CN109659661B - 一种索杆张拉式环形可展开天线机构 - Google Patents

Abstract

一种索杆张拉式环形可展开天线机构，它涉及一种可展开天线机构，以解决现有的环环形桁架机构随天线口径的增大而刚度下降，无法达到使用刚度要求及现有的环形桁架天线存在驱动机构复杂，机构重量大、展开可靠性较低的问题。它包括多个索杆张拉式可展开单元模块；每个索杆张拉式可展开单元模块包括连接在一起的第一可展开单元模块和第二可展开单元模块，多个第一可展开单元模块和多个第二可展开单元模块相间布置并连接在一起展开后为一个索杆张拉式环形桁架。本发明可靠性好，结构紧凑，重量轻，驱动简单，完全展开后刚度高，满足空间大口径天线的使用要求，本发明用于通讯卫星、空间站和空间探测器上。

Description

一种索杆张拉式环形可展开天线机构

技术领域

本发明涉及一种可展开天线机构，具体涉及一种索杆张拉式环形可展开天线机构，属于航天器材与设备技术领域。

背景技术

随着空间通信、对地观测、深空探测、载人航天等事业的迅猛发展，对大尺度、轻量化、高几何稳定性的宇航空间机构的需求变得非常迫切，但受火箭整流罩容积的限制，需要设计具有大折展比的空间折展式机构，在运输和发射阶段处于折叠状态，而在航天器入轨后展开成工作状态。空间折展机构的设计和相关研究是未来航天事业发展的关键基础性问题之一。随着宇航空间研究计划的逐步发展和空间系统的复杂化程度升级，空间折展机构已从过去简单单一的形式向复杂、多自由度、模块化方向发展，大型空间折展机构成为近年来宇航科学与技术研究领域的热点。

大型可展开卫星天线的研究成为了卫星研制工作中的关键技术，对天线的口径要求越来越高，但对单环环形桁架机构，随着天线口径的增大，天线刚度下降，达不到实际的使用要求刚度。而如何提高天线整体刚度，还没有很好的解决方案。现有的环形桁架可展开天线大多采用电机拉动驱动绳索从而实现整个机构的展开，电机驱动虽然可以有效的控制展开速度，减少机构展开过程中的冲击振动，但复杂的驱动机构不但增加了结构的重量，也降低了结构的可靠性，容易引起环形桁架可展开天线展开失败，导致空间探测任务无法实现，从而造成巨大的经济损失。

发明内容

本发明为克服现有技术不足，提供一种索杆张拉式环形可展开天线机构，该机构可靠性好，结构紧凑，克服了现有单环环形桁架机构随天线口径的增大而刚度下降的问题。

本发明的技术方案是：

一种索杆张拉式环形可展开天线机构包括多个索杆张拉式可展开单元模块；每个索杆张拉式可展开单元模块包括连接在一起的第一可展开单元模块和第二可展开单元模块，多个第一可展开单元模块和多个第二可展开单元模块相间布置并连接在一起展开后为一个索杆张拉式环形桁架。

进一步地，第一可展开单元模块包括拉索组件、第一上弦杆、第一上对角弦杆、第一下对角弦杆、第一上对角支杆、第一下对角支杆、支撑竖杆、第一下弦杆、斜支杆、铰链接头、弦杆铰链接头、对角支杆旋转铰链接头、扭簧、滑块和曲柄；所述拉索组件包括周边拉索、上对角拉索、下对角拉索、周边对角拉索和斜拉索；

第一上弦杆和第一下弦杆的两端分别布置有一个弦杆铰链接头，第一上弦杆和第一下弦杆分别与弦杆铰链接头铰接，上下对应布置的两个弦杆铰链接头之间设置与二者铰接的支撑竖杆，第一可展开单元模块处于展开状态时，第一上弦杆、第一下弦杆及两个支撑竖杆构成在第一竖直平面内转动的四边形连杆机构；

第一上对角弦杆一端与其中一组对角设置的两个弦杆铰链接头中的一个弦杆铰链接头铰接，第一下对角弦杆的一端与其中一组对角设置的两个弦杆铰链接头中的另一个弦杆铰链接头铰接，第一上对角弦杆另一端与第一下对角弦杆另一端铰接；第一上对角弦杆另一端与第一下对角弦杆另一端可在所述第一竖直平面内旋转，另一组对角设置的两个弦杆铰链接头上连接有可在所述第一竖直平面内旋转的对角支杆旋转铰链接头，第一上对角支杆的一端和第一下对角支杆的一端分别固接有一个铰链接头，铰链接头与对角支杆旋转铰链接头铰接，铰链接头与对角支杆旋转铰链接头的铰接轴与对角支杆旋转铰链接头与弦杆铰链接头的铰接轴垂直，第一上对角支杆另一端连接第一上对角支杆铰链接头，第一下对角支杆另一端连接第一下对角支杆铰链接头，第一上对角支杆铰链接头与第一下对角支杆铰链接头铰接且二者的铰接轴与第一上对角支杆或第一下对角支杆垂直；每根支撑竖杆上滑动设置有滑块，滑块与第一上弦杆之间布置有与二者铰接的曲柄，滑块邻近第一上弦杆设置；每个弦杆铰链接头上布置一个斜支杆，斜支杆通过铰链接头与弦杆铰链接头铰接，铰链接头与对角支杆旋转铰链接头铰接的铰接轴以及弦杆铰链接头与斜支杆的铰链接头铰接的铰接轴上分别安装有扭簧；每根支撑竖杆上对应布置一对斜支杆，相邻两对斜支杆旋向相反，其中一个支撑竖杆对应布置的两个弦杆铰链接头与第二可展开单元模块铰接，相邻两个斜支杆之间连接有周边拉索；由周边拉索、第一上弦杆及两个斜支杆构成的四边形内布置有两根上对角拉索，上对角拉索两端分别与斜支杆端部和第一上弦杆端部固接，周边拉索、下弦杆及两根斜支杆构成的四边形内布置有两根下对角拉索，下对角拉索两端分别与斜支杆端部和第一下弦杆端部固接；四根周边拉索围成的四边形内布置有四根周边对角拉索，上部的两根周边对角拉索一端与斜支杆固接，上部的两根周边对角拉索另一端与第一上对角支杆铰链接头固接，下部的两根周边对角拉索一端与斜支杆固接，下部的两根周边对角拉索另一端与第一下对角支杆铰链接头固接；两根斜拉索布置在第一上对角支杆铰链接头两侧，两根斜拉索一端与第一上对角支杆铰链接头固接，两根斜拉索另一端分别与第一上弦杆和第一下弦杆固接。

