CN109818130A - 天线板限位式压紧系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种天线技术领域内的天线板限位式压紧系统及应用方法，所述系统包括框架结构、天线板、压紧锥套阵列；所述框架结构包括主体桁架与展开桁架，主体桁架与展开桁架活动连接；主体桁架内部形成置物空间；所述压紧锥套阵列包括多串锥套，多个所述锥套可拆卸布置；所述天线板安装在锥套上；天线板限位式压紧系统能够在收拢状态与展开状态这两种状态之间转换：所述收拢状态下，天线板整体位于置物空间中；所述展开状态下，天线板能够到达置物空间之外的空间。本发明利用可展开星体桁架与压紧锥套阵列实现大型平板天线的可靠压紧与释放，有效解决了大型星载雷达在卫星平台上的安装集成问题。

Description

天线板限位式压紧系统及其方法

技术领域

本发明涉及天线技术领域，具体地，涉及一种天线板限位式压紧系统及其方法。

背景技术

上世纪中叶开始，美国、欧洲、前苏联等国在工业部门的大力支持下，开始了航天器天线驱动机构的研制，目前，航天器天线驱动机构已广泛应用于各类航天器，如中继卫星、通信卫星、各类探测器、遥感卫星、空间站、侦察卫星等等。经过几十年的发展，空间驱动机构的种类繁多，性能各异、应用广泛，已成系列化，可靠性较高。针对于雷达为载荷的伺服机构系统也随着驱动机构的研制有较快发展，并在上世纪八、九十年代投入使用。我国在上世纪末，才开始天线驱动机构的研制，研制驱动机构的单位有很多，产品包括Ka可移动点波束天线、天线摆动机构、中继天线驱动机构、SAR天线展开机构、MCSR扫描驱动机构等，已成功应用于多个型号。

上述机构产品在运动速度、运动范围、控制方式等方面均不能满足星载大型雷达天线的需要，也无法在作为雷达专用部件和雷达天线的安装基体的前提下实现二维高速运动并满足对目标搜索和跟踪的需要。

如图1所示，传统的平板天线压紧方案，采用一根连续金属压紧杆垂直穿透天线阵面，当天线处于收拢状态时，依靠对压紧杆施加制定的预紧力，将天线板间沿垂直于板面法向方向自由度约束；依靠各天线板和压紧支撑底座上的压紧套间的公母配合的横向限位作用或者平面之间的WC高摩擦系数涂层产生的摩擦力，将各天线垂直压紧杆方向的两个自由度加以约束，从而将收拢状态的天线压紧于航天器主结构侧面，满足包络要求和刚度要求。航天器入轨后，压紧释放机构收到解锁指令，切割器工作，切断所有压紧杆，解除对天线板的约束，使其能顺利展开。

对于收拢状态跨度大的雷达天线板，若沿用传统金属连续杆+锥套方案，一方面航天器结构无法承受过大的力学载荷，另一方面天线展开时金属连续杆无法抽离，导致展开失败。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种天线板限位式压紧系统及应用方法。整套系统包括大收纳、可展开星体桁架、串联压紧锥套阵列和压紧力加载测量装置等。本发明利用可展开星体桁架与压紧锥套阵列实现大型平板天线的可靠压紧与释放，有效解决了大型星载雷达在卫星平台上的安装集成问题。

