CN110745257B - 一种可折叠支撑结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可折叠支撑结构。该可折叠支撑结构包括第一支撑部、第二支撑部和若干柔性连接条，可折叠支撑结构还可以包括中间支撑部，中间支撑部包括至少一个第三支撑部。各个支撑部与其他支撑部相连侧的端部压平连接。折叠部位采用镂空结构对接的形式，并通过若干柔性连接条将对接部单搭接。该可折叠支撑结构可以在压平后实现小半径折叠，可达到类似折纸的效果。支撑部均为薄壁壳体，这使得可折叠支撑结构在被压平恢复后不会丧失或减弱它的结构强度。同时可折叠支撑结构重量小。可折叠支撑结构满足大型柔性阵面等结构的收拢包络要求。本发明可用于薄膜天线、薄膜电池翼、薄膜帆等大型阵面结构的折展。

Description

一种可折叠支撑结构

技术领域

本发明属于航天技术领域，尤其涉及一种可折叠支撑结构。

背景技术

随着空间薄膜天线和薄膜电池阵面等结构的大型化发展趋势，薄膜阵面需要二维收拢，即先横向折叠、后纵向收卷，以满足小包络发射要求，横向折展可依靠阵面端杆机械关节驱动，纵向收展可采用复合材料薄壁管收展机构实现。但为了有效约束大面积阵面在轨振动幅度，提高整体结构刚度，需要增加若干横向支撑结构与阵面及纵向支撑结构连接，并且横向支撑结构需完全压扁后随薄膜阵面一起180°折叠收拢，然后沿着纵向卷曲。

目前使用复合材料圆管铰链作为横向支撑结构，铰链又称合页是用来连接两个固体并允许两者之间做相对转动的机械装置。它能实现在完全压扁后随薄膜阵面一起180°折叠，由复合材料制成，结构重量也较小。

但是，由于复合材料圆管铰链本身的机械结构，在阵面完全压平折叠后，折叠半径过大。

发明内容

为解决上述问题，本发明解决的技术问题是提供一种可折叠支撑结构，该可折叠支撑结构能满足阵面完全压平后的小半径折叠。

本发明的技术方案为：

一种可折叠支撑结构，包括第一支撑部、第二支撑部、中间支撑部和若干柔性连接条；所述第一支撑部的第一端与所述中间支撑部的第一端通过若干所述柔性连接条相连，所述第二支撑部的第一端和所述中间支撑部的第二端通过若干所述柔性连接条相连；所述第一支撑部、所述第二支撑部和所述中间支撑部均为薄壁壳体；

所述第一支撑部包括第一壁、第二壁和若干第一连接条，所述第一壁、所述第二壁均为弯曲壁，所述第一壁设于所述第二壁上；所述第一壁的第一端与所述第二壁的第一端均间隔设置有所述第一连接条，所述第一壁上的所述第一连接条与所述第二壁上的所述第一连接条错位设置，所述第一支撑部上的所述第一连接条的间隔宽度大于等于所述第一连接条的宽度；

所述第二支撑部包括第三壁、第四壁和若干第二连接条，所述第三壁、所述第四壁均为弯曲壁，所述第三壁设于所述第四壁上；所述第三壁的第一端与所述第四壁的第一端均间隔设置有所述第二连接条，所述第三壁上的所述第二连接条与所述第四壁上的所述第二连接条错位设置，所述第二支撑部上的所述第二连接条的间隔宽度大于等于所述第二连接条的宽度；

所述中间支撑部两端均间隔分布有若干第三连接条，所述中间支撑部上的所述第三连接条的间隔宽度大于等于所述第三连接条的宽度；

所述柔性连接条两端分别连接所述第一支撑部上的所述第一连接条和所述中间支撑部第一端上相对应的所述第三连接条，或所述柔性连接条两端分别连接所述第二支撑部上的所述第二连接条和所述中间支撑部第二端上相对应的所述第三连接条；

