CN108183308B - 中心对称的多翼空间折展机构 - Google Patents

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Abstract

本发明属于机构学领域，具体涉及一种中心对称的多翼空间折展机构。由不少于三组的相同翼组成；每组翼都由不少于两块的板依次铰接而成。每组翼都均布铰接在同一个中心座上。构成翼的板的可以是具有一定形状、厚度的实心板，可以是通过加工后具有一定工艺结构的板，也可以是功能曲面及其支撑结构构成的广义块板。机构整体可以采用多种方式进行折叠、展开，如：借助额外的辅助机构或采用欠驱动的方式。本发明的折叠效率高，驱动方式简单，可应用于航天领域，如：用作空间固面型折展天线或可展太阳能电池板。

Description

中心对称的多翼空间折展机构
技术领域
本发明属于机构学领域，具体涉及一种中心对称的多翼空间折展机构。
背景技术
受到运载火箭有效载荷舱容积的约束限制，航天器的某些关键的功能性结构，如太阳能电池阵列、空间天线等，需要由可折展机构进行替代。当前国内外已对多种类型的空间折展机构进行了研究，主要分为固面折展机构和网状面折展机构。
其中网状面折展机构是当前研究的主流，其主要利用单自由度机构单元来拼接大型的空间折展机构，以展开较大的网状面天线。
固面型折展机构相对较少，因为其功能是将口径相对较大的固体反射面天线进行剖分、折叠，样机的实现难度较大。但由于其可达到的型面精度远远高于网状面天线的精度，在某些短波长信号的观测中必不可少，如：太空中的红外信号的观测等。
所以，有必要对固面折展机构的构型及驱动方式进行更多的探索及研究。
发明内容
针对固面折展天线的实际需求，本发明提出一种中心对称的多翼空间折展机构。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种中心对称的多翼空间折展机构，其特征在于，由不少于三组的相同翼组成；每组翼都由不少于两块的板依次铰接而成；所述的翼都均布铰接在同一个中心座上。
所述的一组翼中，与中心座直接铰接的板称为第一板，与第一板顺序铰接的板称为第二板，直至最后一块板；第一板上的两条铰链的轴线可以是共面的，也可以是异面的；其余的板上的两条铰链的轴线都是平行的。
所述第一板的两条铰链的轴线都是共面直线或是异面直线时，机构在展开状态可以构成有厚度的平面结构或多级棱台结构。
所述的第一板的两条铰链的轴线都是异面直线时，机构在展开状态构成的多级棱台结构或有厚度的平面结构可以包络回转曲面。
所述板的可以是具有一定形状、厚度的实心板，可以是通过加工后具有一定工艺结构的板，也可以是功能曲面及其支撑结构构成的广义块板。
可以添加额外的机构来辅助折展机构的折叠、展开；可以在机构的每个铰链位置添加致动器驱动折展机构折叠、展开；可以用欠驱动的方式展开，即在机构的每个(部分)铰链上添加弹性元件，然后同一翼上的所有板都通过绳穿起来(绳的中心线距每个铰链的轴线都有一定非零的距离)，不同翼的绳都连接在同一绞轮上。通过转动绞轮，也就是使得每个翼上的绳张紧、收放，这样就可以使得板沿着铰链轴线转动，进而控制可展机构的展开、折叠。
本发明具有以下有益效果：1.此折展机构具有较高的折展比(折叠状态的包络直径与展开状态的包络直径之比)。机构的折展比可达20％；2.此机构虽然自由度较多，但是可采用欠驱动的方式，仅使用一个致动器完成机构的展开、折叠。3.可直接用作空间固面型可展天线或可展太阳能电池板。
附图说明
图1为折展机构示意图；
图2为单翼结构示意图；
图3为机构展开过程示意图；
具体实施方式
参照图1，本发明提供了一种中心对称的空间二次折展机构。折展机构由组相同的翼构成。如图2所示(为清晰表达，只画出一组翼)，每组翼都包含驱动绳1(图中线型比例较小的虚线)、第一板2、第二板3、第三板4、第四板5及中心座6。
如图2所示，第一板2与中心座6铰接，铰链的轴线为轴线11。第一板2与第二板3铰接，铰链的轴线为22。轴线11与轴线22为互异直线。第二板3与第三板4铰接，铰链的轴线为轴线33。第三板4与第四板5铰接，铰链的轴线为44。轴线22、轴线33及轴线44一直保持平行。轴线11、轴线22、轴线33及轴线44处都安装扭簧，扭簧的刚度需满足一定要求，使机构在驱动绳非张紧时保持折叠的状态。驱动绳1与轴线11、轴线22、轴线33、轴线44都不相交，即张紧绳距各条轴线都有非零的距离。
所述的驱动绳1的一端固定在第四板5，绳身依次穿过第三板4、第二板3、第一板2及中心座6。绳身可在第三板4、第二板3、第一板2及中心座6的绳孔中滑动。当六组翼的驱动绳都同时安装固定在一个绞轮上时，使用一个致动器驱动绞轮旋转就可使得六根驱动绳同时张紧并依次带动第四板5、第三板4、第二板3及第一板2分别沿着轴线44、轴线33、轴线22及轴线11转动，使机构展开，如图3所示。
再使得绞轮缓缓倒转，第一板2、第二板3、第三板4及第四板5分别沿着轴线11、轴线22、轴线33及轴线44反方向转动直至停止，就可使得机构再次折叠。
如图3所示时，机构在展开状态时，其整体呈多级棱台的结构。同时，各板的上表面共同形成的回转曲面为抛物面，折展机构在空间展开时就可作为固体抛物面天线。
若机构在展开状态时，其整体呈平面结构。同时，各板的上表面为平面，折展机构在空间展开时就可作为太阳能电池板。

Claims (5)

1.一种中心对称的多翼空间折展机构，其特征在于，由不少于三组的相同翼组成；每组翼都由不少于两块的板依次铰接而成，各铰接处具有单一自由度；所述的翼都均布铰接在同一个中心座上；
所述的一组翼中，与中心座直接铰接的板称为第一板，与第一板顺序铰接的板称为第二板，直至最后一块板；第一板上的两条铰链的轴线为共面或异面直线；其余的板上的两条铰链的轴线都是平行的；
所述铰链位置添加致动器或采用欠驱动的方式展开；欠驱动系统在机构的每个铰链上添加弹性元件，然后同一翼上的所有板都通过绳穿起来，不同翼的绳都连接在同一绞轮上；通过转动绞轮，也就是使得每个翼上的绳张紧、收放，这样就可以使得板沿着铰链轴线转动，进而控制可展机构的展开、折叠。
2.根据权利要求1所述的一种中心对称的多翼空间折展机构，其特征在于，机构在展开状态时呈有厚度的平面，或多级棱台结构。
3.根据权利要求1所述的一种中心对称的多翼空间折展机构，其特征在于，所述的第一板的两条铰链的轴线都是异面直线时，机构在展开状态构成的多级棱台结构或回转曲面结构。
4.根据权利要求1所述的一种中心对称的多翼空间折展机构，其特征在于，所述构成翼的板采用，具有一定形状、厚度的实心板，通过加工后具有一定工艺结构的板，或功能曲面及其支撑结构构成的广义块板。
5.根据权利要求1所述的一种中心对称的多翼空间折展机构，其特征在于，所述中心对称的多翼空间折展机构还包括额外的机构来辅助折展机构的展开。
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