CN111224210B - 一种大型索杆桁架式可展开天线机构 - Google Patents

Abstract

本发明属于航天器材与设备技术领域，具体涉及一种大型索杆桁架式可展开天线机构。包括若干个索杆桁架式可展单元，所述若干个可展单元之间通过连接纵杆连接组成一个索杆桁架式可展开天线机构；所述可展单元包括第一可展开组件和设置于所述第一可展开组件之间的第二可展开组件，所述第一可展开组件和所述第二可展开组件均为三角架体，所述第一可展开组件和第二可展开组件通过第三扭簧接头连接组成可展单元。本发明可靠性好，结构紧凑，完全展开后具有较好的刚度，满足空间大型天线的使用要求，适用于卫星空间折展机构等。

Description

一种大型索杆桁架式可展开天线机构

技术领域

本发明属于航天器材与设备技术领域，具体涉及一种大型索杆桁架式可展开天线机构。

背景技术

在航天结构中，可展桁架式机构是一类空间可展机构，通过杆件可展使机构展开为三维桁架式机构，广泛应用于大口径可展开天线机构等，用以实现发射时收拢、在轨展开或空间展开折叠的功能。

索杆形式的可展机构相对于单纯杆件形式的可展结构，其质量小。可展机构的展开形状一般是其工作状态。要长期保持展开状态，可展结构大多是添加锁紧装置或者其他构件实现锁定；而且机构在展开或折叠的过程中还需要杆件进行同步运动，这样要求在铰链连接处增加齿轮或者其他同步装置等，增加了机构的复杂程度和质量。因此，设计索杆形式的、依靠自身结构锁紧的可展机构，即可降低机构质量，又可以减小机构的复杂程度。

索杆机构中，利用柔性铰链实现驱动桁架机构的展开，通过柔性索实现机构的刚化。

发明内容

本发明为了解决现有的索杆机构质量较大、刚度小的问题，进而提供了一种大型索杆桁架式可展开天线机构；此机构具有轻质、高刚度、大折展比的优点，并能根据自身变形储存的弹性势能实现展开。

本发明通过如下技术方案实现：

一种大型索杆桁架式可展开天线机构包括若干个索杆桁架式可展单元，若干个所述可展单元之间通过连接纵杆连接组成一个索杆桁架式可展开天线机构；所述可展单元包括第一可展开组件和设置于所述第一可展开组件之间的第二可展开组件，所述第一可展开组件和所述第二可展开组件均为三角架体，所述第一可展开组件和第二可展开组件通过第三扭簧接头连接组成可展单元。

如此布置，使得可展单元看成是由若干个正三角形平铺而成，三角形的三个边由索代替。可展单元模块化设计，可根据实际需求，叠加第一可展开组件和第二可展开组件的数量。可展开天线机构整体也是模块化设计，通过连接纵杆随意增加可展单元的数量。

进一步地，所述第一可展开组件包括第一斜杆、第二斜杆、第一竖杆、拉索，所述第一斜杆、第二斜杆、第一竖杆通过第一扭簧接头连接，所述第一竖杆插接于所述第一扭簧接头的固定连接管内，所述第一斜杆和第二斜杆分别插接在所述第一扭簧接头的左、右转动连接管内，所述拉索为封闭环状、分别与所述第一斜杆、第二斜杆、第一竖杆的末端活动连接。

第一斜杆、第二斜杆、第一竖杆的末端均具有贯穿孔，所述拉索从贯穿孔中穿过。

进一步地，所述第二可展开组件包括第二竖杆、第三斜杆、第四斜杆、底边拉索，所述第二竖杆、第三斜杆、第四斜杆通过第二扭簧接头连接，所述第二竖杆插接于所述第二扭簧接头的固定连接管内，所述第三斜杆和所述第四斜杆分别插接在所述第二扭簧接头的左、右转动连接管内，所述底边拉索两端头与所述第三斜杆和所述第四斜杆的末端固接。

