CN108365348B - 一种具有主动形面调整功能的柔性肋可展开天线装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有主动形面调整功能的柔性肋可展开天线装置，包括在柔性肋可展开支撑装置上安装的形面调节装置A，反射膜面贴附于形面调节装置A上；柔性肋可展开支撑装置包括一个中心缠绕体，和通过多段肋板夹装件夹持安装在中心缠绕体上的多个肋板；初始状态，通过绳索捆绑固定将肋板缠绕在中心缠绕体上；发射入轨后，捆绑绳索自动解断，柔性肋板展开到平直状态，贴附于形面调节装置A上的反射膜面撑开，实现天线展开动作。该装置不需要增加额外的驱动机构，减轻了装置的整体重量；有效保证了反射膜面的工作精度需求，天线展开后不需要锁定装置，实施方式简单，工作稳定可靠。展开机构简单、收纳率高，适用于通讯卫星、空间探测。

Description

一种具有主动形面调整功能的柔性肋可展开天线装置

技术领域

本发明涉及一种可展开天线装置，具体涉及一种具有主动形面调整功能的柔性肋可展开天线装置，属于卫星通讯设备技术领域。

背景技术

星载天线是一种用于接收和发射空间电磁波的卫星通讯设备，其反射面一般为抛物面形状的金属导体表面，具备高增益、高可靠性等特点，多应用于高频、微波乃至毫米波波段的卫星通信，因此星载天线在空间科学技术、雷达通讯、军事工程等领域发挥巨大作用。

随着人类对宇宙探索活动的不断深入，对星载天线性能的高要求也愈加强烈，如口径尽可能大以达到大的覆盖区域，结构几何稳定性高以保证天线工作状态的稳定，质量轻以便于运输，反射面精度高以使其具备高的观测精度和强大的信号收发能力。但是运载工具容纳空间有限，无法运输成型的大尺度空间天线，因此具备大收纳率的可展开天线便脱颖而出，在发射阶段，可展开天线以收拢态固定在运载工具有效载荷舱内，待发射入轨后，天线接收地面控制而展开，最终锁定并保持在工作状态。

此外，天线实际工作时反射面不但受天线自身载荷影响，还受到宇宙空间大温差、强辐射等复杂环境的影响，这些因素势必导致反射面变形，又随着天线口径的增大，形面调整更加困难，精度难以控制，影响天线性能。

随着新型复合材料和加工装配技术的发展，为了满足星载天线各种不同的需求，大型空间可展开天线新的结构形式不断出现。目前，主要有固体反射面展开天线、充气硬化展开天线及网面展开天线三种基本类型。固体反射面展开天线形面精度高，但质量大、收纳体积大；充气硬化展开天线收纳率大、质量小，但反射面形面精度难以保证；网面展开天线主要有径向肋展开天线、缠绕肋展开天线、环柱展开天线、周边桁架展开天线等形式，这类可展开天线收纳率高、展开可靠性高、质量轻，可通过调节拉索长度对反射面形面精度进行调控，是目前研究最为活跃的一类空间天线，但随着天线口径的增大，拉索数目成倍增加，给形面精度的调整带来巨大挑战。

因此，在大型空间可展开天线研究过程中，提出一种能够主动调节形面精度、结构稳定的柔性肋可展开天线装置，具有重要的实际意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有主动形面调整功能的柔性肋可展开天线装置。

本发明是通过下述技术方案来实现的。

一种具有主动形面调整功能的柔性肋可展开天线装置，包括柔性肋可展开支撑装置，和在柔性肋可展开支撑装置上安装的形面调节装置，形面调节装置上贴附有反射膜面；

所述柔性肋可展开支撑装置包括一个中心缠绕体，和通过多段肋板夹装件夹持安装在中心缠绕体上的多个肋板，初始状态时，将肋板缠绕在中心缠绕体上并通过绳索捆绑固定；发射入轨后，捆绑绳索自动解断，肋板展开到平直状态，贴附于形面调节装置上的反射膜面撑开，实现天线展开动作。

对于上述技术方案，本发明还有进一步的优化的实施方案：

进一步，所述多个肋板两两一组，各组肋板通过若干调节弹簧连接，相邻两组肋板之间通过水平调节拉索贯穿肋板夹装件连接至牵引驱动上；形面调节装置通过弹性伸缩组件连接在各肋板顶部，通过固定安装组件连接于中心缠绕体上。