更进一步地，第一可展开单元模块处于折叠状态时，第一上对角弦杆和第一下对角弦杆向下折叠，第一上对角支杆和第一下对角支杆展开后成一条直线。

进一步地，第二可展开单元模块包括拉索组件、第二上弦杆、第二上对角弦杆、第二下对角弦杆、第二上对角支杆、第二下对角支杆、第二下弦杆、铰链接头、对角支杆旋转铰链接头、第二上对角支杆铰链接头、第二下对角支杆铰链接头和扭簧；所述拉索组件包括周边拉索、上对角拉索、下对角拉索、周边对角拉索和斜拉索；

第二上弦杆和第二下弦杆的两端分别与相邻的第一可展开单元模块中的弦杆铰链接头铰接，第一可展开单元模块和第二可展开单元模块处于展开状态时，第二上弦杆、第二下弦杆及与相邻设置的第一可展开单元模块中的两个支撑竖杆一起构成在第二竖直平面内转动的四边形连杆机构；此时，第二上对角弦杆和第二下对角弦杆一端分别与其中一组对角设置的两个弦杆铰链接头铰接，且第一上对角弦杆和第二上对角弦杆相对支撑竖杆镜像布置，第一下对角弦杆和第二下对角弦杆相对支撑竖杆镜像布置，第二上对角弦杆和第二下对角弦杆可在所述第二竖直平面内旋转；另一组对角设置的两个弦杆铰链接头上连接有可在所述第二竖直平面内旋转的对角支杆旋转铰链接头，第二上对角支杆的一端和第二下对角支杆的一端分别固接有一个铰链接头，铰链接头与对角支杆旋转铰链接头铰接，铰链接头和对角支杆旋转铰链接头铰接的铰接轴与对角支杆旋转铰链接头和弦杆铰链接头铰接的铰接轴垂直，第二上对角支杆的另一端连接第二上对角支杆铰链接头，第二下对角支杆的另一端连接第二下对角支杆铰链接头，第二上对角支杆铰链接头与第二下对角支杆铰链接头铰接且二者的铰接轴与第二上对角支杆或第二下对角支杆垂直，滑块与第二上弦杆之间布置有与二者铰接的曲柄，铰链接头与对角支杆旋转铰链接头铰接的铰接轴上以及弦杆铰链接头与斜支杆上的铰链接头铰接的铰接轴上分别安装有扭簧；

多个第一可展开单元模块和多个第二可展开单元模块连接在一起构成的索杆张拉式环形桁架中每根支撑竖杆上对应布置有一对斜支杆，相邻两对斜支杆旋向相反；由周边拉索、第二上弦杆及两个斜支杆构成的四边形内布置有两根上对角拉索，上对角拉索两端分别与斜支杆的端部和第二上弦杆的端部固接，周边拉索、第二下弦杆及两根斜支杆构成的四边形内布置有两根下对角拉索，下对角拉索两端分别与斜支杆端部和第二下弦杆的端部固接；第二可展开单元模块中四根周边拉索围成的四边形内布置有四根周边对角拉索，上部的两根周边对角拉索一端与斜支杆固接，上部的两根周边对角拉索另一端与第二上对角支杆铰链接头固接，下部的两根周边对角拉索一端与斜支杆固接，下部的两根周边对角拉索另一端与第二下对角支杆铰链接头固接，两根斜拉索布置在第二上对角支杆铰链接头两侧，两根斜拉索一端与第二上对角支杆铰链接头固接，两根斜拉索另一端分别与第二上弦杆和第二下弦杆固接。

更近一步地，第二可展开单元模块处于折叠状态时，第二上对角弦杆和第二下对角弦杆向上折叠，第二上对角支杆和第二下对角支杆展开后成一条直线。

本发明与现有技术相比具有以下技术效果

1、本发明的刚度较高，满足空间大口径天线的使用刚度要求。

2、本发明收拢后体积小，重量轻，收纳率高达35％。

3、本发明中加入了拉索组件，加强了可折展天线的整体刚度和重复展开精度。

4、本发明的索杆张拉式可展开天线依靠扭簧实现动力驱动，不需要增加额外的驱动机构，减轻了整个机构的重量。

5、本发明采用模块化设计思想，模块数量可以根据天线口径的需求而扩展，模块扩展性强，可实现模块化生产，降低制造成本和难度。

6、本发明的双层环形桁架式可展开天线其展开过程通过释放扭簧的弹性势能实现，实施方式简单、工作稳定可靠。本发明的节点整体性好、强度高、运动机构与控制系统简单，本发明用于通讯卫星、空间站和空间探测器上。

7、本发明所有结构都是由航天常用材料加工制造，材料资源丰富，加工工艺成熟，便于机构的顺利实施。

8、本发明也满足其它可展开天线机构的探测基本要求，便于展开技术的推广。

附图说明

图1为本发明的索杆张拉式环形可展开天线机构展开的立体结构示意图；

图2为本发明的索杆张拉式环形可展开天线机构收拢的立体结构示意图；

图3为本发明的索杆张拉式环形可展开天线机构第一可展开单元模块展开的结构示意图；

图4为本发明的索杆张拉式环形可展开天线机构第一可展开单元模块收拢的结构示意图；

图5为本发明的索杆张拉式可展开单元模块展开的结构示意图；

图6为本发明的索杆张拉式可展开单元模块收拢的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

参见图1和图2所示，一种索杆张拉式环形可展开天线机构，所述天线机构包括多个索杆张拉式可展开单元模块A；每个索杆张拉式可展开单元模块A包括连接在一起的第一可展开单元模块A1和第二可展开单元模块A2，多个第一可展开单元模块A1和多个第二可展开单元模块A2相间布置并连接在一起展开后为一个索杆张拉式环形桁架。

