CN109659701A - 一种桁架式同步可展开天线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种桁架式同步可展开天线，由天线索网、同步可展机构和驱动组件组成；同步可展机构按结构类型分为第一同步可展机构、第二同步可展机构和第三同步可展机构。天线索网和驱动组件分别与第一同步可展机构、第二同步可展机构、第三同步可展机构构成三种类型的桁架式同步可展开天线；在驱动组件的作用下，天线索网通过同步可展机构实现空间同步展开，展开完成后，在锁止机构的作用下，天线整体稳定在完全展开状态。桁架式同步可展开天线具有展开口径大、收纳率高、空间同步展开精度高、支撑刚度强的特点。同步可展机构可用于太阳能帆板、开合屋盖结构工程领域，天线还可用于太空或地面作为反射器或汇聚器。

Description

一种桁架式同步可展开天线

技术领域

本发明涉及星载天线结构设计领域，具体地说，涉及一种桁架式同步可展开天线。

背景技术

随着航天科技发展，航天器正朝着日益大型化和复杂化发展，尤其是空间天线、星载雷达、空间电站等对大型可展开结构的需求越来越多，与之相关的技术面临着前所未有的发展机遇与挑战。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，空间可展开结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；大型空间可展开结构成为近年来宇航科学与技术研究领域的热点。大型星载可展开天线的研究也成为卫星有效载荷研制工作中的关键技术，故天线的可展开成为大型星载天线的一个显著特征，可从收纳率、型面精度、展开精度及可靠性、展开及支撑刚度诸多方面来衡量星载天线的综合特性。

在各类星载天线中，对桁架式可展开天线的研究一直是一个重点。桁架式可展开天线由于其具有大口径、高收纳率、低面密度的特点，是空间几十米到上百米大口径可展开天线的理想结构形式，已成为目前国际宇航界研究最活跃的天线结构。虽然各国科研人员在桁架天线展开机构方面做了大量研究，但是现有的桁架机构类型较少，并且随着天线口径的增大，天线刚度下降较为严重，且天线在展开过程中不可控，无法实现精确同步自动展开，降低了展开机构的可靠性，容易导致桁架天线展开失败，直接影响卫星的使用寿命和工作性能，已难以满足大型星载天线系统的需要。

发明专利CN 106972280 A公开了“一种绳索驱动片弹簧式星载天线环形桁架结构”，该桁架结构的特点是环形桁架之间采用的二杆可展开机构增加了环形桁架与前、后索网面连接节点数量，保证了环形桁架天线索网面的稳定性及精度，片弹簧自身的柔性变形增加了展开过程中的平稳性。然而，该天线结构为单环环形桁架天线，其展开及支撑刚度较小，且展开过程不可控、展开精度及可靠性较低，进而影响到天线反射器的性能。

发明专利CN 104319453 A提出了一种“基于无源驱动的双层环形桁架天线机构”，该天线机构的特点是解决了现有的大口径单环环形桁架天线刚度较小，无法达到使用刚度要求以及现有环形桁架天线机构的驱动结构复杂、采用拉索展开容易发生缠绕的问题，但无法实现天线机构的精确同步展开，且展开精度及可靠性较低，难以保证天线机构的每个单元都能顺利展开。

发明内容

为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种桁架式同步可展开天线：该天线在驱动组件的作用下，通过同步可展机构实现空间同步展开，具有展开口径大、收纳率高、空间同步展开精度高、展开支撑刚度强的特点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括天线索网、同步可展机构和用于动力装置的驱动组件；驱动组件包括第一驱动电机和第二驱动电机，天线索网与同步可展机构连接；所述同步可展机构按结构类型分为三种，分别是第一同步可展机构、第二同步可展机构和第三同步可展机构，天线索网和驱动组件分别与第一同步可展机构、第二同步可展机构、第三同步可展机构组成三种类型的桁架式同步可展开天线，其特征在于所述第一同步可展机构由多个第一同步可展机构双层组合单元阵列组合而成的三维闭环同步多杆对称可展机构；所述第一同步可展机构双层组合单元包括二个第一同步可展机构基本单元和多根第一支撑杆，第一同步可展机构双层组合单元关于第一支撑杆的中间圆截面对称；所述第一同步可展机构基本单元由多个第一同步二杆可展单元、多个第一同步三杆可展单元、若干根第一连接杆阵列组合而成的正六边形单元同步多杆对称可展机构；其中，二个第一同步可展机构基本单元正反相向对称布置，第一同步二杆可展单元与第二同步二杆可展单元之间通过第一支撑杆固连，进而连接二个第一同步可展机构基本单元；所述第一同步二杆可展单元与第一同步三杆可展单元之间通过第一连接杆螺纹连接；所述第一驱动电机与第一同步可展机构双层组合单元的其中一个第一同步三杆可展单元连接，第二驱动电机与第一同步可展机构双层组合单元的其中一个第二同步三杆可展单元连接；