本发明涉及一种天线板限位式压紧系统，包括框架结构、天线板、压紧杆；所述框架结构包括主体桁架与展开桁架，主体桁架与展开桁架活动连接；主体桁架内部形成置物空间；

所述压紧杆包括锥套，多个所述锥套可拆卸布置；所述天线板安装在锥套上；

天线板限位式压紧系统能够在收拢状态与展开状态这两种状态之间转换；

所述收拢状态下，天线板整体位于置物空间中，所述展开状态下，天线板能够到达置物空间之外的空间。

进一步地，多个锥套中包括有依次布置的尾部锥套、板间锥套、头部锥套；所述尾部锥套安装在主体桁架上，天线板紧固安装在板间锥套上，头部锥套安装在展开桁架上。

进一步地，所述天线板与所述板间锥套一一对应，多个所述天线板中相邻的两条天线板通过设置的板间铰链连接；

多个所述板间锥套中包括有第一板间锥套与第二板间锥套，

所述第一板间锥套包括第一板间公锥头与第一板间母锥头，所述第二板间锥套包括第二板间公锥头与第二板间母锥头；

所述第一板间公锥头、所述第一板间母锥头、所述第二板间公锥头、所述第二板间母锥头轮流交替布置；

所述第一板间锥套上的所述天线板位于所述第一板间母锥头所在一端，第二板间锥套上的所述天线板位于所述第二板间公锥头所在一端。

进一步地，还包括压紧力加载测量装置，所述压紧力加载测量装置包括加载装置与轴力传感器；

所述加载装置安装在展开桁架上，所述加载装置、所述轴力传感器、所述头部锥套依次连接。

进一步地，所述加载装置包括加载底座、加载螺钉、止转体以及轴承；

所述加载底座紧固安装在展开桁架上，所述加载螺钉轴向可调安装在所述加载底座上；所述加载底座上设置有容物槽，所述止转体安装在容物槽中；

所述轴力传感器、所述止转体、所述轴承、所述加载螺钉依次相连。

进一步地，所述加载螺钉上设置有导向孔，所述止转体包括的导向部伸入到导向孔中；

所述止转体与装接部相对的两个端面上均设置有用于安装所述轴力传感器的轴力安装孔；

所述加载螺钉沿轴向的两端分别位于容物槽内、容物槽外，所述加载螺钉位于容物槽外的部分配设有一个或多个防松螺母。

进一步地，所述主体桁架与展开桁架之间通过设置的展开铰链连接；所述收拢状态下，主体桁架与展开桁架之间还通过设置的分离螺母相连。

一种天线板限位式压紧的方法，包括以下步骤：

步骤S1：将所述加载装置与所述轴力传感器安装在所述展开桁架上；

步骤S2：将所述主体桁架与所述展开桁架通过所述展开铰链连接，使所述展开铰链相对所述主体桁架保持打开；

步骤S3：将多个锥套串联形成所述压紧杆，其中，所述尾部锥套安装在所述主体桁架上，所述头部锥套安装在所述展开桁架上；

步骤S4：将所述天线板紧固安装在板间锥套上，各所述天线板通过板间铰链实现折叠依次收拢到所述主体桁架内；

步骤S5：合上所述展开桁架，通过所述分离螺母将所述主体桁架与所述展开桁架进行固定，使天线板限位式压紧系统处于收拢状态；

步骤S6：调整所述加载装置使得所述轴力传感器上的压紧力达到设定值；

步骤S7：拧紧头部锁紧螺母后拆除所有所述加载装置与所述轴力传感器；

步骤S8：卫星入轨后所述分离螺母解锁，所述展开桁架在所述展开铰链作用下打开并释放所述天线板，相互配合的锥套在板间铰链或设置的电机的驱动力作用下依次脱开，实现平板天线整体展开。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明通过限位式非连续压紧方案，航天器发射时能够通过小尺寸、大承载、高刚度、轻量化的桁架主承力对天线板形成包围保护；入轨后，桁架打开，形成开放结构，实现天线板的释放、展开；

2、本发明中压紧力加载测量装置测量结果重复性较好，能够直接用头部的轴力传感器表征整串锥套上的压紧力，结构简单，测量方便；

3、本发明中轴力传感器位于展开桁架的外侧，通过头部锁紧螺母锁定轴力，实现轴力传感器的卸载，避免轴力传感器因承受航天器发射时的力学载荷而损坏；

4、本发明将分离螺母直接安装在桁架配合面的接头内，连接效果大大改善，能够提供足够的支承刚度。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。