本实施方式采用索杆张拉式可展开单元模块设计，有利于索杆张拉式可展开单元模块的整体展开，能满足根据天线的需求而扩展。

较佳地，参见图3和图4所示，第一可展开单元模块A1包括拉索组件1、第一上弦杆3、第一上对角弦杆4、第一下对角弦杆5、第一上对角支杆6、第一下对角支杆7、支撑竖杆8、第一下弦杆26、斜支杆9、铰链接头10、弦杆铰链接头11、对角支杆旋转铰链接头13、扭簧16、滑块17和曲柄18；所述拉索组件1包括周边拉索28、上对角拉索32、下对角拉索33、周边对角拉索34和斜拉索35；

第一上弦杆3和第一下弦杆26的两端分别布置有一个弦杆铰链接头11，第一上弦杆3和第一下弦杆26分别与弦杆铰链接头11铰接，上下对应布置的两个弦杆铰链接头11之间设置与二者铰接的支撑竖杆8，第一可展开单元模块A1处于展开状态时，第一上弦杆3、第一下弦杆26及两个支撑竖杆8构成在第一竖直平面内转动的四边形连杆机构；

第一上对角弦杆4一端与其中一组对角设置的两个弦杆铰链接头11中的一个弦杆铰链接头11铰接，第一下对角弦杆5的一端与其中一组对角设置的两个弦杆铰链接头11中的另一个弦杆铰链接头11铰接，第一上对角弦杆4另一端与第一下对角弦杆5另一端铰接；第一上对角弦杆4另一端与第一下对角弦杆5另一端可在所述第一竖直平面内旋转，另一组对角设置的两个弦杆铰链接头11上连接有可在所述第一竖直平面内旋转的对角支杆旋转铰链接头13，第一上对角支杆6的一端和第一下对角支杆7的一端分别固接有一个铰链接头10，铰链接头10与第一对角支杆旋转铰链接头13铰接，铰链接头10与对角支杆旋转铰链接头13的铰接轴与第一对角支杆旋转铰链接头13与弦杆铰链接头11的铰接轴垂直，第一上对角支杆6另一端连接第一上对角支杆铰链接头14，第一下对角支杆7另一端连接第一下对角支杆铰链接头15，第一上对角支杆铰链接头14与第一下对角支杆铰链接头15铰接且二者的铰接轴与第一上对角支杆6或第一下对角支杆7垂直；

每根支撑竖杆8上滑动设置有滑块17，滑块17与第一上弦杆3之间布置有与二者铰接的曲柄18，滑块17邻近第一上弦杆3设置；每个弦杆铰链接头11上布置一个斜支杆9，斜支杆9通过铰链接头10与弦杆铰链接头11铰接，铰链接头10与对角支杆旋转铰链接头13铰接的铰接轴以及弦杆铰链接头11与斜支杆9的铰链接头10铰接的铰接轴上分别安装有扭簧16；

每个支撑竖杆8上对应布置一对斜支杆9，相邻两对斜支杆9旋向相反，其中一个支撑竖杆8对应布置的两个弦杆铰链接头11与第二可展开单元模块A2铰接，相邻两个斜支杆9之间连接有周边拉索28；由周边拉索28、第一上弦杆3及两根斜支杆9构成的四边形内布置有两根上对角拉索32，上对角拉索32两端分别与斜支杆9端部和第一上弦杆3端部固接，由周边拉索28、第一下弦杆26及两根斜支杆9构成的四边形内布置有两根下对角拉索33，下对角拉索33两端分别与斜支杆9端部和第一下弦杆26端部固接；

四根周边拉索28围成的四边形内布置有四根周边对角拉索34，上部的两根周边对角拉索34一端与斜支杆9固接，上部的两根周边对角拉索34另一端与第一上对角支杆铰链接头14固接，下部的两根周边对角拉索34一端与斜支杆9固接，下部的两根周边对角拉索34另一端与第一下对角支杆铰链接头15固接；

两根斜拉索35布置在第一上对角支杆铰链接头14两侧，两根斜拉索35一端与第一上对角支杆铰链接头14固接，两根斜拉索35另一端分别与第一上弦杆3和第一下弦杆26固接。优选地，两根斜拉索35呈八字形布置。

上述方案中，弦杆铰链接头11是连接支撑竖杆8和斜支杆9的接头，也是连接第一上弦杆3和第一下弦杆26的接头，位于同一根支撑竖杆8上对应的两个弦杆铰链接头11以相同的布置方式设置，对于一个第一可展开单元模块A1处于折叠状态时，两根支撑竖杆8上对应布置的两对斜支杆9旋向相反，其中一对斜支杆9向上折叠，另一对斜支杆9向下折叠，以图3所示为例，右侧的上下一对斜支杆9向上折叠，与该对斜支杆9铰接的弦杆铰链接头11上固接有限位阻挡板100，该两个限位阻挡板100由上至下一内一外相对设置，在扭簧16的作用下，斜支杆9折叠旋转时，被限位阻挡板100阻挡限位，只能向上折叠旋转；以图3所示为例，左侧的上下一对斜支杆9向下折叠，与该对斜支杆9铰接的弦杆铰链接头11上也固接有限位阻挡板100，该两个限位阻挡板100由上至下一外一内相对设置，在扭簧16的作用下，斜支杆9折叠旋转时，被限位阻挡板100阻挡限位，只能向下折叠旋转。