所述第一同步二杆可展单元包括不完全圆柱齿轮副、第一轴承、同步二杆可展单元节点，第一同步二杆可展单元的接头与第一连接杆螺纹连接，同步二杆可展单元节点的侧端面设有第一限位挡板；第一同步二杆可展单元完全收拢时，两端接头之间的夹角为0°；完全展开时，两端接头之间的夹角为180°；所述第二同步二杆可展单元与第一同步二杆可展单元结构相同；

所述第一同步三杆可展单元包括三对第一锥齿轮副、多个第二轴承、三个第一T型转轴及同步三杆可展单元节点；相互啮合的第一锥齿轮副包括两个完全相同的锥齿轮，且其轴交角为60°；相邻的两对第一锥齿轮副之间通过第一T型转轴固连，三对锥齿轮副依轴线中心呈正三角形分布在同一平面内，第一T型转轴的接头与第一连接杆螺纹连接；所述同步三杆可展单元节点包括第一V型板、第一底座、第二上限位挡板、第二下限位挡板，第一V型板为多块结构相同的矩形板两两连接而成，每两块矩形板之间的夹角为120°，矩形板上分别设有轴孔，且轴孔位于同一平面内，轴孔用于安装第二轴承；V型板固定在第一底座上，每两对V型板之间均设有第二上限位挡板和第二下限位挡，用于限定第一T型转轴的转动角度为0～90°，第一同步三杆可展单元在完全展开时，三个第一T型转轴位于同一平面内；所述第二同步三杆可展单元与第一同步三杆可展单元结构相同；

所述第二同步可展机构是由多个第二同步可展机构双层组合单元阵列组合而成的三维闭环同步多杆对称可展机构；所述第二同步可展机构双层组合单元包括两个第二同步可展机构基本单元和三根第二支撑杆，第二同步可展机构双层组合单元关于第二支撑杆的中间圆截面对称；所述第二同步可展机构基本单元由多个第一同步三杆可展单元、若干根第二连接杆阵列组合而成的正六边形单元同步多杆对称可展机构，其中，相邻的两个第一同步三杆可展单元正反相向布置，且两两之间通过第二连接杆螺纹连接，实现第二同步可展机构基本单元收拢和展开；两个第二同步可展机构基本单元一正一反相向对称布置，并通过三根第二支撑杆固连，且第二支撑杆固连在第一同步三杆可展单元与第二同步三杆可展单元的第一底座上；所述第一驱动电机与第二同步可展机构双层组合单元的其中一个第一同步三杆可展单元连接，第二驱动电机与第二同步可展机构双层组合单元的其中一个第二同步三杆可展单元连接；第二同步可展机构基本单元在完全展开时，所有第一T型转轴、第二连接杆均位于同一平面内；所述第二同步三杆可展单元与第一同步三杆可展单元结构相同；

所述第三同步可展机构由多个第三同步可展机构双层组合单元阵列组合而成的三维闭环同步多杆对称可展机构；所述第三同步可展机构双层组合单元包括两个第三同步可展机构基本单元和四根第三支撑杆，第一同步可展机构双层组合单元关于第三支撑杆的中间圆截面对称；所述第三同步可展机构基本单元是由四个第一同步三杆可展单元、三个第一同步六杆可展单元、若干根第三连接杆阵列组合而成的正六边形单元同步多杆对称可展机构；其中，两个第三同步可展机构基本单元正反相向对称布置，第一同步三杆可展单元与第二同步三杆可展单元之间通过第三支撑杆固连，进而连接两个第三同步可展机构基本单元；所述第一同步三杆可展单元与第一同步六杆可展单元之间通过第三连接杆螺纹连接；所述第一驱动电机与第三同步可展机构双层组合单元的其中一个第一同步六杆可展单元连接，第二驱动电机与第三同步可展机构双层组合单元的其中一个第二同步六杆可展单元连接；

