CN112164895A - 一种无源缓释展开机构拖动的伞状反射器 - Google Patents

Abstract

一种无源缓释展开机构拖动的伞状反射器，以机座为载体，机座四周安装无源缓释展开机构，无源缓释展开机构的展开臂上安装肋管，肋管内侧面上安装有固定压网板条高度的调节柱，调节柱和连接主张力绳索的恒力弹簧连接，外侧面上和连接副张力绳索的恒力弹簧连接。金属材质反射网缝制在压网板条上。将处于金属材质反射网附近的主张力绳索缝合到金属网上形成一个完整的反射器。收拢状态时，肋管顶部通过锁紧释放装置对其运动趋势进行限位，无源缓释展开机构储存能量，展开时，锁紧释放装置的定位销拔销，锁紧释放装置向反射面正面方向运动，肋管顶部的运动限制解除，反射器展开。本发明提高了动力源和运动机构之间的机械效率，保证反射器形面的稳定性。

Description

一种无源缓释展开机构拖动的伞状反射器

技术领域

本发明涉及一种口径在2m～6m见方的天线反射器，尤其涉及一种无源缓释展开机构拖动的伞状反射器，属于空间天线技术领域。

背景技术

应用于太空的伞状天线反射器分为两种，全网面式伞状反射器和固网结合式伞状反射器，全网面式伞状反射器所有的网面均有柔性网面组成，均可以实现收展。固网结合式伞状反射器包括两个部分，位于中心的固面反射器部分和位于周边的伞状(网状)反射器部分，天线机座一般位于反射器中心位置的背面。

在现有的各类伞状天线反射器中，为了使得网状反射器部分能够像雨伞一样实现收展，需要伞状收展机构来实现，全网面式伞状反射器的展开机构的设计空间较小，容易实现较高的集成度。固网结合式伞状反射器因反射器中心有固面反射器，因此难于实现高集成度的展开机构。现有的技术是在安装在固面反射器背面的天线机座上设计了一幅驱动组件，在底座四周设置了若干铰链副作为展开机构的传动部分，在该传动部件上安装有相应的过绳轮，然后用一根绳索依次穿过，绳索的始末端均系于驱动组件输出位置的定子和动子上，当动子转动时，缠绕绳索，绳索有效长度缩短，将被展部件拉开，反射器展开。该种驱动方案是一种集中动力驱动方式，动力源和运动机构之间的机械效率不高。

另外，作为具有天线反射器功能的反射网，需要具备一定(一般分两种情况，母线由几何方程确定或母线由若干给定的点连线而成)的形状，这一特定的形状需要专门的设计来实现。为了实现反射器形面，两根相邻的肋管之间设置有若干组张力绳索，每组张力绳索分别为贴着金属网一侧的主张力绳索，和背离主张力绳索一侧的副网绳。主副网之间通过法向绳索连接(和大跨度桥梁的斜拉索相似)。现有的技术中，由于主副张力绳索材料相同，因此要实现一个稳定的(静力学稳定和温度变化后形状温度)主张力绳索形状，最佳的选择方案是主副张力绳索形状相同方向相反(业内称为对称)。同时，为了在地面上重力环境中实现一个稳定的形面，减小重力对形面评价过程的影响，主副张力绳索以及它们之间的张力阵形成平面垂直于口面(竖向投影方向)。这种设计的反射器形面受外界影响较大，不够稳定。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种无源缓释展开机构拖动的伞状反射器，提高了动力源和运动机构之间的机械效率，有效保证反射器形面的稳定性。

本发明的技术解决方案是：

一种无源缓释展开机构拖动的伞状反射器，包括机座、无源缓释展开机构、肋管、金属材质反射网、绳索网、恒力弹簧、锁紧释放装置和支撑杆；肋管与无源缓释展开机构一一对应；

机座为空间盒体结构，上端面上安装固面反射器，外侧壁上设置有N个安装面，每个安装面上安装有一个无源缓释展开机构，肋管根部通过安装法兰固定在对应无源缓展机构的展开臂法兰上，肋管顶部卡在锁紧释放装置中；三根支撑杆安装在机座内底面上，三根支撑杆的顶部连接有一个支撑平台；