曲柄18两端分别固接有铰链接头10，滑块17与第一上弦杆3分别与铰链接头10铰接，在第一可展开单元模块A1折叠展开运动中，滑块17可在支撑竖杆8上滑动，各种铰链式接头(铰链接头10、对角支杆旋转铰链接头13、第一上对角支杆铰链接头14、第一下对角支杆铰链接头15的铰接处作相应的运动，拉索组件也作相应的伸缩运动)，如此确保索杆张拉式可展开单元模块的整体展开或折叠，满足展开需求。采用扭簧16被压缩后的恢复力作为整个索杆张拉式环形天线机构展开的驱动力，如此设置，不需要增加额外的驱动机构，减轻了结构的重量，结构简单，使用方便，满足设计要求和实际需要。

本实施方式所述的第一上对角支杆铰链接头14的底座比第一下对角支杆铰链接头15的底座截面大，当索杆张拉式环形可展开天线完全展开时，第一下对角支杆铰链接头15底座的侧边紧靠在第一上对角支杆铰链接头14底座的表面，实现了整个天线机构的锁定，所述的斜支杆9通过与其对应的弦杆铰链接头11上伸长部分(例如限位阻挡板100)实现锁定，实现方式简单，工作稳定可靠。

本实施方式布置了拉索组件1，如此设置，有效地提高了整个天线机构展开后的刚度同时大大减轻了整个天线机构的质量。此外，在由第一上弦杆3、支撑竖杆8、第一下弦杆26组成的四边形的对角线处设置了第一上对角弦杆4和第一下对角弦杆5，这样也增加了整个天线机构的刚度。

如图3所示，作为一种具体可行实施方式，第一可展开单元模块A1处于折叠状态时，第一上对角弦杆4和第一下对角弦杆5向下折叠，第一上对角支杆6和第一下对角支杆7展开后成一条直线。如此设置，有效地提高了整个索杆张拉式环形可展开天线机构的折展比。

参见图5和图6所示，较佳地，为了配合与第一可展开单元模块A1相互作用，确保天线机构的展开和折叠。设计了与第一可展开单元模块A1功能和结构相似的第二可展开单元模块A2，第二可展开单元模块A2包括拉索组件1、第二上弦杆43、第二上对角弦杆21、第二下对角弦杆22、第二上对角支杆23、第二下对角支杆24、第二下弦杆46、铰链接头10、对角支杆旋转铰链接头13、第二上对角支杆铰链接头36、第二下对角支杆铰链接头37和扭簧16；所述拉索组件1包括周边拉索28、上对角拉索32、下对角拉索33、周边对角拉索34和斜拉索35；

第二上弦杆43和第二下弦杆46的两端分别与相邻的第一可展开单元模块A1中的弦杆铰链接头11铰接；第一可展开单元模块A1和第二可展开单元模块A2处于展开状态时，第二上弦杆43、第二下弦杆36及与相邻设置的第一可展开单元模块A1中的两个支撑竖杆8一起构成在第二竖直平面内转动的四边形连杆机构；

此时，第二上对角弦杆21和第二下对角弦杆22一端分别与其中一组对角设置的两个弦杆铰链接头11铰接，且第一上对角弦杆4和第二上对角弦杆21相对支撑竖杆8镜像布置，第一下对角弦杆5和第二下对角弦杆22相对支撑竖杆8镜像布置，第二上对角弦杆21和第二下对角弦杆22可在所述第二竖直平面内旋转；

另一组对角设置的两个弦杆铰链接头11上连接有可在所述第二竖直平面内旋转的对角支杆旋转铰链接头13，第二上对角支杆23一端和第二下对角支杆24的一端分别固接有一个铰链接头10，铰链接头10与对角支杆旋转铰链接头13铰接；

铰链接头10和对角支杆旋转铰链接头13铰接的铰接轴与对角支杆旋转铰链接头13和弦杆铰链接头11铰接的铰接轴垂直，第二上对角支杆23另一端连接第二上对角支杆铰链接头36，第二下对角支杆24另一端连接第二下对角支杆铰链接头37，第二上对角支杆铰链接头36与第二下对角支杆铰链接头37铰接且二者的铰接轴与第二上对角支杆23或第二下对角支杆24垂直，滑块17与第二上弦杆43之间布置有与二者铰接的曲柄18，铰链接头10与对角支杆旋转铰链接头13铰接的铰接轴上以及弦杆铰链接头11与斜支杆9上的铰链接头10铰接的铰接轴上分别安装有扭簧16；

多个第一可展开单元模块A1和多个第二可展开单元模块A2连接在一起构成的索杆张拉式环形桁架中每根支撑竖杆8上对应布置有一对斜支杆9，相邻两对斜支杆9旋向相反；

由周边拉索28、第二上弦杆43及两个斜支杆9构成的四边形内布置有两根上对角拉索32，上对角拉索32两端分别与斜支杆9端部和第二上弦杆43端部固接，由周边拉索28、第二下弦杆46及两根斜支杆9构成的四边形内布置有两根下对角拉索33，下对角拉索33两端分别与斜支杆9端部和第二下弦杆46端部固接；

第二可展开单元模块A2中四根周边拉索28围成的四边形内布置有四根周边对角拉索34，上部的两根周边对角拉索34一端与斜支杆9固接，上部的两根周边对角拉索34另一端与第二上对角支杆铰链接头36固接，下部的两根周边对角拉索34一端与斜支杆9固接，下部的两根周边对角拉索34另一端与第二下对角支杆铰链接头37固接，两根斜拉索35布置在第二上对角支杆铰链接头36两侧，两根斜拉索35一端与第二上对角支杆铰链接头36固接，两根斜拉索35另一端分别与第二上弦杆43和第二下弦杆46固接。