所述第一同步六杆可展单元包括多对第二锥齿轮副、若干个第三轴承、多个第二T型转轴和同步六杆可展单元节点；相互啮合的第二锥齿轮副包括两个相同的锥齿轮，且其轴交角为120°；相邻的两对第二锥齿轮副之间通过第二T型转轴固连，多对锥齿轮副依轴线中心呈正六边形分布在同一平面内，第二T型转轴的接头与第二连接杆螺纹连接；所述同步六杆可展单元节点包括第二V型板、第二底座、第三上限位挡板、第三下限位挡板，第二V型板为多块结构相同的矩形板两两连接而成，每两块矩形板之间的夹角为60°，矩形板上分别设有轴孔，且轴孔位于同一平面内，轴孔用于安装第三轴承；所述V型板固定在第二底座上，每两对V型板之间均设有第三上限位挡板和第三下限位挡板，用于限定第二T型转轴的转动角度为0～90°，第一同步六杆可展单元在完全展开时，多个第二T型转轴位于同一平面内；所述第二同步六杆可展单元与第一同步六杆可展单元结构相同。

所述第一连接杆、第二连接杆及第三连接杆均为空心杆，两端均设有连接用螺纹；所述第一轴承、第二轴承及第三轴承均为石墨轴承；所述第一同步可展机构、第二同步可展机构及第三同步可展机构的齿轮副啮合均采用二硫化钼固体润滑。

所述天线索网为抛物面柔性薄膜索网，采用镀金钼丝金属网；所述第一T型转轴、第二T型转轴、第一连接杆、第二连接杆、第三连接杆、第一支撑杆、第二支撑杆、第三支撑杆、同步二杆可展单元节点、同步三杆可展单元节点及同步六杆可展单元节点等零部件均采用钛合金材料加工成型。

有益效果

本发明桁架式同步可展开天线具有以下效果:

1.本发明基于锥齿轮的闭合传动原理，提出了可确保三根杆件同步运动的同步三杆可展单元节点以及可确保六根杆件同步运动的同步六杆可展单元节点，并结合传统的双齿轮传动平面型同步二杆可展单元节点，通过各单元之间的阵列组合，构成了三种桁架式同步可展机构，展开方式属于多节点同步展开，有效确保各转动轴所连接的杆件精确同步运动；充分发挥了同步多杆可展机构单自由度可动、无运动奇异点、收纳率高、展开精度高等优势，可应用于新型对称可展机构，尤其适用于由转动副、剪式铰单元等构成的可展过约束体系。

2.本发明中按照同步可展机构的同步可展单元阵列组合方式，可组成较大跨度的三维闭环同步多杆阵列对称可展体系，在大型可展开天线、太阳能帆板、开合屋盖结构等工程领域具有可观的应用前景。

3.本发明桁架式同步可展开天线具有展开口径大、收纳率高、空间同步展开、展开精度高、展开及支撑刚度大等特点，天线索网为抛物面柔性镀金钼丝金属网，天线还可用于太空或地面作为反射器或汇聚器。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明桁架式同步可展开天线作进一步详细说明：