所述第一支撑部、所述第二支撑部、所述中间支撑部的材质均为具有弹性变形性能的材质。

在本发明一实施例中，所述中间支撑部包括至少一个第三支撑部和若干所述柔性连接条；

所述第三支撑部包括第五壁、第六壁和若干所述第三连接条，所述第五壁、所述第六壁均为弯曲壁，所述第五壁设于所述第六壁上；所述第五壁的第一端与所述第六壁的第一端均间隔设置有所述第三连接条，所述第五壁的第一端的所述第三连接条与所述第六壁的第一端的所述第三连接条错位设置，所述第三支撑件的第一端的所述第三连接条的间隔宽度大于等于所述第三连接条的宽度；所述第五壁的第二端与所述第六壁的第二端均间隔设置有所述第三连接条，所述第五壁的第二端的所述第三连接条与所述第六壁的第二端的所述第三连接条错位设置，所述第三支撑件的第二端的所述第三连接条的间隔宽度大于等于所述第三连接条；

相邻两个所述第三支撑部通过所述柔性连接条相连。

在本发明一实施例中，所述第一壁、所述第二壁、所述第三壁、所述第四壁、所述第五壁和所述第六壁，均为具有弹性变形功能的金属薄片或复合材料薄带。

在本发明一实施例中，所述第一壁、所述第二壁、所述第三壁、所述第四壁、所述第五壁和所述第六壁，均为超薄预浸料压膜或拉挤成型的薄壁壳体。

在本发明一实施例中，所述第一壁的侧壁、所述第二壁的侧壁、所述第三壁的侧壁、所述第四壁的侧壁、所述第五壁的侧壁和所述第六壁的侧壁上，均设有若干离散设置的镂空部。

在本发明一实施例中，所述柔性连接条是高韧性复合材料薄片或金属薄片。

在本发明一实施例中，其特征在于，所述可折叠支撑结构的横截面为两个相同的拱桥形曲线对称布置形成的封闭图形。

在本发明一实施例中，所述可折叠支撑结构的横截面为人字形。

在本发明一实施例中，所述可折叠支撑结构的横截面为圆形。

在本发明一实施例中，一种可折叠支撑结构，还可以包括第一支撑部、第二支撑部和若干柔性连接条；所述第一支撑部的第一端和所述第二支撑部的第一端相连；所述第一支撑部和所述第二支撑部均为薄壁壳体；

所述第一支撑部包括第一壁、第二壁和若干第一连接条，所述第一壁、所述第二壁均为弯曲壁，所述第一壁设于所述第二壁上；所述第一壁的第一端与所述第二壁的第一端均间隔设置有所述第一连接条，所述第一壁上的所述第一连接条与所述第二壁上的所述第一连接条错位设置，所述第一支撑部上的所述第一连接条的间隔宽度大于等于所述第一连接条的宽度；

所述第二支撑部包括第三壁、第四壁和若干第二连接条，所述第三壁、所述第四壁均为弯曲壁，所述第三壁设于所述第四壁上；所述第三壁的第一端与所述第四壁的第一端均间隔设置有所述第二连接条，所述第三壁上的所述第二连接条与所述第四壁上的所述第二连接条错位设置，所述第二支撑部上的所述第二连接条的间隔宽度大于等于所述第二连接条的宽度；

所述柔性连接条两端分别连接所述第一连接条和所述第二连接条；

所述第一支撑部和所述第二支撑部的材质均为具有弹性变形性能的材质。

本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：

(1)本发明的实施例中，各支撑部之间通过柔性连接条连接。先将可折叠支撑结构压平再进行折叠，折叠时由柔性连接条完成弯折的过程，支撑部不进行弯折。而柔性连接条具有小半径折叠能力，即柔性连接条180°折叠后能拥有类似折纸的效果。同时，在第一支撑部，若干第一连接条错位布置在第一壁和第二壁上，因此在可折叠支撑结构压平后，第一连接条正好位于第一连接条间的间隔空隙中，使得在压平后，在该部位只有一个薄壁壳的厚度。第二支撑部和中间支撑部也是同理。这些使得该可折叠支撑结构具有满足阵面完全压平后的小半径折叠能力。

(2)本发明的实施例中，由于各支撑部均为具有弹性变形性能的薄壁壳体，因此各支撑部能够被外力压平，并且在外力撤销之后能够自行回复为原来的结构。不会因为折叠而使该可折叠支撑结构丧失或减弱它的结构强度。

(3)本发明实施例，结构简单，由于其薄壁设计重量小。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明，其中：

