CN111934098A - 一种基于bennett机构的环形可展开天线桁架 - Google Patents

Abstract

本发明涉及星载可展开天线技术领域，尤其涉及一种基于bennett机构的环形可展开天线桁架，其特征是：桁架竖杆、bennett机构杆件、第一bennett铰链、第二bennett铰链连接成桁架基本单元，桁架基本单元第二bennett铰链和连接铰链铰链形成环形天线周边桁架；桁架基本单元中的桁架竖杆和bennett机构杆件分别包括四根，四根bennett机构杆通过第一bennett铰链和第二bennett铰链围成四边形，两个第一bennett铰链在四边形的两个对角，两个第二bennett铰链在四边形的另外两个对角；两个第二bennett铰链分别铰链一个连接铰链，第一个连接铰链上下连接1根桁架竖杆，使上下连接的桁架竖杆与所述的四边形形成三个平面。它以便使其可以满足对更低收纳高度或在相同的索网设计下降低质量的需求。

Description

一种基于bennett机构的环形可展开天线桁架

技术领域

本发明涉及星载可展开天线技术领域，尤其涉及一种基于bennett机构的环形可展开天线桁架。

背景技术

随着航天事业的发展和太空探索的深入，星载天线被期望具有更优异的性能。由于对于大口径天线的需求与运载火箭的实际运输能力之间存在矛盾，可展开天线成为当前星载天线的主要研究方向，可展开天线可以实现质量轻、收缩后体积小的特点，索网式环形可展开天线是该类天线的代表，可以满足目前对于在轨大口径天线的需求。

目前被应用的可展开环形天线设计以Astromesh为主，该类可展开天线的特点是收拢后高度增加，但收拢直径较小，但随着航天器的发展，不同的工作场合将需要不同工作方式，不同收纳性能的可展开天线。

发明内容

针对上述可展开天线的设计需求，本发明的目的是提供一种基于bennett机构的环形可展开天线桁架，以便使其可以满足对更低收纳高度或在相同的索网设计下降低质量的需求。

本发明通过下述技术方案实现，一种基于bennett机构的环形可展开天线桁架，其特征是：桁架竖杆、bennett机构杆件、第一bennett铰链、第二bennett铰链连接成桁架基本单元，桁架基本单元第二bennett铰链和连接铰链铰链形成环形天线周边桁架；桁架基本单元中的桁架竖杆和bennett机构杆件分别包括四根，四根bennett机构杆通过第一bennett铰链和第二bennett铰链围成四边形，两个第一bennett铰链在四边形的两个对角，两个第二bennett铰链在四边形的另外两个对角；两个第二bennett铰链分别铰链一个连接铰链，第一个连接铰链上下连接1根桁架竖杆，使上下连接的桁架竖杆与所述的四边形形成三个平面。

所述的桁架基本单元通过连接铰链相互铰链形成运动副，运动副均为转动副。

所述的bennett机构杆件通过第一bennett铰链和第二bennett铰链相互连接形成bennett空间四边形机构。

所述的第一bennett铰链有三部分构成，第一部分和第二部分结构相同，第一部分和第二部分都是切割的长方体，两部分长方体一端面与第三部分的铰链连接，另一端包括一个内孔，内孔的直径与bennett机构杆件的直径相配合，内孔轴线通过第三部分的铰链处，内孔用于bennett机构杆件插入连接；工作时，第一部分和第二部分通过铰链面面相对，第一部分和第二部分接触面为45度，面旋转到另一对面接触。

所述的第二bennett铰链有三部分构成，第一部分和第二部分结构相同，第一部分和第二部分都是切割的直角梯形体，两部分直角梯形体斜面端和长边端的连接处与第三部分的铰链连接，另一端包括一个内孔，内孔的直径与bennett机构杆件的直径相配合，内孔轴线通过第三部分的铰链处，内孔用于bennett机构杆件插入连接；工作时，第一部分和第二部分通过铰链形成空间旋转。

所述的连接铰链包括在三角体上的两个左右面连接销钉和两个左右面连接螺纹，在三角体前后的穿孔，上下桁架竖杆穿过穿孔，两个左右面连接螺纹用于连接上下桁架竖杆； 两个左右面连接销钉用于与第二bennett铰链形成转动副连接。

所述的三角体为角度为60度的等边三棱柱，在左右侧面设置第二bennett铰链的连接端，使转动轴与水平面存在夹角，同时两转动轴轴线交于一点，构成一个平面，两转动轴在该平面内具有夹角。