在第一可展开单元模块A1和第二可展开单元模块A2设计上，弦杆铰链接头11是连接支撑竖杆8和斜支杆9的接头，也是连接第二上弦杆43和第二下弦杆46的接头，相邻第一可展开单元模块A1和第二可展开单元模块A2共用一根周边拉索28，位于同一根支撑竖杆8上对应的两个弦杆铰链接头11以相同的布置方式设置，对于一个索杆张拉式可展开单元模块A处于折叠状态时，两根支撑竖杆8上对应布置的两对斜支杆9旋向相反，其中一对斜支杆9向上折叠，另一对斜支杆9向下折叠，以图5所示为例，最右侧的上下一对斜支杆9向下折叠，与该对斜支杆9铰接的弦杆铰链接头11上固接有限位阻挡板100，该两个限位阻挡板100由上至下一外一内相对设置，在扭簧16的作用下，斜支杆9折叠旋转时，被限位阻挡板100阻挡限位，只能向下折叠旋转；中间的上下一对斜支杆9向上折叠，与该对斜支杆9铰接的弦杆铰链接头11上固接有限位阻挡板100，该两个限位阻挡板100由上至下一内一外相对设置，在扭簧16的作用下，斜支杆9折叠旋转时，被限位阻挡板100阻挡限位，只能向上折叠旋转；最左侧的上下一对斜支杆9向下折叠，与该对斜支杆9铰接的弦杆铰链接头11上也固接有限位阻挡板100，该两个限位阻挡板100由上至下一外一内相对设置，在扭簧16的作用下，斜支杆9折叠旋转时，被限位阻挡板100阻挡限位，只能向下折叠旋转。如此多个索杆张拉式可展开单元模块A构成的索杆张拉式环形桁架折叠时，相邻两对斜支杆9折叠方向相反。

曲柄18两端分别固接有铰链接头10，滑块17与第一上弦杆3分别与铰链接头10铰接，在第一可展开单元模块A1和第二可展开单元模块A2折叠或展开运动中，滑块17可在支撑竖杆8上滑动，各种铰链式接头及拉索组件(铰链接头10、对角支杆旋转铰链接头13、第一上对角支杆铰链接头14、第一下对角支杆铰链接头15的铰接处作相应的运动，各种拉索组件也作相应的伸缩运动)，如此确保索杆张拉式可展开单元模块的整体展开或折叠，满足展开需求。

本实施方式的第二上对角支杆铰链接头36的底座比第二下对角支杆铰链接头37的底座截面大，当索杆张拉式环形可展开天线完全展开时，第二下对角支杆铰链接头37底座的侧边紧靠在第二上对角支杆铰链接头36底座的表面，实现了整个天线机构的锁定，所述的斜支杆9通过与其对应的弦杆铰链接头11上的伸长部分(例如限位阻挡板100)实现锁定，实现方式简单，工作稳定可靠。

本实施方式布置了拉索组件1，如此设置，有效地提高了整个天线机构展开后的刚度同时大大减轻了整个天线机构的质量。此外，在由第二长弦杆43、支撑竖杆8、第二下弦杆46组成的四边形的对角线处设置了第二上对角弦杆21和第二下对角弦杆22，这样也增加了整个天线机构的刚度。

第一可展开单元模块A1和第二可展开单元模块A2中，每个支撑竖杆8的上部均布置有滑块17，每个滑块17连接有两个曲柄18，曲柄18的另一端分别连接有第一可展单元模块A1或第二可展单元模块A2上的曲柄滑块固定铰链接头12，如此设置，可实现索杆张拉式环形天线机构各个索杆张拉式可展开单元模块A的同步展开，避免各个索杆张拉式可展开单元模块A之间发生干涉和碰撞，实现方式简单，工作稳定可靠。

如图5所示，作为一种可行的实施方式，第二可展开单元模块A2处于折叠状态时，第二上对角弦杆21和第二下对角弦杆22向上折叠，第二上对角支杆23和第二下对角支杆24展开后成一条直线。如此设置，在第一可展开单元模块A1和第二可展开单元模块A2相互配合折展下，有效地提高了整个索杆张拉式环形可展开天线机构的折展比，索杆张拉式环形可展开天线机构可实现满足需求。

参见图3和图5所示，第一上弦杆3包括第一长上弦杆3-1和两根第一短上弦杆3-2；两根第一短上弦杆3-2的一端分别连接有一个曲柄滑块固定铰链接头12，两个曲柄滑块固定铰链接头12之间布置有与二者连接的第一长上弦杆3-1，两根第一短上弦杆3-2的另一端分别连接有一个铰链接头10，该铰链接头10与弦杆铰链接头11铰接；第一上对角弦杆4一端固定有铰链接头10，所述的铰链接头10与其中一组对角设置的两个弦杆铰链接头11中的一个弦杆铰链接头11铰接，第一下对角弦杆5的一端固定有铰链接头10，所述的铰链接头10与其中一组对角设置的两个弦杆铰链接头11中的另一个弦杆铰链接头11铰接，第一上对角弦杆4另一端与第一下对角弦杆5另一端分别通过固定在各自另一端的铰链接头10铰接，该所述两个铰链接头10可在所述第一竖直平面内旋转；在由第一短上弦杆3-2、第一长上弦杆3-1、支撑竖杆8、第一下弦杆26组成的四边形的对角线处设置了第一上对角弦杆4和第一下对角弦杆5，这样也增加了整个天线机构的刚度。

该图3示例实施方式中，两个铰链接头10铰接的铰接轴、弦杆铰链接头11与第一上对角弦杆4上的铰链接头10铰接的铰接轴、弦杆铰链接头11与第一下对角弦杆5上的铰链接头10铰接的铰接轴、弦杆铰链接头11与第一短上弦杆3-2上的铰链接头10铰接的铰接轴以及弦杆铰链接头11和对角支杆旋转铰链接头13铰接的铰接轴平行。

参见图5所示，第二上弦杆43包括第二长上弦杆431和两根第二短上弦杆432；两根第二短上弦杆432的一端分别连接有一个曲柄滑块固定铰链接头12，两个曲柄滑块固定铰链接头12之间布置有与二者连接的第二长上弦杆431，两根第二短上弦杆432的另一端分别连接有一个铰链接头10，该铰链接头10与弦杆铰链接头11铰接；