图1为本发明一实施例的一种可折叠支撑结构的正视示意图；

图2为本发明一实施例的一种可折叠支撑结构的俯视示意图；

图3为本发明一实施例的一种可折叠支撑结构的折叠过程中的示意图；

图4为本发明一实施例的一种可折叠支撑结构的折叠后的示意图；

图5为本发明一实施例的一种可折叠支撑结构弯折部位的示意图；

图6为本发明一实施例的一种可折叠支撑结构的侧壁离散镂空示意图；

图7为本发明一实施例的第一支撑部的一种截面形状示意图；

图8为本发明一实施例的第一支撑部的“人”字型截面形状示意图；

图9为本发明一实施例的第一支撑部的圆形截面形状示意图；

图10为本发明一实施例的截面连接条的胶接排布示意图。

附图标记说明：

1：第一支撑部；2：第二支撑部；3：中间支撑部；4：柔性连接条；5：连接条；6：截面连接条；7：镂空部；8：第一壁；9：第二壁。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种可折叠支撑结构作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

同时，“第一”、“第二”等表述仅用于区分多个构型的目的，而不是限制构型或其他特征之间的顺序。本文所使用的“上”、“下”以及类似的表达只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

另外，“包括”元件的表述是“开放式”表述，该“开放式”表述仅仅是指存在对应的部件，不应当解释为排除附加的部件。

参看图1至图5，本实施例提供一种可折叠支撑结构，包括第一支撑部1、第二支撑部2、中间支撑部3和若干柔性连接条4；第一支撑部1的第一端与中间支撑部3的第一端通过若干柔性连接条4相连，第二支撑部2的第一端和中间支撑部3的第二端通过若干柔性连接条4相连；第一支撑部1、第二支撑部2和中间支撑部3均为薄壁壳体；第一支撑部1包括第一壁8、第二壁9和若干第一连接条，第一壁8、第二壁9均为弯曲壁，第一壁8设于第二壁9上；第一壁8的第一端与第二壁9的第一端均间隔设置有第一连接条，第一壁8上的第一连接条与第二壁9上的第一连接条错位设置，第一支撑部1上的第一连接条的间隔宽度大于等于第一连接条的宽度；第二支撑部2包括第三壁、第四壁和若干第二连接条，第三壁、第四壁均为弯曲壁，第三壁设于第四壁上；第三壁的第一端与第四壁的第一端均间隔设置有第二连接条，第三壁上的第二连接条与第四壁上的第二连接条错位设置，第二支撑部2上的第二连接条的间隔宽度大于等于第二连接条的宽度；中间支撑部3两端均间隔分布有若干第三连接条，中间支撑部3上的第三连接条的间隔宽度大于等于第三连接条的宽度；柔性连接条4两端分别连接第一支撑部1上的第一连接条和中间支撑部3第一端上相对应的第三连接条，或柔性连接条4两端分别连接第二支撑部2上的第二连接条和中间支撑部3第二端上相对应的第三连接条；第一支撑部1、第二支撑部2、中间支撑部3的材质均为具有弹性变形性能的材质。

在本实施例中，将第一连接条、第二连接条和第三连接条统称为连接条5，将第一支撑部1、第二支撑部2、中间支撑部3和第三支撑部统称为支撑部。

本实施例中，各支撑部之间通过柔性连接条4连接。先将可折叠支撑结构压平再进行折叠，折叠时由柔性连接条4完成弯折的过程，支撑部不进行弯折。而柔性连接条4具有小半径折叠能力，即柔性连接条4在180°折叠后能拥有类似折纸的效果。同时，在第一支撑部1，若干第一连接条错位布置在第一壁8和第二壁9上，因此在可折叠支撑结构压平后，第一连接条正好位于第一连接条间的间隔空隙中，使得在压平后，在该部位只有一个薄壁壳的厚度。第二支撑部2和中间支撑部3也是同理。这些使得该可折叠支撑结构具有满足阵面完全压平后的小半径折叠能力。本实施例中，由于各支撑部均为具有弹性变形性能的薄壁壳体，因此各支撑部能够被外力压平，并且在外力撤销之后能够自行回复为原来的结构。不会因为折叠而使该可折叠支撑结构丧失或减弱它的结构强度。本发明实施例，结构简单，由于其薄壁设计重量小。