进一步，所述调节弹簧两端分别通过一根拉索固定在两块肋板上。

进一步，所述水平调节拉索一端固接在肋板上，另一端穿过肋板夹装件和中心缠绕体上的拉索穿引通孔b固定在牵引驱动上。

进一步，所述中心缠绕体为空心圆柱状构件，侧面均布有肋板插装槽，肋板插装槽的左右两侧对称设有拉索穿引通孔b，在中心缠绕体的顶端面与各条肋板插装槽相对的位置设固定安装槽；在中心缠绕体的下端面设有定位环形凸台。

进一步，所述肋板夹装件纵向装配在中心缠绕体下端面的定位环形凸台上，多个肋板夹装件将中心缠绕体包裹。

进一步，所述肋板一端插装在中心缠绕体的肋板插装槽内，相邻肋板夹装件对肋板实施夹持，并将肋板夹装件紧固在中心缠绕体上。

进一步，所述弹性伸缩组件一端通过U型装配槽装配在肋板上，一端通过C型装配槽和C型扣件夹持形面调节装置的刚性环。

进一步，所述形面调节装置包括硅胶软管、分布在硅胶软管内的若干个刚性环，和贯穿刚性环上的通孔的竖直调节拉索，竖直调节拉索一端固定在硅胶软管顶端的刚性环上，另一端穿过其他刚性环通孔固定在牵引驱动上。

所述肋板为柔性构件。

本发明的有益效果：

1、本发明的一种具有主动形面调整功能的柔性肋可展开天线装置依靠柔性肋板的弹性势能实现动力驱动，不需要增加额外的驱动机构，减轻了装置的整体重量；

2、本发明的一种具有主动形面调整功能的柔性肋可展开天线装置通过调节拉索对反射面形面实施主动调整，有效保证了反射膜面的工作精度需求。

3、本发明的一种具有主动形面调整功能的柔性肋可展开天线装置其展开过程通过释放柔性肋板的弹性势能实现，肋板展开后恢复平直状态，需要施加较大的力矩才能使其弯曲变形，且在调节弹簧、调节拉索配合作用下肋板形状稳定，因此天线展开后不需要锁定装置，实施方式简单，工作稳定可靠。

4、本发明的展开机构简单、收纳率高，能够满足空间大口径天线的使用要求，适用于通讯卫星、空间探测等。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：

图1为本发明一种具有主动形面调整功能的柔性肋可展开天线装置的整体结构图；

图2为本发明柔性肋可展开支撑装置的展开结构图；

图3为本发明柔性肋可展开支撑装置的展开结构俯视图；

图4为本发明柔性肋可展开支撑装置的收拢结构图；

图5为本发明柔性肋可展开支撑装置的收拢结构俯视图；

图6为本发明形面调节装置A的结构图和布索示意图；

图7为本发明弹性伸缩组件B的结构图；

图8为本发明固定安装组件C的结构图；

图9为本发明中心缠绕体的结构图；

图10为本发明肋板夹装件的结构图。

图中：1、反射膜面；2、中心缠绕体；2-1、肋板插装槽；2-2、拉索穿引通孔a；2-3、固定安装槽；2-4、定位环形凸台；3、肋板夹装件；3-1、固定安装通孔a；3-2、拉索穿引通孔b；4、肋板；5、调节弹簧；6、水平调节拉索；7、硅胶软管；8、刚性环；9、竖直调节拉索；10、细杆；10-1、U型装配槽；11、粗杆；11-1、C型装配槽a；12、拉伸弹簧；13、C型扣件；14、固定安装载体；14-1、固定安装通孔b；14-2、C型装配槽b；15、固定安装C型扣件。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下的说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

如图1-图3所示，一种具有主动形面调整功能的柔性肋可展开天线装置，包括反射膜面1、柔性肋可展开支撑装置。在柔性肋可展开支撑装置上安装有形面调节装置A，反射膜面1贴附于形面调节装置A上。

如图2、图3所示，柔性肋可展开支撑装置包括中心缠绕体2、肋板夹装件3、肋板4、调节弹簧5、形面调节装置A、弹性伸缩组件B和固定安装组件C。在中心缠绕体2外围，设有沿其周向方向顺序装配的肋板夹装件3，肋板夹装件3纵向装配位置限制在中心缠绕体2下端面的定位环形凸台2-4上，见图9所示；多个肋板夹装件3将中心缠绕体2包裹。肋板4一端插装在中心缠绕体2的肋板插装槽2-1内，相邻肋板夹装件3对肋板4实施夹持，并通过法兰固定安装通孔a3-1上装配的螺栓实现对肋板4的固定，同时肋板夹装件3也被紧固在中心缠绕体2上，见图10所示。