第二上对角弦杆21一端固定有铰链接头10，该铰链接头10与其中一组对角设置的两个弦杆铰链接头11中的一个弦杆铰链接头11铰接，第二下对角弦杆22的一端固定有铰链接头10，该铰链接头10与其中一组对角设置的两个弦杆铰链接头11中的另一个弦杆铰链接头11铰接，第二上对角弦杆21另一端与第二下对角弦杆22另一端分别通过固定在各自另一端的铰链接头10铰接，该两个铰链接头10可在所述第二竖直平面内旋转；在由第二短上弦杆432、第二长上弦杆431、支撑竖杆8、第二下弦杆46组成的四边形的对角线处设置了第二上对角弦杆21和第二下对角弦杆22，这样也增加了整个天线机构的刚度。

该图5示例实施方式中，两个铰链接头10铰接的铰接轴、弦杆铰链接头11与第二上对角弦杆21上的铰链接头10铰接的铰接轴、弦杆铰链接头11与第二下对角弦杆22上的铰链接头10铰接的铰接轴以及弦杆铰链接头11与第二短上弦杆432上的铰链接头10铰接的铰接轴以及弦杆铰链接头11和对角支杆旋转铰链接头13铰接的铰接轴平行。上述图3和图5所示实施方式的技术方案配合设计，有利于索杆张拉式环形可展开天线机构可满足根据天线的需求而扩展的需要。

作为一种改进的技术方案，两个第一短上弦杆3-2、第一长上弦杆3-1、第一上对角弦杆4、第一下对角弦杆5、第一上对角支杆6、第一下对角支杆7、支撑竖杆8、下弦杆26、斜支杆9和曲柄18均由碳纤维复合材料或航空铝合金材料制成。第二上弦杆43、第二上对角弦杆21、第二下对角弦杆22、第二上对角支杆23、第二下对角支杆24和第二下弦杆46均由碳纤维复合材料或航空铝合金材料制成。如此设置，航空铝合金材料具有高强度高韧性抗疲劳的综合性能，碳纤维复合材料具有耐高温、耐摩擦、导电、导热及耐腐蚀的特点。上述方案中，斜支杆9上套装有套头25，周边拉索28、上对角拉索32、下对角拉索33和周边对角拉索34分别与套头25固接。套头25的设置使用便捷，拆装方便。

作为上述一种改进的技术方案，所述拉索组件1中的拉索均为凯夫拉绳或碳纤维绳。如此设置，凯夫拉绳具有耐高温，防火阻燃，重量轻，强度高，模量高，尺寸稳定，收缩率低，耐刺破，耐磨耗，耐热性，耐化学腐蚀，机械性能好，介电性好等优点；碳纤维绳具有强度大，导电性优良的特点，便于保证重复展开精度。

工作过程

结合图1-图6说明，多个索杆张拉式可展开单元模块A分别在扭簧16的弹性势能作用下实现自身的主动展开。通过曲柄18和滑块17组成的曲柄滑块机构实现相邻的第一可展开单元模块A1和第二可展开单元模块A2的同步展开运动。每个索杆张拉式可展开单元模块A的两个第一短上弦杆3-2、第一长上弦杆3-1、两个支撑竖杆8、第一下弦杆26构成平行四边形结构，从而实现整个天线机构的同步展开。整个天线机构完全展开后，通过两个对角支杆的铰链接头底座的相互靠紧实现天线机构的锁定，此时拉索组件1处于张紧状态。

上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。发明已以较佳实施案例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可以利用上述揭示的结构及技术内容做出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施案例，但是凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施案例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案范围。

Claims (9)

1.一种索杆张拉式环形可展开天线机构，其特征在于，所述天线机构包括多个索杆张拉式可展开单元模块(A)；

每个索杆张拉式可展开单元模块(A)包括连接在一起的第一可展开单元模块(A1)和第二可展开单元模块(A2)，多个第一可展开单元模块(A1)和多个第二可展开单元模块(A2)相间布置并连接在一起展开后为一个索杆张拉式环形桁架；

所述第一可展开单元模块(A1)包括拉索组件(1)、第一上弦杆(3)、第一上对角弦杆(4)、第一下对角弦杆(5)、第一上对角支杆(6)、第一下对角支杆(7)、支撑竖杆(8)、第一下弦杆(26)、斜支杆(9)、铰链接头(10)、弦杆铰链接头(11)、对角支杆旋转铰链接头(13)、扭簧(16)、滑块(17)和曲柄(18)；所述拉索组件(1)包括周边拉索(28)、上对角拉索(32)、下对角拉索(33)、周边对角拉索(34)和斜拉索(35)；

第一上弦杆(3)和第一下弦杆(26)的两端分别布置有一个弦杆铰链接头(11)，第一上弦杆(3)和第一下弦杆(26)分别与弦杆铰链接头(11)铰接，上下对应布置的两个弦杆铰链接头(11)之间设置与二者铰接的支撑竖杆(8)，第一可展开单元模块(A1)处于展开状态时，第一上弦杆(3)、第一下弦杆(26)及两个支撑竖杆(8)构成在第一竖直平面内转动的四边形连杆机构；

第一上对角弦杆(4)一端与其中一组对角设置的两个弦杆铰链接头(11)中的一个弦杆铰链接头(11)铰接，第一下对角弦杆(5)的一端与其中一组对角设置的两个弦杆铰链接头(11)中的另一个弦杆铰链接头(11)铰接，第一上对角弦杆(4)另一端与第一下对角弦杆(5)另一端铰接；第一上对角弦杆(4)另一端与第一下对角弦杆(5)另一端可在所述第一竖直平面内旋转，另一组对角设置的两个弦杆铰链接头(11)上连接有可在所述第一竖直平面内旋转的对角支杆旋转铰链接头(13)，第一上对角支杆(6)的一端和第一下对角支杆(7)的一端分别固接有一个铰链接头(10)，铰链接头(10)与对角支杆旋转铰链接头(13)铰接，铰链接头(10)与对角支杆旋转铰链接头(13)的铰接轴与对角支杆旋转铰链接头(13)与弦杆铰链接头(11)的铰接轴垂直，第一上对角支杆(6)另一端连接第一上对角支杆铰链接头(14)，第一下对角支杆(7)另一端连接第一下对角支杆铰链接头(15)，第一上对角支杆铰链接头(14)与第一下对角支杆铰链接头(15)铰接且二者的铰接轴与第一上对角支杆(6)或第一下对角支杆(7)垂直；