可展单元布置了拉索及底边拉索，如此设置，有效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的质量。

进一步地，所述可展单元之间连接有斜拉索，所述斜拉索连接于所述连接纵杆的对角之间。

在连接纵杆对角线处交叉设置斜拉索，增加了整个天线机构的刚度。

进一步地，当所述第一可展开组件完全展开时，所述第一斜杆、第二斜杆、第一竖杆之间的夹角均为120°，拉索形成一个等边三角形；当所述第一可展开组件完全折叠时，所述第一斜杆、第二斜杆、第一竖杆相互平行。

进一步地，当所述第二可展开组件完全展开时，所述第三斜杆、第四斜杆、第二竖杆之间的夹角均为120°，当所述第二可展开组件完全折叠时，所述第三斜杆、第四斜杆、第二竖杆相互平行。

进一步地，所述第一竖杆和第二竖杆的另一端分别插接在对应的所述第三扭簧接头的固定连接管内，所述第一斜杆或第二斜杆插接在对应的所述第三扭簧接头的转动连接管内，所述第三斜杆或第四斜杆插接在对应的所述第三扭簧接头的转动连接管内，所述连接纵杆与所述第一扭簧接头、第二扭簧接头或第三扭簧接头的侧连接部连接。

进一步地，所述第二斜杆、第一竖杆、第二竖杆、第三斜杆组成平行四边形结构，所述第一斜杆、第一竖杆、第四斜杆、第二竖杆组成平行四边形结构。

进一步地，所述第一竖杆、连接纵杆、第二竖杆、第一斜杆、第二斜杆、第三斜杆、第四斜杆均为碳纤维复合材料或航空铝合金材料制成，所述拉索、斜拉索和底边拉索为凯夫拉绳或碳纤维绳。航空铝合金材料具有高强度高韧性耐抗疲劳的特点，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。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。

所述第一扭簧接头、第二扭簧接头、第三扭簧接头结构相同，所述扭簧接头包括支撑架体、转动连接管、固定连接管、侧连接部、扭簧，所述转动连接管设置在所述支撑架体上，所述转动连接管与所述支撑架体之间连接有扭簧，以实现转动连接管在指定角度范围内相对于支撑架体打开、闭合；固定连接管设置在所述支撑架体的顶部，侧连接部设置在所述支撑架体的两侧。

与现有技术相比，本发明的优势在于：

本发明提供的一种大型索杆桁架式可展开天线机构：第一、本发明的刚度较高，满足空间大型天线的使用刚度要求。第二、本发明收拢后体积较小，质量轻。第三、本发明加入拉索组件，加强了可展天线的整体刚度和重复展开精度。第四、本发明的索杆桁架式可展天线依靠扭簧实现动力驱动，不需要增加额外的驱动机构，减轻了机构的重量。第五、本发明采用模块化的设计思想，模块数量可以根据天线尺寸的需求进行扩展，模块扩展性强，可实现模块化生产，降低制造成本和难度。第六、本发明的桁架式可展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。第七、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，便于机构的顺利展开。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为可展单元的展开状态结构示意图。

图3为可展单元的折叠状态结构示意图。

图4为扭簧接头的结构示意图。

图中：A-可展单元；A1-第一可展开组件；A2-第二可展开组件；1-第一斜杆；2-第二斜杆；3-第一竖杆；4-第一扭簧接头；5-第三扭簧接头；6-第二竖杆；7-第二扭簧接头；8-底边拉索；9-拉索；10-第三斜杆；11-第四斜杆；12-连接纵杆；18-斜拉索。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明：

如图1所示，一种大型索杆桁架式可展开天线机构，包括5个索杆桁架式可展单元A，5个所述可展单元A之间通过连接纵杆12连接组成一个索杆桁架式可展开天线机构；所述可展单元A包括2个第一可展开组件A1和设置于所述第一可展开组件A1之间的第二可展开组件A2，所述第一可展开组件A1和所述第二可展开组件A2均为三角架体，所述第一可展开组件A1和第二可展开组件A2通过第三扭簧接头5连接组成所述可展单元A。