图1为本发明桁架式同步可展开天线示意图。

图2为本发明桁架式同步可展开天线展开状态仰视图。

图3为本发明的天线索网结构示意图。

图4为本发明的第一同步可展机构收拢状态结构示意图。

图5为本发明的第一同步可展机构展开状态结构示意图。

图6为本发明的第一同步可展机构双层组合单元收拢状态示意图。

图7为本发明的第一同步可展机构双层组合单元展开状态示意图。

图8为本发明的第一同步可展机构基本单元收拢状态结构示意图。

图9为本发明的第一同步可展机构基本单元展开过程结构示意图。

图10为本发明的第一同步可展机构基本单元展开状态结构示意图。

图11为本发明的第一同步可展机构基本单元收拢状态俯视图。

图12为本发明的同步二杆可展单元结构示意图。

图13为本发明的同步三杆可展单元结构示意图。

图14为本发明的同步三杆可展单元节点结构示意图。

图15为本发明的第一T型转轴结构示意图。

图16为本发明的第一同步可展机构俯视图。

图17为本发明的第二同步可展机构收拢状态结构示意图。

图18为本发明的第二同步可展机构展开状态结构示意图。

图19为本发明的第二同步可展机构双层组合单元收拢状态结构示意图。

图20为本发明的第二同步可展机构双层组合单元展开状态结构示意图。

图21为本发明的第二同步可展机构基本单元收拢状态结构示意图。

图22为本发明的第二同步可展机构基本单元展开状态结构示意图。

图23为本发明的第二同步可展机构基本单元收拢状态俯视图。

图24为本发明的第二同步可展机构俯视图。

图25为本发明的第三同步可展机构收拢状态结构示意图。

图26为本发明的第三同步可展机构展开状态结构示意图。

图27为本发明的第三同步可展机构双层组合单元收拢状态结构示意图。

图28为本发明的第三同步可展机构双层组合单元展开状态结构示意图。

图29为本发明的第三同步可展机构基本单元收拢状态结构示意图。

图30为本发明的第三同步可展机构基本单元展开状态结构示意图。

图31为本发明的第三同步可展机构基本单元收拢状态俯视图。

图32为本发明的同步六杆可展单元结构示意图。

图33为本发明的同步六杆可展单元节点结构示意图。

图34为本发明的第三同步可展机构俯视图。

图中:

1.天线索网 2.第一同步可展机构 3.第二同步可展机构 4.第三同步可展机构5.第一同步可展机构双层组合单元 6.第二同步可展机构双层组合单元 7.第三同步可展机构双层组合单元 8.第一同步可展机构基本单元 9.第二同步可展机构基本单元 10.第三同步可展机构基本单元 11.第一同步二杆可展单元 12.第一同步三杆可展单元 13.第一同步六杆可展单元 14.不完全圆柱齿轮副 15.第一锥齿轮副 16.第二锥齿轮副 17.第一轴承 18.第二轴承 19.第三轴承 20.第一T型转轴 21.第二T型转轴 22.第一连接杆23.第二连接杆 24.第三连接杆 25.第一支撑杆 26.第二支撑杆 27.第三支撑杆 28.同步二杆可展单元节点 29.同步三杆可展单元节点 30.同步六杆可展单元节点 31.第一V型板32.第二V型板 33.第一底座 34.第二底座 35.第一限位挡板 36.第二上限位挡板 37.第二下限位挡板 38.第三上限位挡板 39.第三下限位挡板 40.第一驱动电机 41.第二驱动电机 42.锁止机构 43.第二同步二杆可展单元 44.第二同步三杆可展单元 45.第二同步六杆可展单元

具体实施方式

本实施例是一种桁架式同步可展开天线。

实施例一

参阅图1～图16，本实施例桁架式同步可展开天线，展开口径为20m；其中包括天线索网1、第一同步可展机构2和用于动力装置的驱动组件。驱动组件包括第一驱动电机40和第二驱动电机41，天线索网1与第一同步可展机构2连接。

本实施例中，第一同步可展机构2由多个第一同步可展机构双层组合单元5阵列组合而成的三维闭环同步多杆对称可展机构；第一同步可展机构双层组合单元5包括两个第一同步可展机构基本单元8和6根第一支撑杆25，整个第一同步可展机构双层组合单元5关于第一支撑杆25的中间圆截面对称；第一同步可展机构基本单元8由6个第一同步二杆可展单元11、6个第一同步三杆可展单元12、18根第一连接杆22阵列组合而成的正六边形单元同步多杆对称可展机构；其中，两个第一同步可展机构基本单元8一正一反相向对称布置，第一同步二杆可展单元11与第二同步二杆可展单元43之间通过第一支撑杆25固连，进而连接2个第一同步可展机构基本单元8；第一同步二杆可展单元11与第一同步三杆可展单元12之间通过第一连接杆22螺纹连接；第一驱动电机40与第一同步可展机构双层组合单元5的其中一个第一同步三杆可展单元12连接，第二驱动电机41与第一同步可展机构双层组合单元5的其中一个第二同步三杆可展单元44连接。

第一同步二杆可展单元11包括不完全圆柱齿轮副14、第一轴承17、同步二杆可展单元节点28，第一同步二杆可展单元11的接头与第一连接杆22螺纹连接，同步二杆可展单元节点28的侧端面设有第一限位挡板35。第一同步二杆可展单元11完全收拢时，两端接头之间的夹角为0°；完全展开时，两端接头之间的夹角为180°。第二同步二杆可展单元43与第一同步二杆可展单元11结构相同。