每根支撑竖杆(8)上滑动设置有滑块(17)，滑块(17)与第一上弦杆(3)之间布置有与二者铰接的曲柄(18)，滑块(17)邻近第一上弦杆(3)设置；每个弦杆铰链接头(11)上布置一个斜支杆(9)，斜支杆(9)通过铰链接头(10)与弦杆铰链接头(11)铰接，铰链接头(10)与对角支杆旋转铰链接头(13)铰接的铰接轴以及弦杆铰链接头(11)与斜支杆(9)的铰链接头(10)铰接的铰接轴上分别安装有扭簧(16)；

每根支撑竖杆(8)上对应布置一对斜支杆(9)，相邻两对斜支杆(9)旋向相反，其中一个支撑竖杆(8)对应布置的两个弦杆铰链接头(11)与第二可展开单元模块(A2)铰接，相邻两个斜支杆(9)之间连接有周边拉索(28)；由周边拉索(28)、第一上弦杆(3)及两根斜支杆(9)构成的四边形内布置有两根上对角拉索(32)，上对角拉索(32)两端分别与斜支杆(9)端部和第一上弦杆(3)端部固接，由周边拉索(28)、第一下弦杆(26)及两根斜支杆(9)构成的四边形内布置有两根下对角拉索(33)，下对角拉索(33)两端分别与斜支杆(9)端部和第一下弦杆(26)端部固接；

四根周边拉索(28)围成的四边形内布置有四根周边对角拉索(34)，上部的两根周边对角拉索(34)一端与斜支杆(9)固接，上部的两根周边对角拉索(34)另一端与第一上对角支杆铰链接头(14)固接，下部的两根周边对角拉索(34)一端与斜支杆(9)固接，下部的两根周边对角拉索(34)另一端与第一下对角支杆铰链接头(15)固接；

两根斜拉索(35)布置在第一上对角支杆铰链接头(14)两侧，两根斜拉索(35)一端与第一上对角支杆铰链接头(14)固接，两根斜拉索(35)另一端分别与第一上弦杆(3)和第一下弦杆(26)固接。

2.根据权利要求1所述一种索杆张拉式环形可展开天线机构，其特征在于：所述第一可展开单元模块(A1)处于折叠状态时，第一上对角弦杆(4)和第一下对角弦杆(5)向下折叠，第一上对角支杆(6)和第一下对角支杆(7)展开后成一条直线。

3.根据权利要求1所述一种索杆张拉式环形可展开天线机构，其特征在于：所述第二可展开单元模块(A2)包括拉索组件(1)、第二上弦杆(43)、第二上对角弦杆(21)、第二下对角弦杆(22)、第二上对角支杆(23)、第二下对角支杆(24)、第二下弦杆(46)、铰链接头(10)、对角支杆旋转铰链接头(13)、第二上对角支杆铰链接头(36)、第二下对角支杆铰链接头(37)和扭簧(16)；所述拉索组件(1)包括周边拉索(28)、上对角拉索(32)、下对角拉索(33)、周边对角拉索(34)和斜拉索(35)；

第二上弦杆(43)和第二下弦杆(46)的两端分别与相邻的第一可展开单元模块(A1)中的弦杆铰链接头(11)铰接；

第一可展开单元模块(A1)和第二可展开单元模块(A2)处于展开状态时，第二上弦杆(43)、第二下弦杆(36)及与相邻设置的第一可展开单元模块(A1)中的两个支撑竖杆(8)一起构成在第二竖直平面内转动的四边形连杆机构；

此时，第二上对角弦杆(21)和第二下对角弦杆(22)一端分别与其中一组对角设置的两个弦杆铰链接头(11)铰接，且第一上对角弦杆(4)和第二上对角弦杆(21)相对支撑竖杆(8)镜像布置，第一下对角弦杆(5)和第二下对角弦杆(22)相对支撑竖杆(8)镜像布置，第二上对角弦杆(21)和第二下对角弦杆(22)可在所述第二竖直平面内旋转；

另一组对角设置的两个弦杆铰链接头(11)上连接有可在所述第二竖直平面内旋转的对角支杆旋转铰链接头(13)，第二上对角支杆(23)一端和第二下对角支杆(24)的一端分别固接有一个铰链接头(10)，铰链接头(10)与对角支杆旋转铰链接头(13)铰接；

铰链接头(10)和对角支杆旋转铰链接头(13)铰接的铰接轴与对角支杆旋转铰链接头(13)和弦杆铰链接头(11)铰接的铰接轴垂直，第二上对角支杆(23)的另一端连接第二上对角支杆铰链接头(36)，第二下对角支杆(24)的另一端连接第二下对角支杆铰链接头(37)，第二上对角支杆铰链接头(36)与第二下对角支杆铰链接头(37)铰接且二者的铰接轴与第二上对角支杆(23)或第二下对角支杆(24)垂直，滑块(17)与第二上弦杆(43)之间布置有与二者铰接的曲柄(18)，铰链接头(10)与对角支杆旋转铰链接头(13)铰接的铰接轴上以及弦杆铰链接头(11)与斜支杆(9)上的铰链接头(10)铰接的铰接轴上分别安装有扭簧(16)；

多个第一可展开单元模块(A1)和多个第二可展开单元模块(A2)连接在一起构成的索杆张拉式环形桁架中每根支撑竖杆(8)上对应布置有一对斜支杆(9)，相邻两对斜支杆(9)旋向相反；