所述的三角体有斜面凸起，使斜面垂直于桁架竖杆轴线，并垂直于斜面向下打螺纹孔。

相比于现有周边桁架设计，本发明通过使用bennett机构作为展开机构核心，该机构为典型的单闭环过约束机构，不仅保证桁架单元为单自由度，保证了桁架单元仍然能使用较少的动力源驱动桁架展开。同时，bennett机构的结构特殊性使其可以在一个桁架单元的中间多提供一个索网连接点，相比于传统设计，本发明在提供双倍连接点时单元数减半，以此达到减轻总体重量的目的。

附图说明

图1为本发明用作降低收拢高度时的展开状态结构示意图；

图2为本发明用作降低收拢高度时的收拢状态结构示意图；

图3为本发明用作增加连接点时的展开状态结构示意图；

图4为本发明bennett机构单元展开示意图（无销）；

图5为本发明bennett机构单元收拢示意图（无销）；

图6为本发明第一bennett铰链机构示意图；

图7为本发明第二bennett铰链机构示意图；

图8为本发明连接铰链机构示意图。

图中：1、桁架竖杆；2、bennett机构杆件；3、第一bennett铰链；4、第二bennett铰链；5、连接铰链。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

针对增加索网连接点或降低环形可展开天线收拢高度的需求，本发明提供一种由bennett机构构成桁架单元的周边桁架结构设计方案，用于为环形天线提供更多索网连接点或降低天线收拢高度。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细的解释。

如图1和图4所示，一种环形天线周边桁架机构，其特征是：至少包括桁架竖杆1、bennett机构杆件2、第一bennett铰链3、第二bennett铰链4连接成桁架基本单元，桁架基本单元第二bennett铰链4和连接铰链5铰链形成环形天线周边桁架；基本单元中的桁架竖杆1桁架竖杆1和bennett机构杆件2分别包括四根，四根bennett机构杆通过第一bennett铰链3和第二bennett铰链4围成四边形，两个第一bennett铰链3在四边形的两个对角，两个第二bennett铰链4在四边形的另外两个对角；两个第二bennett铰链4分别铰链一个连接铰链5，第一个铰链5上下连接1根桁架竖杆1，使上下连接的桁架竖杆1与所述的四边形形成三个平面。

如图2，所述的桁架基本单元通过连接铰链5相互铰链形成运动副，运动副均为转动副。

bennett机构杆件2和桁架竖杆1的长度依据环形天线周边桁架要求调整。使桁架展开后所有预设的索网连接点处于同一高度。

如图3，该机构用于降低收拢高度时，桁架可以做到收拢后高度与展开时相同。

如图5，由于bennett机构单元为空间机构，为使收拢后各个单元的杆件相互平行，展开时bennett机构需与竖杆成一定角度。

bennett机构杆件2通过第一bennett铰链3和第二bennett铰链4相互连接形成bennett空间四边形机构，连接方式可使用螺纹连接，再通过连接铰链5与竖杆相连构成本发明环形桁架单元。

如图6所示，第一bennett铰链3有三部分构成，第一部分和第二部分结构相同，第一部分和第二部分都是切割的长方体，两部分长方体一端面与第三部分的铰链连接，另一端包括一个内孔，内孔的直径与bennett机构杆件2的直径相配合，内孔轴线通过第三部分的铰链处，内孔用于bennett机构杆件2插入连接。

工作时，第一部分和第二部分通过铰链面面相对，第一部分和第二部分接触面为45度，面旋转到另一对面接触。

如图7所示，第二bennett铰链4有三部分构成，第一部分和第二部分结构相同，第一部分和第二部分都是切割的直角梯形体，两部分直角梯形体斜面端和长边端的连接处与第三部分的铰链连接，另一端包括一个内孔，内孔的直径与bennett机构杆件2的直径相配合，内孔轴线通过第三部分的铰链处，内孔用于bennett机构杆件2插入连接。

工作时，第一部分和第二部分通过铰链形成空间旋转。

第一bennett铰链3和第二bennett铰链4的转动副形成空间夹角，角度可根据需求，由bennett机构设计方法得出。

本发明实施例中，第一bennett铰链3轴线夹角120度，第二bennett铰链4轴线夹角60度，第一bennett铰链3和第二bennett铰链4的角度和为180度，第一bennett铰链3的旋转角度根据其轴线夹角得出。第一bennett铰链3旋转角度140.4度。

第一bennett铰链3和第二bennett铰链4轴线夹角范围可根据单元设计调整，

如图8所示，连接铰链5包括在三角体上的两个左右面连接销钉和两个左右面连接螺纹，在三角体前后的穿孔，上下竖杆1穿过穿孔，两个左右面连接螺纹用于连接上下竖杆1；两个左右面连接销钉用于与第二bennett铰链4形成转动副连接。为展示其运动原理，此处也采用了从一对面接触，旋转到另一对面接触的运动设计，由于案例为最少单元数方案，因此，三角体为角度为60度的等边三棱柱，在左右侧面根据收拢角度需求，设置第二bennett铰链4的连接端，使转动轴与水平面存在夹角，同时两转动轴轴线交于一点，构成一个平面，两转动轴在该平面内具有夹角，上下面为了保证连接螺纹的完整性，根据竖杆1的倾斜角度，增加斜面凸起，使斜面垂直于竖杆1轴线，并垂直于斜面向下打螺纹孔。