如图2、图3所示，所述第一可展开组件A1包括第一斜杆1、第二斜杆2、第一竖杆3、拉索9，所述第一斜杆1、第二斜杆2、第一竖杆3通过第一扭簧接头4连接，所述第一竖杆3插接于所述第一扭簧接头4的固定连接管内，所述第一斜杆1和第二斜杆2分别插接在所述第一扭簧接头4的左、右转动连接管内，所述拉索9为封闭环状、分别与所述第一斜杆1、第二斜杆2、第一竖杆3的末端活动连接。当所述第一可展开组件A1完全展开时，所述第一斜杆1、第二斜杆2、第一竖杆3之间的夹角均为120°，拉索9处于完全拉伸状态，形成一个等边三角形。折叠时，第一斜杆1和第二斜杆2向第一竖杆3方向折叠，当所述第一可展开组件A1完全折叠时，所述第一斜杆1、第二斜杆2、第一竖杆3相互平行。如此设置，有效提高了整个索杆可展开天线的折展比。

所述第二可展开组件A2包括第二竖杆6、第三斜杆10、第四斜杆11、底边拉索8，所述第二竖杆6、第三斜杆10、第四斜杆11通过第二扭簧接头7连接，所述第二竖杆6插接于所述第二扭簧接头7的固定连接管内，所述第三斜杆10和所述第四斜杆11分别插接在所述第二扭簧接头7的左、右转动连接管内，所述底边拉索8两端头与所述第三斜杆10和所述第四斜杆11的末端固接。当所述第二可展开组件A2完全展开时，所述第三斜杆10、第四斜杆11、第二竖杆6之间的夹角均为120°，底边拉索8处于完全拉伸状态。折叠时，第三斜杆10和第四斜杆11向第二竖杆6方向折叠，当所述第二可展开组件A2完全折叠时，所述第三斜杆10、第四斜杆11、第二竖杆6相互平行。

所述可展单元A之间连接有斜拉索18，所述斜拉索18连接于所述连接纵杆12的对角之间。

所述第一竖杆3和第二竖杆6的另一端分别插接在对应的所述第三扭簧接头5的固定连接管内，所述第一斜杆1或第二斜杆2插接在对应的所述第三扭簧接头5的转动连接管内，所述第三斜杆10或第四斜杆11插接在对应的所述第三扭簧接头5的转动连接管内，所述连接纵杆12与所述第一扭簧接头4、第二扭簧接头7或第三扭簧接头5的侧连接部连接。

所述第二斜杆2、第一竖杆3、第二竖杆6、第三斜杆10组成平行四边形结构，所述第一斜杆1、第一竖杆3、第四斜杆11、第二竖杆6组成平行四边形结构。

所述第一竖杆3、连接纵杆12、第二竖杆6、第一斜杆1、第二斜杆2、第三斜杆10、第四斜杆11均为碳纤维复合材料或航空铝合金材料制成，所述拉索9、斜拉索18和底边拉索8为凯夫拉绳或碳纤维绳。

如图4所示，所述第一扭簧接头4、第二扭簧接头7、第三扭簧接头5结构相同，所述扭簧接头包括支撑架体14、转动连接管16、固定连接管13、侧连接部17、扭簧15，所述转动连接管16设置在所述支撑架体14上，所述转动连接管16与所述支撑架体14之间连接有扭簧15，以实现转动连接管16在指定角度范围内相对于支撑架体14打开、闭合；固定连接管13设置在所述支撑架体14的顶部，侧连接部17设置在所述支撑架体14的两侧。采用扭簧15被压缩后的恢复力作为第一可展单元A的整体展开的驱动力，不需要增加额外的驱动机构，减轻了机构的重量，结构简单，使用方便，满足设计要求和实际需要。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节与这里示出与描述的图例。

