CN108400421B - 一种三层柔性套筒可展天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三层柔性套筒可展天线，由天线套筒、驱动机构、推拉机构和定位机构组成。其中驱动机构带动推拉机构，使得天线套筒展开与回收，定位机构在套筒展开后起到定位锁定的作用。天线套筒的外层套筒、中层套筒、内层套筒为三层嵌套式索网结构，其中内层套筒为天线，中层套筒、外层套筒为支撑结构，外层套筒支撑中层套筒，中层套筒支撑内层套筒，且依次伸缩展开；驱动机构采用轴向螺旋运动方式，可在套筒内移动，使得套筒天线增加伸展长度；推拉机构使天线展开后回收；定位机构使得多层套筒间的相对位置能精确锁定，不会相对移动，减少振动。套筒可展天线具有重量轻，展开精度高，天线伸展展开长度大，便于回收的特点。

Description

一种三层柔性套筒可展天线

技术领域

本发明涉及卫星天线结构设计技术领域，具体地说，涉及一种三层柔性套筒可展天线。

背景技术

自从航天器被发明以来，其所带各部件的尺寸和质量都在不断优化，在可展机构方面尤为明显。可展机构是上世纪六十年代诞生并逐渐发展起来的一种新型空间结构，其具有两种结构状态:完全收拢或完全展开。通常在运输过程中，其处于收拢状态，此时结构体积较小，便于储藏或运输。当需要使用时，可展机构通过驱动装置，在外界驱动力的作用下逐步展开，达到完全展开的工作状态。

在航天领域中，运载火箭载荷仓的空间及运载能力有限，而可展天线多是大口径的结构，因而各国都致力于研究可展天线，用于其体积的缩小便于运输。可展天线有各种各样的结构，较为常用的如网状、伞状、剪刀式以及套筒式结构。

对于套筒式航天器可展天线，目前已知的伸缩展开方式有螺旋丝杠式、绳系拉索式或其综合。螺旋丝杠式的特点是精度和刚度较高，能够平稳准确地使套筒天线伸展至预定位置，缺点是套筒不能过长，因为过长的套筒会导致螺旋丝杠的长度增加，使得重量增大，天线整体刚度减弱。绳系拉索式因套筒中心无丝杠，重量相对较小，但其拉索与滑轮直接易产生打滑或卡死现象。故而有人将螺旋丝杠和拉索相结合，靠近控制台处采用丝杠，伸展端使用拉索，这样能增加伸展长度，相对降低重量。以上三种结构方式均限制了伸出套筒的长度，且伸出之后收回困难。

发明专利CN201611101388公开了“一种套筒式卫星天线”，该天线为三层套筒结构，其采用的套筒伸展方式为依靠弹簧将中层套筒、内层套筒依次弹出，但未设计收缩方式。此外，该套筒式卫星天线采用套在外层套筒外面的弹簧作为驱动力，限制了套筒天线的直径和伸展总长度；所用的展开锁定机构适合于刚性套筒天线，对于柔性索网套筒天线不适用，因而影响到天线的伸展性能。

因此，如何能使得套筒天线整体重量轻，伸展时能精确到达预定位置，各层伸展套筒长度更长，内、中层套筒伸出之后能控制回收，是套筒天线的主要研究方向。

发明内容

为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种三层柔性套筒可展天线；该套筒可展天线具有重量轻，展开精度高，天线伸展展开长度大，便于回收的特点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括天线套筒、驱动机构、推拉机构和定位机构，其特征在于:所述天线套筒包括外层套筒、中层套筒、内层套筒，外层套筒、中层套筒、内层套筒为三层嵌套式索网结构，其中内层套筒为天线，中层套筒、外层套筒为支撑结构，外层套筒支撑中层套筒，中层套筒支撑内层套筒，且依次伸缩展开；所述中层套筒壁上沿轴向等间距设有套筒壁圆孔，所述外层套筒壁上沿轴向等间距设有外层套筒壁圆孔，外层套筒与中层套筒上分别有定位孔，中层套筒与内层套筒上分别设有定位销；

所述驱动机构包括驱动电机、驱动轴、第一驱动轮、第二驱动轮，驱动电机与驱动轴相连接，第一驱动轮、第二驱动轮分别安装在驱动轴上，第一驱动轮与第二驱动轮沿周向分别有边缘凸销，且通过中层套筒壁上套筒壁圆孔与外层套筒壁圆孔配合，用来提供沿套筒方向的接触力；