第一同步三杆可展单元12包括3对第一锥齿轮副15、6个第二轴承18、3个第一T型转轴20及同步三杆可展单元节点29；相互啮合的第一锥齿轮副15包括两个完全相同的锥齿轮，且其轴交角为60°；相邻的两对第一锥齿轮副15之间通过第一T型转轴20固连，3对锥齿轮副依轴线中心呈正三角形分布在同一平面内，第一T型转轴20的接头与第一连接杆22螺纹连接。同步三杆可展单元节点29包括第一V型板31、第一底座33、第二上限位挡板36、第二下限位挡板37，第一V型板31为多块结构相同的矩形板两两连接而成，每两块矩形板之间的夹角为120°，矩形板上分别设有轴孔，且轴孔位于同一平面内，轴孔用于安装第二轴承18。V型板固定在第一底座33上，每两对V型板之间均设有第二上限位挡板36和第二下限位挡板37，用于限定第一T型转轴20的转动角度为0～90°；装配时须保证第一同步三杆可展单元12在完全展开时，3个第一T型转轴20位于同一平面内。第二同步三杆可展单元44与第一同步三杆可展单元12结构相同。

本实施例在正常展开时，驱动方式为:桁架式同步可展开天线通过电信号解锁锁紧绳，在驱动组件的作用下，天线索网1由初始的收拢状态通过第一同步可展机构2实现空间同步展开，最后在锁止机构42的作用下，天线整体稳定在完全展开状态。

实施例二

参阅图1、图3、图17～图24，本实施例桁架式同步可展开天线，展开口径为20m；其中包括天线索网1、第二同步可展机构3和用于动力装置的驱动组件。驱动组件包括第一驱动电机40和第二驱动电机41，天线索网1与第二同步可展机构3连接。

本实施例中，第二同步可展机构3由多个第二同步可展机构双层组合单元6阵列组合而成的三维闭环同步多杆对称可展机构；第二同步可展机构双层组合单元6包括两个第二同步可展机构基本单元9和3根第二支撑杆26，整个第二同步可展机构双层组合单元6关于第二支撑杆26的中间圆截面对称；第二同步可展机构基本单元9由6个第一同步三杆可展单元12、12根第二连接杆23阵列组合而成的正六边形单元同步多杆对称可展机构，其中，相邻的两个第一同步三杆可展单元12一正一反相向布置，且两两之间通过第二连接杆23螺纹连接，实现第二同步可展机构基本单元9能顺利收拢和展开。两个第二同步可展机构基本单元9一正一反相向对称布置，并通过3根第二支撑杆26固连，且第二支撑杆26固连在第一同步三杆可展单元12与第二同步三杆可展单元44的第一底座上；第一驱动电机40与第二同步可展机构双层组合单元6的其中一个第一同步三杆可展单元12连接，第二驱动电机41与第二同步可展机构双层组合单元6的其中一个第二同步三杆可展单元44连接。装配时须保证第二同步可展机构基本单元9在完全展开时，所有第一T型转轴20、第二连接杆23均位于同一平面内。第二同步三杆可展单元44与第一同步三杆可展单元12结构相同。

本实施例在正常展开时，驱动方式为:桁架式同步可展开天线通过电信号解锁锁紧绳，在驱动组件的作用下，天线索网1由初始的收拢状态通过第二同步可展机构3实现空间同步展开，在锁止机构42的作用下，天线整体稳定在完全展开状态。

实施例三

参阅图1、图3、图25～图34，本实施例桁架式同步可展开天线，展开口径为20m；其中包括天线索网1、第三同步可展机构4和用于动力装置的驱动组件。驱动组件包括第一驱动电机40和第二驱动电机41，天线索网1与第三同步可展机构4连接。