沿中心缠绕体2的周向方向，将肋板4两两分为一组，各组中两块肋板4间通过拉索装配调节弹簧5，装配方式为：调节弹簧5两端分别与一根拉索的一端固定连接，拉索的另一端分别固定在两块肋板4上；相邻的两组肋板4间装配水平调节拉索6，装配方式为：水平调节拉索6一端固接在肋板4上，另一端穿过肋板夹装件3和中心缠绕体2上的拉索穿引通孔b3-2和a2-2，最终固定在牵引驱动上。

如图2、图3、图8所示，固定安装组件C的安装载体14固定装配在中心缠绕体2的固定安装槽2-3内，固定安装C型扣件15扣压在固定安装载体14上，中间形成的通孔夹持形面调节装置A末端的刚性环8，将形面调节装置A的末端固定在中心缠绕体2上。

如图2、图3、图7所示，弹性伸缩组件B中细杆10的U型装配槽10-1装配在肋板4上，粗杆11的C型装配槽a11-1和C型扣件13相对装配，中间形成的通孔夹持在形面调节装置A的刚性环8上，以此装配方式在肋板4和形面调节装置A的顶端和中部分别装配两个弹性伸缩组件B，将形面调节装置A与肋板4连接在一起。

如图6所示，形面调节装置A为空心软管装置，由硅胶软管7、刚性环8、竖直调节拉索9构成。硅胶软管7两端和中部分别固定一个刚性环8，刚性环上均布开有四个通孔，竖直调节拉索9一端固定在硅胶软管顶端的刚性环8上，另一端穿过其他刚性环8通孔，最终固定在牵引驱动上。

参阅图1-图5，肋板4为柔性构件，具有一定弹性，在外力作用下能够弯曲存储弹性势能，去掉外力弹性势能被释放，肋板自动恢复到平直状态。肋板4在弹性势能驱动下展开，贴附于形面调节装置A上的反射膜面1随之被撑开。天线展开后，调节水平调节拉索6和竖直调节拉索9的长度可实现对反射膜面1形面的调整。

如图7所示，弹性伸缩组件B包括粗杆11、细杆10、拉伸弹簧12、C型扣件13。粗杆11一端加工有C型装配槽a11-1，细杆10一端加工有U型装配槽10-1，粗杆11、细杆10套装在一起构成伸缩套筒，在细杆10内装配拉伸弹簧12，拉伸弹簧12一端固定在细杆10上，另一端固定在粗杆11上，自由状态下弹簧12被拉伸，粗杆11、细杆10由于弹簧12的拉力顶在一起。

如图8所示，固定安装组件C包括固定安装载体14和固定安装C型扣件15，固定安装载体14纵向加工有固定安装通孔b14-1，上端加工有C型装配槽b14-2，与固定安装C型扣件15槽口相对装配，可实现对圆柱状构件的夹持。

如图9所示，中心缠绕体2为空心圆柱状构件，侧面均布加工有肋板插装槽2-1，相邻两条肋板安装槽2-1间隔60°，肋板安装槽2-1的左右两侧对称加工有拉索穿引通孔a2-2，左右拉索穿引通孔a2-2间隔60°。在中心缠绕体2的顶端面，与各条肋板安装槽2-1相对的位置加工固定安装槽2-3，槽2-3内加工有安装螺纹孔。在中心缠绕体2的下端面加工有定位环形凸台2-4，可对肋板4及肋板夹装件3的纵向位置进行限定。

如图10所示，肋板夹持件3为弯曲板构件，其内表面半径与中心缠绕体2外径相同，弯曲板中部纵向加工有两个拉索穿引通孔b3-2。夹持件3周向两端面加工法兰，法兰上加工固定安装通孔a3-1。

工作过程：

一种具有主动形面调整功能的柔性肋可展开天线装置初始状态肋板缠绕在中心缠绕体上，通过绳索捆绑固定，该状态下肋板被压缩存储弹性势能，发射入轨后，捆绑绳索自动解断，柔性肋板在所存储弹性势能的作用下展开到平直状态，贴附于形面调节装置A上的反射膜面随之被撑开，天线完成展开动作。