所述推拉机构包括中层套筒推拉机构推拉轮、内层套筒推拉机构推拉轮、中层套筒推拉机构推拉杆、内层套筒推拉机构推拉杆，多根中层套筒推拉机构推拉杆位于中层套筒推拉机构推拉轮侧壁，且沿着中层套筒推拉机构推拉轮径向方向移动，中层套筒推拉机构推拉杆一端位于推拉轮廓线范围内，另一端与套筒凸缘锁止；多根内层套筒推拉机构推拉杆位于内层套筒推拉机构推拉轮侧壁，且沿着内层套筒推拉机构推拉轮径向方向移动，内层套筒推拉机构推拉杆一端位于推拉轮廓线范围内，另一端与套筒凸缘锁止；两个推拉机构分别与中层套筒和内层天线相锁定；

所述定位机构包括定位销、定位孔、定位帽，定位销与定位孔分别对应位于两层套筒壁上；中层套筒定位孔与内层套筒定位销配合，外层套筒定位孔与中层套筒定位销配合，且在套筒壁上等高均匀分布相互配合；定位销随套筒的移动自动插入定位孔，定位帽在弹簧力作用下卡进定位销上的半球槽内，实现自动定位锁定。

外层套筒、中层套筒、内层套筒为同轴结构。

驱动机构、推拉机构、定位机构的零件均采用钛合金材料加工。

所述定位机构为多套，每三套为一组均布于套筒壁上。

有益效果

本发明提出的一种三层柔性套筒可展天线，采用柔性索网结构替代完全刚性结构，在刚性骨架上面包围一层柔性索网，大大减轻了天线的重量，满足航天器的运载需求；

在展开过程中，驱动机构能随着展开过程而在套筒内部来回伸缩移动，使得套筒的长度不会被驱动机构的极限位置所限制。

展开之后的天线可被定位机构精确定位并锁定，使得天线不仅到达预定位置，还能在预定位置保持锁定状态。并且该定位锁定装置可解锁，使得天线可被回收。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明一种三层柔性套筒可展天线作进一步详细说明。

图1为本发明三层柔性套筒可展天线示意图。

图2为外层套筒上的定位孔示意图。

图3为中层套筒上的定位销、定位孔示意图。

图4为内层套筒上的定位销示意图。

图5为驱动机构示意图。

图6为定位孔剖视图。

图7为定位销示意图。

图8为内层套筒的推拉机构示意图。

图9为中层套筒的推拉机构示意图。

图10为驱动机构位于外层套筒的示意图。

图11为柔性套筒可展天线未展开状态局部剖视图。

图12为柔性套筒可展天线展开状态剖视图。

图中

1.外层套筒2.中层套筒3.内层套筒4.定位孔5.定位帽6.定位销7.驱动电机8.驱动轴9.第一驱动轮10.第二驱动轮11.中层套筒推拉机构推拉轮12.中层套筒推拉机构推拉杆13.内层套筒推拉机构推拉轮14.内层套筒推拉机构推拉杆15.套筒凸缘16.外层套筒壁圆孔17.套筒壁圆孔

具体实施方式

本实施例是一种三层柔性套筒可展天线。

参阅图1～图12，本实施例三层柔性套筒可展天线，由天线套筒、驱动机构、推拉机构和定位机构组成；其中，天线套筒包括外层套筒1、中层套筒2、内层套筒3，外层套筒1、中层套筒2和内层套筒3为三层嵌套式索网结构，其中内层套筒3为天线，中层套筒2、外层套筒1为支撑结构。展开时，外层套筒1支撑中层套筒2，中层套筒2支撑内层套筒3，且依次伸缩展开，伸展之后能得到总体长度较长的伸展天线。中层套筒2璧上沿轴向等间距设有套筒壁圆孔17，外层套筒1壁上沿轴向等间距设有外层套筒壁圆孔，外层套筒1与中层套筒2上分别加工有定位孔，中层套筒2与内层套筒3上分别有定位销。外层套筒1、中层套筒2、内层套筒3同轴安装。

驱动机构包括驱动电机7、驱动轴8、第一驱动轮9、第二驱动轮10，驱动电机7与驱动轴8相连接，第一驱动轮9、第二驱动轮10分别安装在驱动轴上，第一驱动轮9与第二驱动轮10沿周向分别有边缘凸销，且通过中层套筒壁上圆孔12与外层套筒壁圆孔配合，用来提供沿套筒方向的接触力。本实施例中，驱动机构采用螺旋上升原理，第一驱动轮9、第二驱动轮10倾斜一定角度，使得驱动轮沿着套筒内壁的螺旋线上升，驱动轮边缘卡销与外层套筒壁孔接触，接触反作用力带动驱动机构在套筒内部相对套筒轴向移动。