本实施例中，第三同步可展机构4是由多个第三同步可展机构双层组合单元7阵列组合而成的三维闭环同步多杆对称可展机构；第三同步可展机构双层组合单元7包括两个第三同步可展机构基本单元10和4根第三支撑杆27，整个第一同步可展机构双层组合单元7关于第三支撑杆27的中间圆截面对称；第三同步可展机构基本单元10由4个第一同步三杆可展单元12、3个第一同步六杆可展单元13、21根第三连接杆24阵列组合而成的正六边形单元同步多杆对称可展机构；其中，两个第三同步可展机构基本单元10一正一反相向对称布置，第一同步三杆可展单元12与第二同步三杆可展单元44之间通过第三支撑杆27固连，进而连接两个第三同步可展机构基本单元10；第一同步三杆可展单元12与第一同步六杆可展单元13之间通过第三连接杆24螺纹连接；第一驱动电机40与第三同步可展机构双层组合单元7的其中一个第一同步六杆可展单元13连接，第二驱动电机41与第三同步可展机构双层组合单元7的其中一个第二同步六杆可展单元45连接。

第一同步六杆可展单元13包括6对第二锥齿轮副16、12个第三轴承19、6个第二T型转轴21及同步六杆可展单元节点30；相互啮合的第二锥齿轮副16包括两个完全相同的锥齿轮，且其轴交角为120°；相邻的两对第二锥齿轮副16之间通过第二T型转轴21固连，6对锥齿轮副依轴线中心呈正六边形分布在同一平面内，第二T型转轴21的接头与第二连接杆23螺纹连接。同步六杆可展单元节点30包括第二V型板32、第二底座34、第三上限位挡板38、第三下限位挡板39，第二V型板32为多块结构相同的矩形板两两连接而成，每两块矩形板之间的夹角为60°，矩形板上分别设有轴孔，且轴孔位于同一平面内，轴孔用于安装第三轴承19；V型板固定在第二底座34上，每两对V型板之间均设有第三上限位挡板38和第三下限位挡板39，用于限定第二T型转轴21的转动角度为0～90°，装配时须保证第一同步六杆可展单元13在完全展开时，6个第二T型转轴21位于同一平面内。第二同步六杆可展单元45与第一同步六杆可展单元13结构相同。

本实施例在正常展开时，驱动方式为:桁架式同步可展开天线通过电信号解锁锁紧绳，在驱动组件的作用下，天线索网1由初始的收拢状态通过第三同步可展机构4实现空间同步展开，最后在锁止机构42的作用下，天线整体稳定在完全展开状态。

上述三种实施例中，第一连接杆22、第二连接杆23、第三连接杆24均为空心杆，两端均设有连接用螺纹；第一轴承17、第二轴承18、第三轴承19均为石墨轴承；第一同步二杆可展单元11、第二同步二杆可展单元43的不完全圆柱齿轮副14的传动比均为1，第一同步三杆可展单元12、第二同步三杆可展单元44的第一锥齿轮副15的传动比均为1，第一同步六杆可展单元13、第二同步六杆可展单元45的第二锥齿轮副16的传动比均为1，故第一同步可展机构2、第二同步可展机构3、第三同步可展机构4的展开方式均属于多节点精确同步展开；第一同步可展机构2、第二同步可展机构3和第三同步可展机构4的齿轮副啮合均采用二硫化钼固体润滑。

上述三种实施例中，天线索网1为抛物面柔性薄膜索网，采用镀金钼丝金属网，第一T型转轴20、第二T型转轴21、第一连接杆22、第二连接杆23、第三连接杆24、第一支撑杆25、第二支撑杆26、第三支撑杆27、同步二杆可展单元节点28、同步三杆可展单元节点29和同步六杆可展单元节点30各零部件均采用钛合金材料加工成型，进而在保证零件强度的前提下，进一步减轻天线的质量。

上述三种实施例中，桁架式同步可展开天线的展开机构由同步n₁杆可展单元和同步n₂杆可展单元阵列组合而成，对于n₁、n₂的说明如下:

根据结构在完全收拢、展开状态下的几何位移协调条件，可知:

式中，不等式左边为n₁杆可展单元连接节点处相邻单元所成夹角，不等式右边为正n₂边形的内角。由于整数n₁≥2、n₂≥3，并考虑到节点处的对称性要求，求得满足式(1)的有限个可行解为：

考虑到天线索网及可展机构需要多节点同步展开，本实施例中分别取三组数据作为上述三种实施例的结构参数，即驱动天线索网展开的可展机构分别采用由同步二杆可展单元和同步三杆可展单元阵列组合而成的第一同步可展机构2、由同步三杆可展单元阵列组合而成的第二同步可展机构3、由同步三杆可展单元和同步六杆可展单元阵列组合而成的第三同步可展机构4。