本发明的工作原理：在拉索驱动与扭簧驱动下展开并通过铰链上的锁定机构进行锁定，使bennett机构展开到位，展开时通过桁架上下两圈通过各竖杆端点的环形拉索，保证展开后桁架不发生变形，同时，竖杆1与bennett机构铰链一3均可提供索网连接点。

本发明的工作原理：在拉索驱动与扭簧驱动下展开并通过铰链上的锁定机构进行锁定，使bennett机构展开到位，展开时通过桁架上下两圈通过各竖杆端点的环形拉索，保证展开后桁架不发生变形，同时，竖杆1与bennett机构铰链一3均可提供索网连接点。

综上所述，本发明为基于bennett机构的环形可展开天线桁架机构，可采用拉索及扭簧作为展开动力，通过bennett机构的空间运动轨迹，实现桁架展开和收拢的等高设计，降低了收拢高度，同时，通过改变bennett机构设计，可以实现索网连接点加倍。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于bennett机构的环形可展开天线桁架，其特征是：桁架竖杆(1)、bennett机构杆件(2)、第一bennett铰链(3)、第二bennett铰链(4)连接成桁架基本单元，桁架基本单元第二bennett铰链(4)和连接铰链(5)铰链形成环形天线周边桁架；桁架基本单元中的桁架竖杆(1)和bennett机构杆件(2)分别包括四根，四根bennett机构杆通过第一bennett铰链(3)和第二bennett铰链(4)围成四边形，两个第一bennett铰链(3)在四边形的两个对角，两个第二bennett铰链(4)在四边形的另外两个对角；两个第二bennett铰链(4)分别铰链一个连接铰链(5)，第一个连接铰链(5)上下连接1根桁架竖杆(1)，使上下连接的桁架竖杆(1)与所述的四边形形成三个平面。

2.根据权利要求1所述的一种基于bennett机构的环形可展开天线桁架，其特征是：所述的桁架基本单元通过连接铰链(5)相互铰链形成运动副，运动副均为转动副。

3.根据权利要求1所述的一种基于bennett机构的环形可展开天线桁架，其特征是：所述的bennett机构杆件(2)通过第一bennett铰链(3)和第二bennett铰链(4)相互连接形成bennett空间四边形机构。

4.根据权利要求1所述的一种基于bennett机构的环形可展开天线桁架，其特征是：所述的第一bennett铰链(3)有三部分构成，第一部分和第二部分结构相同，第一部分和第二部分都是切割的长方体，两部分长方体一端面与第三部分的铰链连接，另一端包括一个内孔，内孔的直径与bennett机构杆件(2)的直径相配合，内孔轴线通过第三部分的铰链处，内孔用于bennett机构杆件(2)插入连接；工作时，第一部分和第二部分通过铰链面面相对，第一部分和第二部分接触面为45度，面旋转到另一对面接触。

5.根据权利要求1所述的一种基于bennett机构的环形可展开天线桁架，其特征是：所述的第二bennett铰链(4)有三部分构成，第一部分和第二部分结构相同，第一部分和第二部分都是切割的直角梯形体，两部分直角梯形体斜面端和长边端的连接处与第三部分的铰链连接，另一端包括一个内孔，内孔的直径与bennett机构杆件(2)的直径相配合，内孔轴线通过第三部分的铰链处，内孔用于bennett机构杆件(2)插入连接；工作时，第一部分和第二部分通过铰链形成空间旋转。

6.根据权利要求1所述的一种基于bennett机构的环形可展开天线桁架，其特征是：所述的连接铰链(5)包括在三角体上的两个左右面连接销钉和两个左右面连接螺纹，在三角体前后的穿孔，上下桁架竖杆(1)穿过穿孔，两个左右面连接螺纹用于连接上下桁架竖杆(1)； 两个左右面连接销钉用于与第二bennett铰链(4）形成转动副连接。

7.根据权利要求6所述的一种基于bennett机构的环形可展开天线桁架，其特征是：所述的三角体为角度为60度的等边三棱柱，在左右侧面设置第二bennett铰链(4)的连接端，使转动轴与水平面存在夹角，同时两转动轴轴线交于一点，构成一个平面，两转动轴在该平面内具有夹角。

8.根据权利要求6所述的一种基于bennett机构的环形可展开天线桁架，其特征是：所述的三角体有斜面凸起，使斜面垂直于桁架竖杆（1）轴线，并垂直于斜面向下打螺纹孔。

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