Claims (2)

1.一种大型索杆桁架式可展开天线机构，其特征在于，包括5个索杆桁架式可展单元（A），5个所述可展单元（A）之间通过连接纵杆（12）连接组成一个索杆桁架式可展开天线机构；所述可展单元（A）包括2个第一可展开组件（A1）和设置于所述第一可展开组件（A1）之间的第二可展开组件（A2），所述第一可展开组件（A1）和所述第二可展开组件（A2）均为三角架体，所述第一可展开组件（A1）和第二可展开组件（A2）通过第三扭簧接头（5）连接组成所述可展单元（A）；

所述第一可展开组件（A1）包括第一斜杆（1）、第二斜杆（2）、第一竖杆（3）、拉索（9），所述第一斜杆（1）、第二斜杆（2）、第一竖杆（3）通过第一扭簧接头（4）连接，所述第一竖杆（3）插接于所述第一扭簧接头（4）的固定连接管内，所述第一斜杆（1）和第二斜杆（2）分别插接在所述第一扭簧接头（4）的左、右转动连接管内，所述拉索（9）为封闭环状、分别与所述第一斜杆（1）、第二斜杆（2）、第一竖杆（3）的末端活动连接；当所述第一可展开组件（A1）完全展开时，所述第一斜杆（1）、第二斜杆（2）、第一竖杆（3）之间的夹角均为120°，拉索（9）处于完全拉伸状态、形成一个等边三角形；当所述第一可展开组件（A1）完全折叠时，所述第一斜杆（1）、第二斜杆（2）、第一竖杆（3）相互平行；

所述第二可展开组件（A2）包括第二竖杆（6）、第三斜杆（10）、第四斜杆（11）、底边拉索（8），所述第二竖杆（6）、第三斜杆（10）、第四斜杆（11）通过第二扭簧接头（7）连接，所述第二竖杆（6）插接于所述第二扭簧接头（7）的固定连接管内，所述第三斜杆（10）和所述第四斜杆（11）分别插接在所述第二扭簧接头（7）的左、右转动连接管内，所述底边拉索（8）两端头与所述第三斜杆（10）和所述第四斜杆（11）的末端固接；当所述第二可展开组件（A2）完全展开时，所述第三斜杆（10）、第四斜杆（11）、第二竖杆（6）之间的夹角均为120°，底边拉索（8）处于完全拉伸状态；当所述第二可展开组件（A2）完全折叠时，所述第三斜杆（10）、第四斜杆（11）、第二竖杆（6）相互平行；

所述可展单元（A）之间连接有斜拉索（18），所述斜拉索（18）连接于所述连接纵杆（12）的对角之间；

所述第一竖杆（3）和第二竖杆（6）的另一端分别插接在对应的所述第三扭簧接头（5）的固定连接管内，所述第一斜杆（1）或第二斜杆（2）插接在对应的所述第三扭簧接头（5）的转动连接管内，所述第三斜杆（10）或第四斜杆（11）插接在对应的所述第三扭簧接头（5）的转动连接管内，所述连接纵杆（12）与所述第一扭簧接头（4）、第二扭簧接头（7）或第三扭簧接头（5）的侧连接部连接；

所述第二斜杆（2）、第一竖杆（3）、第二竖杆（6）、第三斜杆（10）组成平行四边形结构，所述第一斜杆（1）、第一竖杆（3）、第四斜杆（11）、第二竖杆（6）组成平行四边形结构。

2.根据权利要求1所述的一种大型索杆桁架式可展开天线机构，其特征在于，所述第一竖杆（3）、连接纵杆（12）、第二竖杆（6）、第一斜杆（1）、第二斜杆（2）、第三斜杆（10）、第四斜杆（11）均为碳纤维复合材料或航空铝合金材料制成，所述拉索（9）、斜拉索（18）和底边拉索（8）为凯夫拉绳或碳纤维绳。

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