开有3个连接孔，用于绑定索网组2中的绳索；横杆102与中间杆103均采用相同尺寸的碳纤维圆管。

参照图3，索网组2包括成形索201、紧固索202和调整索203；上圆环体或下圆环体的横杆上开有3个连接孔；多根柔性绳索一端穿过上圆环体的横杆上的连接孔绑定，柔性绳索纵横交错，绳索与绳索之间通过扣子固定，形成绳节点，最终编织为成形索201，用以汇聚太阳能的柔性镀金属薄膜通过绳节点处的扣子扣在成形索201上，形成反射面，该反射面由主曲面与辅助曲面拼接而成，其中主曲面为抛物面被与其旋转轴不同心的圆柱面截取的曲面；多根柔性绳索一端穿过下圆环体的横杆上的连接孔绑定，柔性绳索纵横交错，绳索与绳索之间通过扣子固定，形成绳节点，最终编织为紧固索202；调整索203由成形索201和紧固索202的对应绳索节点之间连接的多根柔性绳索组成，通过调节调整索203的长度，实现对成形索201形状的控制。索网组2中的绳索材料均选为凯夫拉线。

参照图4，固定接头101，由相对结合的第一夹板1011和第二夹板1012组成，其中一个横向接管和与该横向接管相邻的支向接管所在平面与另一个横向接管和与该横向接管相邻的支向接管所在平面镜像对称，且两个平面不共面，四个接管的中心线汇交于一点；两个横向接管中心线所成夹角为165°，一个横向接管与其相邻的支向接管的中心线所成角度为57°；固定接头101接管的内腔形状为圆形，其内径与横杆102外径相等；第一夹板1011和第二夹板1012均采用硬质塑料材料铸造而成，其上均开有四个通孔，横杆102和中间杆103上也开有通孔，通过穿过这些通孔的螺栓将第一夹板1011、第二夹板1012、横杆102、中间杆103相应连接形成外圆环框架1。

实施例2，本实施例的跟踪器与实施例1相同，反射器采用正馈结构。

参照图5，该反射器同样包括外圆环框架1、索网组2、支撑柱3、能量利用装置4；能量利用装置4同样采用热电转换装置，与采用偏馈结构的反射器的不同之处在于：

索网组2形成的反射面，其形状为旋转抛物面；支撑柱3通过多根与外圆环框架1相连的绳索固定在抛物面的旋转轴线处；能量利用装置4通过支撑柱3固定在抛物面的焦点处。

第一绳索8，其下端缠绕在第一电机10a的线盘上，上端与下圆环体相连，第二绳索9，其下端缠绕在第二电机10b的线盘上，上端与下圆环体相连，伸缩杆6、第一绳索8和第二绳索9协同驱动外圆环框架1，带动索网组2形成的反射面转动，使太阳光经反射面反射后汇聚到热电转换装置上，实现系统对太阳的跟踪。

上述描述的具体实施例仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的限制。显然，本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。例如本实例使用了伸缩杆、紧固索、成形索、调整索等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质，若把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。这种在不背离本发明原理、结构的情况下，进行形式或细节上的各种修改和改变，仍在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.一种双杆支撑绳索牵引的跟踪反射器系统，包括反射器和跟踪器：

所述反射器，采用正馈或偏馈结构，包括外圆环框架(1)、索网组(2)、支撑柱(3)和能量利用装置(4)：

所述外圆环框架(1)，包括由多个固定接头(101)、多个横杆(102)和多个中间杆(103)组成的上圆环体和下圆环体，所述固定接头(101)由两个横向接管和两个支向接管组成，所述上圆环体和下圆环体分别由多个固定接头(101)和与固定接头(101)的横向接管相连的横杆(102)拼接而成，该两个圆环体相对排布，之间通过固定接头(101)的支向接管与中间杆(103)固连，形成立体环状框架结构；

所述索网组(2)，包括成形索(201)、紧固索(202)和调整索(203)；所述成形索(201)由多根与上圆环体连接的柔性绳索纵横交错编织而成，其上绑定有用以反射电磁波的金属丝网或用以汇聚太阳光的带通风小孔的柔性镀金属薄膜，形成反射面；所述紧固索(202)由多根与下圆环体连接的柔性绳索纵横交错编织而成；所述调整索(203)由成形索(201)和紧固索(202)的对应绳索节点之间连接的多根柔性绳索组成，通过调节调整索(203)的长度，实现对成形索(201)形状的控制；

所述能量利用装置(4)，通过支撑柱(3)固定在索网组(2)形成的反射面的焦点上；

其特征在于：

所述固定接头(101)，由相对结合的第一夹板(1011)和第二夹板(1012)组成，其中一个横向接管和与该横向接管相邻的支向接管所在平面与另一个横向接管和与该横向接管相邻的支向接管所在平面镜像对称，且两个平面不共面，四个接管的中心线汇交于一点；

所述跟踪器，包括固定支撑杆(5)、伸缩杆(6)、底座(7)、第一绳索(8)、第二绳索(9)、第一电机(10a)和第二电机(10b)；

所述固定支撑杆(5)，其下端与底座(7)固连，上端通过球铰链与下圆环体相连；

所述伸缩杆(6)，其下端通过转动铰链与底座(7)相连，上端通过球铰链与下圆环体相连，且该伸缩杆(6)与固定支撑杆(5)共面；

所述第一电机(10a)和第二电机(10b)，固定在底座(7)上，电机的输出轴上安装有线盘；

所述第一绳索(8)，其下端缠绕在第一电机(10a)的线盘上，上端与下圆环体相连，所述第二绳索(9)，其下端缠绕在第二电机(10b)的线盘上，上端与下圆环体相连，且该连接点和第一绳索(8)上端的连接点位于固定支撑杆(5)上端所连球铰链与伸缩杆(6)上端所连球铰链中心连线的两侧；

所述伸缩杆(6)、第一绳索(8)和第二绳索(9)协同驱动外圆环框架(1)，带动索网组(2)形成的反射面转动，使太阳光或电磁波经反射面反射后汇聚到能量利用装置(4)上，实现对物体的跟踪。

2.根据权利要求1所述的双杆支撑绳索牵引的跟踪反射器系统，其特征在于，所述反射器，采用偏馈结构，所述索网组(2)形成的反射面由主曲面与辅助曲面拼接而成，其中主曲面为旋转抛物面被与其旋转轴不同心的圆柱面截取的曲面，所述支撑柱(3)固定在被截取抛物面的旋转轴线上，所述能量利用装置(4)通过支撑柱(3)固定在被截取抛物面的焦点处。

3.根据权利要求1所述的双杆支撑绳索牵引的跟踪反射器系统，其特征在于，所述反射器，采用正馈结构，所述索网组(2)形成的反射面，其形状为旋转抛物面，所述支撑柱(3)固定在抛物面的旋转轴线上。

4.根据权利要求1所述的双杆支撑绳索牵引的跟踪反射器系统，其特征在于，所述能量利用装置(4)，采用馈源或光电转换装置或热电转换装置。

5.根据权利要求1所述的双杆支撑绳索牵引的跟踪反射器系统，其特征在于，所述固定接头(101)的横向接管的内腔形状与横杆(102)的横截面形状相同，所述固定接头(101)的支向接管的内腔形状与中间杆(103)的横截面形状相同。

6.根据权利要求1所述的双杆支撑绳索牵引的跟踪反射器系统，其特征在于，所述索网组(2)中的柔性绳索采用凯夫拉线，所述横杆(102)、中间杆(103)、固定支撑杆(5)和伸缩杆(6)的均采用高强度的碳纤维材料。