本发明实施例的工作状态即原本形状为：可折叠支撑结构未压平未折叠的状态。本发明实施例的工作过程为：在地面上，在外力的作用下呈压平折叠状态，然后随阵面一起发送至太空，展开机构展开阵面后，该可折叠支撑结构自行恢复成原来的形状。

进一步地，在本实施例中，每个支撑部均由上下两个薄壁壳连接而成，具体的连接方式可以是胶黏剂胶接，机械连接，或焊接等。上下两个薄壁壳采用超薄预浸料模压或拉挤成型。上下两个薄壁壳形成薄壁壳体。薄壁壳体在理想条件下是完全弹性体，即在受力时只发生弹性变形，外力撤销时可100％恢复原状。这使得可折叠支撑结构能被外力压平，在撤销外力后能自行恢复成原来的结构，同时该可折叠支撑结构在太空展开时不会丧失原有的结构刚度。上下两个薄壁壳可以是金属薄片、复合材料薄片等。本发明实施例的各个支撑部的截面相同。更具体的，同一支撑部的上下两个薄壁壳的形状相同。

进一步地，在本实施例中，支撑部与柔性连接条4相连的端部，上下两个薄壁壳均间隔分布有若干连接条5，上薄壁壳上的连接条5和下薄壁壳上的连接条5错位设置，间隔空隙的宽度大于等于连接条5的宽度。这样使得压平后，上薄壁壳上的连接条5位于下薄壁壳连接条5的间隔空隙中，而下薄壁壳上的连接条5位于上薄壁壳连接条5的间隔空隙中，从而使得压平后支撑部与柔性连接条4相连的端部厚度只有一个薄壁壳的厚度。

进一步地，在本实施例中，柔性连接条4可以是高韧性复合材料薄片、或金属薄片等。柔性连接条4的两端分别和不同支撑部的端部连接条5相连。柔性连接条4和，与其相连的连接条5单搭接。相连方式可以是用胶黏剂胶接，机械连接，或焊接等方式。支撑部上的连接条5是在压平状态下，与柔性连接条4连接的。具体的，柔性连接条4的宽度与，和柔性连接条4相连的连接条5宽度相同。这使得本发明实施例在压平状态下，折叠部分的厚度仅为一个薄壁壳的厚度和一个柔性连接条4的厚度之和。

进一步地，在本实施例中，由于在折叠时，相较于在折叠转弯内侧的柔性连接条4，在折叠转弯外侧的柔性连接条4受到的力更大，也更容易脱落，因此，柔性连接条4可以只单搭接在本发明实施例在折叠转弯内侧的薄壁壳上。

进一步的，在本实施例中，该可折叠支撑结构两端逐渐压平收拢，便于夹持。具体的，可折叠支撑结构两端压平收拢，还是保持原来中空壳体形状，亦或者是将其做成其他形状，均可根据实际应用场景设计。

参看图6，进一步地，在支撑部的侧壁上设若干离散设置的镂空部7。该镂空部7不影响本发明实施例的支撑作用。镂空部7的设置，使得本发明实施例重量减小。若镂空部7中实处和虚处在上下两个薄壁壳上错位设置，则能使压平后的本发明实施例厚度减小。

参看图7，进一步地，本发明实施例的截面形状为两个相同的拱桥形曲线对称布置形成的封闭图形。

参看图8，本发明实施例的截面形状也可以为“人”字型。

参看图9和图10，本发明实施例的截面形状还可以是双“C”型曲线对称布置形成的圆形。支撑部的上下两个薄壁壳通过若干截面连接条6连接。连接的方式可以是用胶黏剂胶接，机械连接，或直接焊接等。具体连接过程为：上下两个薄壁壳在芯模上定位，截面连接条6离散连接在上下两个薄壁壳截面的对接处，形成完整的闭截面结构。

具体使用哪种截面形状可以根据实际力学环境进行选择，除了上述三种之外，也可以根据具体所需的阵面设计不同的截面形状。

进一步地，在整个本发明实施例中，两个物体的连接方式，具体采用的是胶黏剂胶接、机械连接、还是焊接等，根据连接的这两个物体的材料属性确定。其中胶接采用的胶黏剂为热固性型或热塑性型树脂胶黏剂，具体为哪种树脂胶黏剂也由连接的两个物体的材料属性确定。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明保护范围之中。

Claims (4)