图1为现有技术中连续金属杆式的平板天线压紧系统结构示意图；

图2为本发明提供的天线板限位式压紧系统收拢状态结构示意图；

图3为本发明提供的天线板限位式压紧系统展开状态结构示意图；

图4为多个锥套串联组成的压紧锥套阵列结构示意图；

图5为本发明中加载装置、展开桁架、压紧锥套阵列连接关系示意图。

图中，对应的附图标记为：1-主体桁架，2-展开桁架，3-分离螺母，4-加载装置，41-加载螺钉，42-第一防松螺母，43-第二防松螺母，44-加载底座，45-轴承，46-止转体，47-轴力传感器，5-展开铰链，6-压紧锥套阵列，61-第一板间公锥头，62-第一板间母锥头，63-第二板间公锥头，64-第二板间母锥头，65-头部锥套，66-头部锁紧螺母，67-尾部锥套，7-天线板。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例1

本发明提供的天线板限位式压紧系统，包括框架结构、天线板7、压紧锥套阵列6；所述框架结构包括主体桁架1与展开桁架2，主体桁架1与展开桁架2活动连接；主体桁架1内部形成置物空间。所述压紧锥套阵列6包括多串公母相嵌的锥套，多个所述锥套可拆卸布置；所述天线板7安装在锥套上。天线板限位式压紧系统能够在收拢状态与展开状态这两种状态之间转换：如图2所示，所述收拢状态下，天线板7整体位于置物空间中；如图3所示，所述展开状态下，天线板7能够到达置物空间之外的空间。

多个锥套中包括有依次布置的尾部锥套67、板间锥套、头部锥套65；尾部锥套67安装在主体桁架1上，天线板7紧固安装在板间锥套上，头部锥套65安装在展开桁架2上。优选地，所述天线板7与板间锥套一一对应，多个天线板7中相邻的两条天线板7通过设置的板间铰链连接。如图4所示，多个板间锥套中包括有第一板间锥套与第二板间锥套，第一板间锥套包括第一板间公锥头61与第一板间母锥头62，第二板间锥套包括第二板间公锥头63与第二板间母锥头64；第一板间公锥头61、第一板间母锥头62、第二板间公锥头63、第二板间母锥头64轮流交替布置。优选地第一板间锥套上的天线板7位于第一板间母锥头62所在一端，第二板间锥套上的天线板7位于第二板间公锥头63所在一端。

天线板限位式压紧系统还包括压紧力加载测量装置，所述压紧力加载测量装置包括加载装置4与轴力传感器47；所述加载装置4安装在展开桁架2上，加载装置4、轴力传感器47、头部锥套65依次连接。所述加载装置4包括加载底座44、加载螺钉41、止转体46以及轴承45；加载底座44紧固安装在展开桁架2上，加载螺钉41轴向可调安装在加载底座44上，所述轴向可调对应的结构可以是螺纹，也可以是轴向档位调节结构等等。所述加载底座44上设置有容物槽，止转体46安装在容物槽中；轴力传感器47、止转体46、轴承45、加载螺钉41依次相连。

优选地，所述加载螺钉41上设置有导向孔，所述止转体46包括的导向部伸入到导向孔中；止转体46与装接部相对的两个端面上均设置有用于安装轴力传感器47的轴力安装孔；加载螺钉41沿轴向的两端分别位于容物槽内、容物槽外，加载螺钉41位于容物槽外的部分配设有一个或多个防松螺母。所述头部锥套65配设有头部锁紧螺母66。在一个优选例中，可以调整加载装置4使得轴力传感器47上的压紧力到设定值后，拧紧头部锁紧螺母66，即可拆卸加载装置4与轴力传感器47；当然，也可以根据实际需要不拆卸加载装置4与轴力传感器47。

在设计压紧力加载测量装置时，一开始考虑了应变片、扭矩扳手和轴力传感器三种压紧力表征方法。首先采用应变测量的方法，花费大量时间在一串锥套的头部、中间、尾部上都粘贴上应变片，结果发现不同应变片测量数据差别很大，重复性不好，应变和轴力的关系无法有效标定，故舍弃该方案。然后使用了力矩扳手，试图通过加载螺钉的扭矩来表征压紧力，结果发现扭矩和压紧力之间的关系不稳定，不具有重复性，使用扭矩表征压紧力的可信度同样也较差，故舍弃该方案。最后决定在头部锥套65内部串联轴力传感器47，用其读数直接反映压紧力的大小。