上述三种实施例中，第一同步可展机构基本单元8、第二同步可展机构基本单元9和第三同步可展机构基本单元10的展开方式均属于多节点同步展开，其可动自由度均为1，与模块单元数量无关，故只需一个动力源进行驱动；由于第一同步可展机构2、第二同步可展机构3、第三同步可展机构4分别由与之相对应的上下两层多个第一同步可展机构基本单元8、第二同步可展机构基本单元9、第三同步可展机构基本单元10阵列组合而成，故第一同步可展机构2、第二同步可展机构3和第三同步可展机构4的可动自由度均为2，即均需要2个动力源进行驱动。

上述三种实施例中，按照第一同步可展机构2、第二同步可展机构3和第三同步可展机构4的阵列组合方式，可组成较大跨度的三维闭环同步多杆阵列对称可展体系，具有较显著的空间群对称性；同步多杆阵列对称可展体系满足折叠状态下占用空间小、展开状态下覆盖面积大、无运动奇异点、单自由度同步可折叠-展开、展开精度高的要求，且适于大型可展开天线、太阳能帆板、开合屋盖结构多工程领域的应用。

Claims (3)

1.一种桁架式同步可展开天线，包括天线索网、同步可展机构和用于动力装置的驱动组件；驱动组件包括第一驱动电机和第二驱动电机，天线索网与同步可展机构连接；所述同步可展机构按结构类型分为三种，分别是第一同步可展机构、第二同步可展机构和第三同步可展机构，天线索网和驱动组件分别与第一同步可展机构、第二同步可展机构、第三同步可展机构组成三种类型的桁架式同步可展开天线，其特征在于:所述第一同步可展机构由多个第一同步可展机构双层组合单元阵列组合而成的三维闭环同步多杆对称可展机构；所述第一同步可展机构双层组合单元包括二个第一同步可展机构基本单元和多根第一支撑杆，第一同步可展机构双层组合单元关于第一支撑杆的中间圆截面对称；所述第一同步可展机构基本单元由多个第一同步二杆可展单元、多个第一同步三杆可展单元、若干根第一连接杆阵列组合而成的正六边形单元同步多杆对称可展机构；其中，二个第一同步可展机构基本单元正反相向对称布置，第一同步二杆可展单元与第二同步二杆可展单元之间通过第一支撑杆固连，进而连接二个第一同步可展机构基本单元；所述第一同步二杆可展单元与第一同步三杆可展单元之间通过第一连接杆螺纹连接；所述第一驱动电机与第一同步可展机构双层组合单元的其中一个第一同步三杆可展单元连接，第二驱动电机与第一同步可展机构双层组合单元的其中一个第二同步三杆可展单元连接；

所述第一同步二杆可展单元包括不完全圆柱齿轮副、第一轴承、同步二杆可展单元节点，第一同步二杆可展单元的接头与第一连接杆螺纹连接，同步二杆可展单元节点的侧端面设有第一限位挡板；第一同步二杆可展单元完全收拢时，两端接头之间的夹角为0°；完全展开时，两端接头之间的夹角为180°；所述第二同步二杆可展单元与第一同步二杆可展单元结构相同；

所述第一同步三杆可展单元包括三对第一锥齿轮副、多个第二轴承、三个第一T型转轴及同步三杆可展单元节点；相互啮合的第一锥齿轮副包括两个完全相同的锥齿轮，且其轴交角为60°；相邻的两对第一锥齿轮副之间通过第一T型转轴固连，三对锥齿轮副依轴线中心呈正三角形分布在同一平面内，第一T型转轴的接头与第一连接杆螺纹连接；所述同步三杆可展单元节点包括第一V型板、第一底座、第二上限位挡板、第二下限位挡板，第一V型板为多块结构相同的矩形板两两连接而成，每两块矩形板之间的夹角为120°，矩形板上分别设有轴孔，且轴孔位于同一平面内，轴孔用于安装第二轴承；V型板固定在第一底座上，每两对V型板之间均设有第二上限位挡板和第二下限位挡，用于限定第一T型转轴的转动角度为0～90°，第一同步三杆可展单元在完全展开时，三个第一T型转轴位于同一平面内；所述第二同步三杆可展单元与第一同步三杆可展单元结构相同；