1.一种可折叠支撑结构，其特征在于，用于大型薄膜阵面，包括第一支撑部、第二支撑部、中间支撑部和若干柔性连接条；所述第一支撑部的第一端与所述中间支撑部的第一端通过若干所述柔性连接条相连，所述第二支撑部的第一端和所述中间支撑部的第二端通过若干所述柔性连接条相连；所述第一支撑部、所述第二支撑部和所述中间支撑部均为薄壁壳体；

所述第一支撑部包括第一壁、第二壁和若干第一连接条，所述第一壁、所述第二壁均为弯曲壁，所述第一壁设于所述第二壁上；所述第一壁的第一端与所述第二壁的第一端均间隔设置有所述第一连接条，所述第一壁上的所述第一连接条与所述第二壁上的所述第一连接条错位设置，所述第一支撑部上的所述第一连接条的间隔宽度大于等于所述第一连接条的宽度；

所述第二支撑部包括第三壁、第四壁和若干第二连接条，所述第三壁、所述第四壁均为弯曲壁，所述第三壁设于所述第四壁上；所述第三壁的第一端与所述第四壁的第一端均间隔设置有所述第二连接条，所述第三壁上的所述第二连接条与所述第四壁上的所述第二连接条错位设置，所述第二支撑部上的所述第二连接条的间隔宽度大于等于所述第二连接条的宽度；

所述中间支撑部两端均间隔分布有若干第三连接条，所述中间支撑部上的所述第三连接条的间隔宽度大于等于所述第三连接条的宽度；

所述柔性连接条两端分别连接所述第一支撑部上的所述第一连接条和所述中间支撑部第一端上相对应的所述第三连接条，或所述柔性连接条两端分别连接所述第二支撑部上的所述第二连接条和所述中间支撑部第二端上相对应的所述第三连接条；

所述第一支撑部、所述第二支撑部、所述中间支撑部的材质均为具有弹性变形性能的材质；

所述中间支撑部包括至少一个第三支撑部和若干所述柔性连接条；

所述第三支撑部包括第五壁、第六壁和若干所述第三连接条，所述第五壁、所述第六壁均为弯曲壁，所述第五壁设于所述第六壁上；所述第五壁的第一端与所述第六壁的第一端均间隔设置有所述第三连接条，所述第五壁的第一端的所述第三连接条与所述第六壁的第一端的所述第三连接条错位设置，所述第三支撑部的第一端的所述第三连接条的间隔宽度大于等于所述第三连接条的宽度；所述第五壁的第二端与所述第六壁的第二端均间隔设置有所述第三连接条，所述第五壁的第二端的所述第三连接条与所述第六壁的第二端的所述第三连接条错位设置，所述第三支撑部的第二端的所述第三连接条的间隔宽度大于等于所述第三连接条；

相邻两个所述第三支撑部通过所述柔性连接条相连；

所述第一壁、所述第二壁、所述第三壁、所述第四壁、所述第五壁和所述第六壁，均为具有弹性变形功能的金属薄片或复合材料薄带；

所述第一壁、所述第二壁、所述第三壁、所述第四壁、所述第五壁和所述第六壁，均为超薄预浸料压膜或拉挤成型的薄壁壳体；

所述柔性连接条是高韧性复合材料薄片或金属薄片，压平折叠状态下，所述柔性连接条180°折叠并呈折纸状；

所述第一壁的侧壁、所述第二壁的侧壁、所述第三壁的侧壁、所述第四壁的侧壁、所述第五壁的侧壁和所述第六壁的侧壁上，均设有若干离散设置的镂空部；压平折叠状态下，所述镂空部中实处和虚处在上下两个所述薄壁壳体上错位设置；

工作状态为：可折叠支撑结构未压平未折叠的状态；工作过程为：在地面上，可折叠支撑结构在外力的作用下呈压平折叠状态，然后随阵面一起发送至太空，展开机构展开阵面后，可折叠支撑结构自行恢复至工作状态。

2.根据权利要求1所述的可折叠支撑结构，其特征在于，所述可折叠支撑结构的横截面为两个相同的拱桥形曲线对称布置形成的封闭图形。

3.根据权利要求1所述的可折叠支撑结构，其特征在于，所述可折叠支撑结构的横截面为人字形。

4.根据权利要求1所述的可折叠支撑结构，其特征在于，所述可折叠支撑结构的横截面为圆形。