实施例中，所述主体桁架1与展开桁架2之间通过设置的展开铰链5连接；所述收拢状态下，主体桁架1与展开桁架2之间还通过设置的分离螺母3相连。

实施例2

如图2、图3所示，展开桁架2从上至下设置五根平行横杆，在每根横杆两端通过分离螺母3与主体桁架1连接，形成封闭的笼式结构，包围八块天线板7。展开铰链5设置在主体桁架1和展开桁架2的竖杆上，在分离螺母3解锁后将展开桁架2打开。天线板7的两侧边对称设置五个压紧点，与展开桁架2的五根横杆对应；展开桁架2每根横杆的压紧点处设置一套压紧力加载测量装置。八块天线板7在每个压紧点用一串锥套构成的压紧锥套阵列6连接，其中头部锥套65与压紧力加载测量装置连接，尾部锥套67与主体桁架1连接，板间为第一板间公锥头61、第一板间母锥头62、第二板间公锥头63、第二板间母锥头64交替分布。

压紧力加载测量装置通过加载底座44与展开桁架2连接；加载底座44中心设置加载螺钉41，加载螺钉41外侧设置第一防松螺母42与第二防松螺母43，加载螺钉41内侧通过轴承45顶住止转体46；止转体46外侧嵌入加载螺钉41，内侧与轴力传感器47连接；轴力传感器47内侧与头部锥套65连接，头部锥套65上设置锁紧螺母66。

实施例3

本发明还提供了一种上述的天线板限位式压紧的方法，包括以下步骤：步骤S1：将加载装置4与轴力传感器47安装在展开桁架2上；步骤S2：将主体桁架1与展开桁架2通过展开铰链5连接，使展开铰链5相对主体桁架1保持打开；步骤S3：将多个锥套串联形成压紧杆6，其中，尾部锥套67安装在主体桁架1上，头部锥套65安装在展开桁架2上；步骤S4：将天线板7紧固安装在板间锥套上，各天线板7通过板间铰链实现折叠依次收拢到主体桁架1内；步骤S5：合上展开桁架2，通过分离螺母3将主体桁架1与展开桁架2进行固定，使天线板限位式压紧系统处于收拢状态；步骤S6：调整加载装置4使得轴力传感器47上的压紧力达到设定值；步骤S7：拧紧头部锁紧螺母66后拆除所有加载装置4与轴力传感器47；步骤S8：卫星入轨后分离螺母3解锁，展开桁架2在展开铰链5作用下打开并释放天线板7，相互配合的锥套在板间铰链或设置的电机的驱动力作用下依次脱开，实现平板天线整体展开。

综上所述，本发明通过限位式非连续压紧方案，航天器发射时能够通过小尺寸、大承载、高刚度、轻量化的桁架主承力对天线板形成包围保护；入轨后，桁架打开，形成开放结构，实现天线板的释放、展开；本发明中压紧力加载测量装置测量结果重复性较好，能够直接用头部的轴力传感器表征整串锥套上的压紧力，结构简单，测量方便。本发明中轴力传感器位于展开桁架的外侧，通过头部锁紧螺母锁定轴力，实现轴力传感器的卸载，避免轴力传感器因承受航天器发射时的力学载荷而损坏；本发明将分离螺母直接安装在桁架配合面的接头内，连接效果大大改善，能够提供足够的支承刚度。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (8)

1.一种天线板限位式压紧系统，其特征在于，包括框架结构、天线板(7)、压紧杆(6)；所述框架结构包括主体桁架(1)与展开桁架(2)，主体桁架(1)与展开桁架(2)活动连接；主体桁架(1)内部形成置物空间；

所述压紧锥套阵列(6)包括多串锥套，多个所述锥套可拆卸布置；所述天线板(7)安装在锥套上；

天线板限位式压紧系统能够在收拢状态与展开状态这两种状态之间转换；

所述收拢状态下，所述天线板(7)整体位于置物空间中，展开状态下，所述天线板(7)能够到达置物空间之外的空间。

2.根据权利要求1所述的天线板限位式压紧系统，其特征是，多个锥套中包括有依次布置的尾部锥套(67)、板间锥套、头部锥套(65)；所述尾部锥套(67)安装在主体桁架(1)上，天线板(7)紧固安装在板间锥套上，头部锥套(65)安装在展开桁架(2)上。