推拉机构包括中层套筒推拉机构推拉轮11、内层套筒推拉机构推拉轮13、中层套筒推拉机构推拉杆12、内层套筒推拉机构推拉杆14，多根中层套筒推拉机构推拉杆12位于中层套筒推拉机构推拉轮11侧璧，且沿着中层套筒推拉机构推拉轮11径向方向移动，中层套筒推拉机构推拉杆12一端位于推拉轮廓线范围内，另一端与套筒凸缘锁止。多根内层套筒推拉机构推拉杆14位于内层套筒推拉机构推拉轮13侧壁，且沿着内层套筒推拉机构推拉轮13径向方向移动，内层套筒推拉机构推拉杆14一端位于推拉轮廓线范围内，另一端与套筒凸缘锁止；两个推拉机构分别与中层套筒2和内层天线3相锁定。本实施例中，通过对推拉轮廓线的设计，使得推拉杆能平稳地在远休止点与近休止点之间过渡运动。通过推拉杆与套筒底端的套筒凸缘15相锁止，驱动机构的移动带动推拉机构，进而带动内层套筒与中层套筒伸展与回收。

定位机构包括定位销6、定位孔4、定位帽5，定位销6与定位孔4分别对应位于两层套筒壁上；中层套筒定位孔与内层套筒定位销配合，外层套筒定位孔与中层套筒定位销配合，且在套筒壁上等高均匀分布相互配合；定位销6随套筒的移动自动插入定位孔4，定位帽5在弹簧力作用下卡进定位销6上的半球槽内，实现自动定位锁定。本实施例中，定位销6插入定位孔4通过弹簧作用，使定位帽5与定位销6锁定，起到固定天线作用，此时天线处于伸展状态；当天线收缩时，定位销旋转90°，使定位帽与定位销分离，天线处于可收回状态。外层套筒与中层套筒的定位机构结构和内层套筒与中层套筒的定位机构一致。定位机构每三套为一组均布于套筒壁上。

本实施例中，驱动机构、推拉机构、定位机构的零部件均采用钛合金材料加工。

本实施例三层柔性套筒可展天线展开过程:

首先驱动机构带动推拉机构移动至内层套筒的推拉机构能锁止内层套筒3的位置，推拉机构锁止内层套筒3，驱动机构继续移动至内层套筒3预定展开位置，定位机构锁定内层套筒3与中层套筒2，使之相对静止。然后，解除推拉机构对内层套筒的锁止状态，驱动电机带动推拉机构反向回到中层套筒的推拉机构能精确锁止中层套筒2的位置，推拉机构锁止中层套筒2。然后，驱动机构带动推拉机构再反向移动至中层套筒2预定展开位置，定位机构锁定中层套筒2与外层套筒1，使之相对静止；至此三层柔性套筒展开完成。

展开过程中对于驱动机构，启动驱动电机7带动驱动轴8旋转，带动第一驱动轮9和第二驱动轮10沿外层套筒1的内壁做螺旋运动，通过驱动轮边缘的卡销与外层套筒上外层套筒壁圆孔16的接触力，使整个驱动机构沿着套筒内部做轴向移动。

对于推拉机构，推拉机构均与驱动机构在套筒方向相对静止，即推拉机构随着驱动机构的移动而移动。在需要锁止时，启动驱动电机带动推拉轮的旋转，中层套筒推拉机构推拉轮11和内层套筒推拉机构推拉轮13旋转45°，使中层套筒推拉机构推拉杆12和内层套筒推拉机构推拉杆14沿推拉轮径向远离驱动轮圆心，中层套筒推拉机构推拉杆12和内层套筒推拉机构推拉杆14的另一端会锁住中层套筒2和内层套筒3的套筒凸缘15，进而锁止。在需要解除锁止时，继续启动电机，使中层套筒推拉机构推拉轮11和内层套筒推拉机构推拉轮13按原来方向继续旋转45°，使中层套筒推拉机构推拉杆12和内层套筒推拉机构推拉杆14沿推拉轮径向靠近驱动轮圆心，中层套筒推拉机构推拉杆12和内层套筒推拉机构推拉杆14的另一端会远离中层套筒2和内层套筒3的套筒凸缘15，进而解除锁止。

对于定位机构，在展开后需要定位锁定时，定位销6随套筒的移动自动插入定位孔4，定位帽5在弹簧力作用下卡进定位销6上的半球槽内，实现自动定位锁定。

本实施例三层柔性套筒可展天线回收过程:

第一步.因展开后驱动机构未回到套筒底部，还位于中层套筒的推拉机构能精确锁止中层套筒2的位置，故只需运行推拉机构，使其锁止中层套筒2，同时运行定位机构来解除中层套筒2与外层套筒1的定位锁定。第二步.驱动机构带动推拉机构及中层套筒2回到套筒底部合适位置，解除推拉机构对中层套筒2的锁止状态，驱动电机带动推拉机构反向回到内层套筒的推拉机构锁止内层套筒3的位置，推拉机构锁止内层套筒3。第三步.运行定位机构来解除中层套筒2与内层套筒3的定位锁定，驱动机构带动推拉机构及内层套筒3同样回到套筒底部合适位置。至此回收完成。

回收过程中对于驱动机构，启动驱动电机7带动驱动轴8的旋转，带动第一驱动轮9和第二驱动轮10沿外层套筒1的内壁做螺旋运动，通过驱动轮边缘的卡销与外层套筒壁上外层套筒壁圆孔的接触力，使驱动机构能沿套筒内部做直线移动。

对于推拉机构，两推拉机构均与驱动机构在套筒方向相对静止，即推拉机构随着驱动机构的移动而移动；在需要解锁时，启动驱动电机带动推拉轮的旋转，中层套筒推拉机构推拉轮11和内层套筒推拉机构推拉轮13旋转45°，使中层套筒推拉机构推拉杆12和内层套筒推拉机构推拉杆14沿推拉轮径向靠近驱动轮圆心，中层套筒推拉机构推拉杆12和内层套筒推拉机构推拉杆14的另一端会远离中层套筒2和内层套筒3的套筒凸缘15，进而解锁。

对于定位机构，本实施例对解除定位锁定，若初始状态为定位锁定状态，即定位帽5卡进了定位销6的半球槽内。若需解除，则运行驱动电机带动定位销转动，使定位销6绕定位销轴线合适方向旋转90°，使定位帽5移出半球槽，不再起到锁定作用。

Claims (4)

1.一种三层柔性套筒可展天线，包括天线套筒、驱动机构、推拉机构和定位机构，其特征在于:所述天线套筒包括外层套筒、中层套筒、内层套筒，外层套筒、中层套筒、内层套筒为三层嵌套式索网结构，其中内层套筒为天线，中层套筒、外层套筒为支撑结构，外层套筒支撑中层套筒，中层套筒支撑内层套筒，且依次伸缩展开；所述中层套筒壁上沿轴向等间距设有套筒壁圆孔，所述外层套筒壁上沿轴向等间距设有套筒壁圆孔，外层套筒与中层套筒上分别有定位孔，中层套筒与内层套筒上分别设有定位销；

所述驱动机构包括驱动电机、驱动轴、第一驱动轮、第二驱动轮，驱动电机与驱动轴相连接，第一驱动轮、第二驱动轮分别安装在驱动轴上，第一驱动轮与第二驱动轮沿周向分别有边缘凸销，且通过中层套筒壁上套筒壁圆孔与外层套筒壁上套筒壁圆孔配合，用来提供沿套筒方向的接触力；

所述推拉机构包括中层套筒推拉机构推拉轮、内层套筒推拉机构推拉轮、中层套筒推拉机构推拉杆、内层套筒推拉机构推拉杆，多根中层套筒推拉机构推拉杆位于中层套筒推拉机构推拉轮侧壁，且沿着中层套筒推拉机构推拉轮径向方向移动，中层套筒推拉机构推拉杆一端位于推拉轮廓线范围内，另一端与套筒凸缘锁止；多根内层套筒推拉机构推拉杆位于内层套筒推拉机构推拉轮侧壁，且沿着内层套筒推拉机构推拉轮径向方向移动，内层套筒推拉机构推拉杆一端位于推拉轮廓线范围内，另一端与套筒凸缘锁止；两个推拉机构分别与中层套筒和内层天线相锁定；

所述定位机构包括定位销、定位孔、定位帽，定位销与定位孔分别对应位于两层套筒壁上；中层套筒定位孔与内层套筒定位销配合，外层套筒定位孔与中层套筒定位销配合，且在套筒壁上等高均匀分布相互配合；定位销随套筒的移动自动插入定位孔，定位帽在弹簧力作用下卡进定位销上的半球槽内，实现自动定位锁定。

2.根据权利要求1所述的三层柔性套筒可展天线，其特征在于:外层套筒、中层套筒、内层套筒为同轴结构。

3.根据权利要求1所述的三层柔性套筒可展天线，其特征在于:驱动机构、推拉机构、定位机构的零件均采用钛合金材料加工。

4.根据权利要求1所述的三层柔性套筒可展天线，其特征在于:所述定位机构为多套，每三套为一组均布于套筒壁上。

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