天线完全展开后，通过调节肋板间的水平调节拉索和贯穿在形面调节装置A内的竖直调节拉索对反射膜面形面进行调整，进而调控反射膜面形面精度达到工作要求。

参阅图1-图10，一种具有主动形面调整功能的柔性肋可展开天线装置初始状态被捆绑处于图4、图5所示的收拢状态，柔性肋板4被缠绕压缩存储弹性势能，待入轨后捆绑绳索自动解断，柔性肋板4在弹性势能的作用下展开到平直状态，贴附于形面调节装置A上的反射膜面1随之被撑开，天线完成展开动作。而后，调节肋板4间水平调节拉索6的长度，柔性肋板4在水平方向发生弯曲变形，实现反射膜面1水平方向的形面调整；调节形面调节装置A内贯穿的竖直调节拉索9的长度，形面调节装置A内的硅胶软管7克服弹性安装组件B中弹簧12的拉力作用，在竖直方向发生弯曲变形，实现反射膜面1竖直方向的形面调整，进而完成反射膜面1形面的主动调整，保证其满足工作形面精度需求。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或者解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改，等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (9)

1.一种具有主动形面调整功能的柔性肋可展开天线装置，其特征在于，包括柔性肋可展开支撑装置，和在柔性肋可展开支撑装置上安装的形面调节装置(A)，形面调节装置(A)上贴附有反射膜面；

所述柔性肋可展开支撑装置包括一个中心缠绕体(2)，和通过多段肋板夹装件(3)夹持安装在中心缠绕体(2)上的多个肋板(4)，初始状态时，将肋板(4)缠绕在中心缠绕体(2)上并通过绳索捆绑固定；发射入轨后，捆绑绳索自动解断，肋板(4)展开到平直状态，贴附于形面调节装置(A)上的反射膜面(1)撑开，实现天线展开动作；

所述多个肋板(4)两两一组，各组肋板(4)通过若干调节弹簧(5)连接，相邻两组肋板(4)之间通过水平调节拉索(6)贯穿肋板夹装件(3)连接至牵引驱动上；形面调节装置(A)通过弹性伸缩组件(B)连接在各肋板(4)顶部，通过固定安装组件(C)连接于中心缠绕体(2)上。

2.根据权利要求1所述的一种具有主动形面调整功能的柔性肋可展开天线装置，其特征在于，所述调节弹簧(5)两端分别通过一根拉索固定在两块肋板上。

3.根据权利要求1所述的一种具有主动形面调整功能的柔性肋可展开天线装置，其特征在于，所述水平调节拉索(6)一端固接在肋板(4)上，另一端穿过肋板夹装件(3)和中心缠绕体上的拉索穿引通孔b(3-2)固定在牵引驱动上。

4.根据权利要求1所述的一种具有主动形面调整功能的柔性肋可展开天线装置，其特征在于，所述中心缠绕体(2)为空心圆柱状构件，侧面均布有肋板插装槽(2-1)，肋板插装槽(2-1)的左右两侧对称设有拉索穿引通孔a(2-2)，在中心缠绕体(2)的顶端面与各条肋板插装槽(2-1)相对的位置设固定安装槽(2-3)；在中心缠绕体(2)的下端面设有定位环形凸台(2-4)。

5.根据权利要求4所述的一种具有主动形面调整功能的柔性肋可展开天线装置，其特征在于，所述肋板夹装件(3)纵向装配在中心缠绕体下端面的定位环形凸台(2-4)上，多个肋板夹装件(3)将中心缠绕体(2)包裹。

6.根据权利要求4所述的一种具有主动形面调整功能的柔性肋可展开天线装置，其特征在于，所述肋板(4)一端插装在中心缠绕体(2)的肋板插装槽(2-1)内，相邻肋板夹装件(3)对肋板实施夹持，并将肋板夹装件(3)紧固在中心缠绕体(2)上。

7.根据权利要求1所述的一种具有主动形面调整功能的柔性肋可展开天线装置，其特征在于，所述弹性伸缩组件(B)一端通过U型装配槽(10-1)装配在肋板上，一端通过C型装配槽a(11-1)和C型扣件(13)夹持形面调节装置(A)的刚性环。

8.根据权利要求1所述的一种具有主动形面调整功能的柔性肋可展开天线装置，其特征在于，所述形面调节装置(A)包括硅胶软管(7)、分布在硅胶软管(7)内的若干个刚性环(8)，和贯穿刚性环(8)上的通孔的竖直调节拉索(9)，竖直调节拉索一端固定在硅胶软管(7)顶端的刚性环(8)上，另一端穿过其他刚性环(8)通孔固定在牵引驱动上。

9.根据权利要求1所述的一种具有主动形面调整功能的柔性肋可展开天线装置，其特征在于，所述肋板(4)为柔性构件。

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