由周边拉索(28)、第二上弦杆(43)及两个斜支杆(9)构成的四边形内布置有两根上对角拉索(32)，上对角拉索(32)两端分别与斜支杆(9)的端部和第二上弦杆(43)的端部固接，由周边拉索(28)、第二下弦杆(46)及两根斜支杆(9)构成的四边形内布置有两根下对角拉索(33)，下对角拉索(33)两端分别与斜支杆(9)端部和第二下弦杆(46)的端部固接；

第二可展开单元模块(A2)中四根周边拉索(28)围成的四边形内布置有四根周边对角拉索(34)，上部的两根周边对角拉索(34)一端与斜支杆(9)固接，上部的两根周边对角拉索(34)的另一端与第二上对角支杆铰链接头(36)固接，下部的两根周边对角拉索(34)一端与斜支杆(9)固接，下部的两根周边对角拉索(34)的另一端与第二下对角支杆铰链接头(37)固接，两根斜拉索(35)布置在第二上对角支杆铰链接头(36)两侧，两根斜拉索(35)一端与第二上对角支杆铰链接头(36)固接，两根斜拉索(35)另一端分别与第二上弦杆(43)和第二下弦杆(46)固接。

4.根据权利要求3所述一种索杆张拉式环形可展开天线机构，其特征在于：所述第二可展开单元模块(A2)处于折叠状态时，第二上对角弦杆(21)和第二下对角弦杆(22)向上折叠，第二上对角支杆(23)和第二下对角支杆(24)展开后成一条直线。

5.根据权利要求1或2所述一种索杆张拉式环形可展开天线机构，其特征在于：所述第一上弦杆(3)包括第一长上弦杆(3-1)和两根第一短上弦杆(3-2)；两根第一短上弦杆(3-2)的一端分别连接有一个曲柄滑块固定铰链接头(12)，两个曲柄滑块固定铰链接头(12)之间布置有与二者连接的第一长上弦杆(3-1)，两根第一短上弦杆(3-2)的另一端分别连接有一个铰链接头(10)，该铰链接头(10)与弦杆铰链接头(11)铰接；

第一上对角弦杆(4)一端固定有铰链接头(10)，该所述铰链接头(10)与其中一组对角设置的两个弦杆铰链接头(11)中的一个弦杆铰链接头(11)铰接，第一下对角弦杆(5)的一端固定有铰链接头(10)，该铰链接头(10)与其中一组对角设置的两个弦杆铰链接头(11)中的另一个弦杆铰链接头(11)铰接，第一上对角弦杆(4)另一端与第一下对角弦杆(5)另一端分别通过固定在各自另一端的铰链接头(10)铰接，该所述两个铰链接头(10)可在所述第一竖直平面内旋转；

两个铰链接头(10)铰接的铰接轴、弦杆铰链接头(11)与第一上对角弦杆(4)上的铰链接头(10)铰接的铰接轴、弦杆铰链接头(11)与第一下对角弦杆(5)上的铰链接头(10)铰接的铰接轴、弦杆铰链接头(11)与第一短上弦杆(3-2)上的铰链接头(10)铰接的铰接轴以及弦杆铰链接头(11)和对角支杆旋转铰链接头(13)铰接的铰接轴平行。

6.根据权利要求3或4所述一种索杆张拉式环形可展开天线机构，其特征在于：所述第二上弦杆(43)包括第二长上弦杆(431)和两根第二短上弦杆(432)；两根第二短上弦杆(432)的一端分别连接有一个曲柄滑块固定铰链接头(12)，两个曲柄滑块固定铰链接头(12)之间布置有与二者连接的第二长上弦杆(431)，两根第二短上弦杆(432)的另一端分别连接有一个铰链接头(10)，该铰链接头(10)与弦杆铰链接头(11)铰接；

第二上对角弦杆(21)一端固定有铰链接头(10)，该铰链接头(10)与其中一组对角设置的两个弦杆铰链接头(11)中的一个弦杆铰链接头(11)铰接，第二下对角弦杆(22)的一端固定有铰链接头(10)，该铰链接头(10)与其中一组对角设置的两个弦杆铰链接头(11)中的另一个弦杆铰链接头(11)铰接，第二上对角弦杆(21)另一端与第二下对角弦杆(22)另一端分别通过固定在各自另一端的铰链接头(10)铰接，该两个铰链接头(10)可在所述第二竖直平面内旋转；

该两个铰链接头(10)铰接的铰接轴、弦杆铰链接头(11)与第二上对角弦杆(21)上的铰链接头(10)铰接的铰接轴、弦杆铰链接头(11)与第二下对角弦杆(22)上的铰链接头(10)铰接的铰接轴以及弦杆铰链接头(11)与第二短上弦杆(432)上的铰链接头(10)铰接的铰接轴以及弦杆铰链接头(11)和对角支杆旋转铰链接头(13)铰接的铰接轴平行。

7.根据权利要求5所述一种索杆张拉式环形可展开天线机构，其特征在于：所述两个第一短上弦杆(3-2)、第一长上弦杆(3-1)、第一上对角弦杆(4)、第一下对角弦杆(5)、第一上对角支杆(6)、第一下对角支杆(7)、支撑竖杆(8)、下弦杆(26)、斜支杆(9)和曲柄(18)均由碳纤维复合材料或航空铝合金材料制成。

8.根据权利要求6所述一种索杆张拉式环形可展开天线机构，其特征在于：第二上弦杆(43)、第二上对角弦杆(21)、第二下对角弦杆(22)、第二上对角支杆(23)、第二下对角支杆(24)和第二下弦杆(46)均由碳纤维复合材料或航空铝合金材料制成。

9.根据权利要求1、3、7或8所述一种索杆张拉式环形可展开天线机构，其特征在于：所述拉索组件(1)中的拉索均为凯夫拉绳或碳纤维绳。

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