所述第二同步可展机构是由多个第二同步可展机构双层组合单元阵列组合而成的三维闭环同步多杆对称可展机构；所述第二同步可展机构双层组合单元包括两个第二同步可展机构基本单元和三根第二支撑杆，第二同步可展机构双层组合单元关于第二支撑杆的中间圆截面对称；所述第二同步可展机构基本单元由多个第一同步三杆可展单元、若干根第二连接杆阵列组合而成的正六边形单元同步多杆对称可展机构，其中，相邻的两个第一同步三杆可展单元正反相向布置，且两两之间通过第二连接杆螺纹连接，实现第二同步可展机构基本单元收拢和展开；两个第二同步可展机构基本单元一正一反相向对称布置，并通过三根第二支撑杆固连，且第二支撑杆固连在第一同步三杆可展单元与第二同步三杆可展单元的第一底座上；所述第一驱动电机与第二同步可展机构双层组合单元的其中一个第一同步三杆可展单元连接，第二驱动电机与第二同步可展机构双层组合单元的其中一个第二同步三杆可展单元连接；第二同步可展机构基本单元在完全展开时，所有第一T型转轴、第二连接杆均位于同一平面内；所述第二同步三杆可展单元与第一同步三杆可展单元结构相同；

所述第三同步可展机构由多个第三同步可展机构双层组合单元阵列组合而成的三维闭环同步多杆对称可展机构；所述第三同步可展机构双层组合单元包括两个第三同步可展机构基本单元和四根第三支撑杆，第一同步可展机构双层组合单元关于第三支撑杆的中间圆截面对称；所述第三同步可展机构基本单元是由四个第一同步三杆可展单元、三个第一同步六杆可展单元、若干根第三连接杆阵列组合而成的正六边形单元同步多杆对称可展机构；其中，两个第三同步可展机构基本单元正反相向对称布置，第一同步三杆可展单元与第二同步三杆可展单元之间通过第三支撑杆固连，进而连接两个第三同步可展机构基本单元；所述第一同步三杆可展单元与第一同步六杆可展单元之间通过第三连接杆螺纹连接；所述第一驱动电机与第三同步可展机构双层组合单元的其中一个第一同步六杆可展单元连接，第二驱动电机与第三同步可展机构双层组合单元的其中一个第二同步六杆可展单元连接；

所述第一同步六杆可展单元包括多对第二锥齿轮副、若干个第三轴承、多个第二T型转轴和同步六杆可展单元节点；相互啮合的第二锥齿轮副包括两个相同的锥齿轮，且其轴交角为120°；相邻的两对第二锥齿轮副之间通过第二T型转轴固连，多对锥齿轮副依轴线中心呈正六边形分布在同一平面内，第二T型转轴的接头与第二连接杆螺纹连接；所述同步六杆可展单元节点包括第二V型板、第二底座、第三上限位挡板、第三下限位挡板，第二V型板为多块结构相同的矩形板两两连接而成，每两块矩形板之间的夹角为60°，矩形板上分别设有轴孔，且轴孔位于同一平面内，轴孔用于安装第三轴承；所述V型板固定在第二底座上，每两对V型板之间均设有第三上限位挡板和第三下限位挡板，用于限定第二T型转轴的转动角度为0～90°，第一同步六杆可展单元在完全展开时，多个第二T型转轴位于同一平面内；所述第二同步六杆可展单元与第一同步六杆可展单元结构相同。

2.根据权利要求1所述的桁架式同步可展开天线，其特征在于:所述第一连接杆、第二连接杆及第三连接杆均为空心杆，两端均设有连接用螺纹；所述第一轴承、第二轴承及第三轴承均为石墨轴承；所述第一同步可展机构、第二同步可展机构及第三同步可展机构的齿轮副啮合均采用二硫化钼固体润滑。

3.根据权利要求1所述的桁架式同步可展开天线，其特征在于:所述天线索网为抛物面柔性薄膜索网，采用镀金钼丝金属网；所述第一T型转轴、第二T型转轴、第一连接杆、第二连接杆、第三连接杆、第一支撑杆、第二支撑杆、第三支撑杆、同步二杆可展单元节点、同步三杆可展单元节点及同步六杆可展单元节点等零部件均采用钛合金材料加工成型。