3.根据权利要求2所述的天线板限位式压紧系统，其特征是，所述天线板(7)与所述板间锥套一一对应，多个所述天线板(7)中相邻的两条天线板(7)通过设置的板间铰链连接；

多个所述板间锥套中包括有第一板间锥套与第二板间锥套，

所述第一板间锥套包括第一板间公锥头(61)与第一板间母锥头(62)，所述第二板间锥套包括第二板间公锥头(63)与第二板间母锥头(64)；

所述第一板间公锥头(61)、所述第一板间母锥头(62)、所述第二板间公锥头(63)、所述第二板间母锥头(64)轮流交替布置；

所述第一板间锥套上的所述天线板(7)位于所述第一板间母锥头(62)所在一端，第二板间锥套上的所述天线板(7)位于所述第二板间公锥头(63)所在一端。

4.根据权利要求2所述的天线板限位式压紧系统，其特征是，还包括压紧力加载测量装置，所述压紧力加载测量装置包括加载装置(4)与轴力传感器(47)；

所述加载装置(4)安装在展开桁架(2)上，所述加载装置(4)、所述轴力传感器(47)、所述头部锥套(65)依次连接。

5.根据权利要求4所述的天线板限位式压紧系统，其特征是，所述加载装置(4)包括加载底座(44)、加载螺钉(41)、止转体(46)以及轴承(45)；

所述加载底座(44)紧固安装在展开桁架(2)上，所述加载螺钉(41)轴向可调安装在所述加载底座(44)上；所述加载底座(44)上设置有容物槽，所述止转体(46)安装在容物槽中；

所述轴力传感器(47)、所述止转体(46)、所述轴承(45)、所述加载螺钉(41)依次相连。

6.根据权利要求5所述的天线板限位式压紧系统，其特征是，所述加载螺钉(41)上设置有导向孔，所述止转体(46)包括的导向部伸入到导向孔中；

所述止转体(46)与装接部相对的两个端面上均设置有用于安装所述轴力传感器(47)的轴力安装孔；

所述加载螺钉(41)沿轴向的两端分别位于容物槽内、容物槽外，所述加载螺钉(41)位于容物槽外的部分配设有一个或多个防松螺母。

7.根据权利要求1所述的天线板限位式压紧系统，其特征是，所述主体桁架(1)与展开桁架(2)之间通过设置的展开铰链(5)连接；所述收拢状态下，主体桁架(1)与展开桁架(2)之间还通过设置的分离螺母(3)相连。

8.一种权利要求1至7中任一项所述的天线板限位式压紧的方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤S1：将所述加载装置(4)与所述轴力传感器(47)安装在所述展开桁架(2)上；

步骤S2：将所述主体桁架(1)与所述展开桁架(2)通过所述展开铰链(5)连接，使所述展开铰链(5)相对所述主体桁架(1)保持打开；

步骤S3：将多个锥套串联形成所述压紧锥套阵列(6)，其中，所述尾部锥套(67)安装在所述主体桁架(1)上，所述头部锥套(65)安装在所述展开桁架(2)上；

步骤S4：将所述天线板(7)紧固安装在板间锥套上，各所述天线板(7)通过板间铰链实现折叠依次收拢到所述主体桁架(1)内；

步骤S5：合上所述展开桁架(2)，通过所述分离螺母(3)将所述主体桁架(1)与所述展开桁架(2)进行固定，使天线板限位式压紧系统处于收拢状态；

步骤S6：调整所述加载装置(4)使得所述轴力传感器(47)上的压紧力达到设定值；

步骤S7：拧紧头部锁紧螺母(66)后拆除所有所述加载装置(4)与所述轴力传感器(47)；

步骤S8：卫星入轨后所述分离螺母(3)解锁，所述展开桁架(2)在所述展开铰链(5)作用下打开并释放所述天线板(7)，相互配合的锥套在板间铰链或设置的电机的驱动力作用下依次脱开，实现平板天线整体展开。