相邻两根肋管之间缝制有金属材质反射子网，所有肋管之间缝制的金属材质反射子网拼接成金属材质反射网；

绳索网是一组绳索形成的空间连接状张拉结构，包括主张力绳索，副张力绳索和张力阵绳索，主张力绳索和副张力绳索一一对应，主张力绳索位于肋管内侧面，与每根肋管通过恒力弹簧连接；副张力绳索位于肋管外侧面，与每根肋管通过恒力弹簧连接；对应的一对主张力绳索和副张力绳索之间通过张力阵绳索实现法向互联；

金属材质反射网缝制在主张力绳索上；

初始状态时，锁紧释放装置锁紧在支撑平台上，无源缓释展开机构储存能量；需要展开时，锁紧释放装置解锁，锁紧释放装置向远离支撑平台的方向运动，运动过程中解除对肋管顶部的约束，肋管向外运动，无源缓释展开机构释放储存的能量，驱动各个肋管以相同的速度展开到位。

所述每根肋管由复合材料缠绕或叠层在模具上而成，为空心或实心结构；肋管是一个弯曲的梁结构，外形为反射面母线形状，或满足精度要求的折线形状。

每根肋管内侧面上均安装有若干个调节柱，调节柱的上表面固定有压网板条；每个调节柱上靠近压网板条的位置处固定有一个恒力弹簧，恒力弹簧的另一端连接主张力绳索；所述调节柱的作用是用于消除肋管形状制造偏差以及肋管安装在无源缓释展开机构展开臂法兰面的安装误差；

在每根肋管外侧面上，与内侧面调节柱相对应的位置也安装有恒力弹簧，恒力弹簧的另一端连接副张力绳索。

主张力绳索和副张力绳索形成的平面处于网面两点之间的侧地线所在平面上，主张力绳索的形状是保证形面的基础，副张力绳索的形状由工程需要设计；所述网面两点之间的侧地线是指曲面上两点之间沿着曲面内的最近曲线。

金属材质反射子网缝制在两侧肋管的压网板条上。

所述锁紧释放装置包括弹簧、锁紧盘和定位销；

锁紧盘外缘周向设置有一圈凸起，初始状态时，肋管顶部卡在锁紧盘外缘周向的凸起结构内，定位销穿过锁紧盘中心固定在支撑平台上，在位于锁紧盘下方的定位销上套有弹簧，定位销将所述锁紧盘压紧在弹簧上；

需要展开时，通过电信号拔下定位销，解除对锁紧盘的限位，锁紧盘向远离支撑平台的方向运动，运动过程中解除对肋管顶部的约束。

所述无源缓释展开机构包括弹性能量储存装置、执行机构，阻尼器和展开臂；

弹性能量储存装置与执行机构的输入端连接，执行机构的输出端与展开臂连接，同时执行机构和阻尼器并联；

当肋管向外运动时，弹性能量储存装置释放储存的能量，驱动执行机构动作，执行机构在阻尼器的作用下，缓慢推动展开臂展开，展开臂展开时驱动肋管展开。

在执行机构的输出端与展开臂之间设置有离合器；

当各个肋管的展开速度一致时，离合器不工作；当某根肋管展开速度低于两侧相邻肋管展开速度时，与该肋管连接的无源缓释展开机构的离合器工作，切断执行机构与展开臂的连接，两侧相邻肋管依靠金属材质反射网和绳索网带动该肋管展开。

展开臂上设置有锁定机构；

金属材质反射网在肋管带动展开到反射面理论面位置时，认为肋管展开到位，锁定机构将展开臂锁定，展开臂位置无法变动，此时，金属材质反射网形成具有一定精度的反射器。

肋管选用满足抗太空高低温环境和抗太空带电粒子及其它微小粒子腐蚀的复合材料。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明采用无源缓释展开机构作为反射器展开的动力，每根肋管对应一个无源缓释展开机构，和传统的集中动力驱动方式相比，动力源和运动机构之间的连接更直接，有效地提高了机械效率。

(2)本发明给主张力绳索和副张力绳索端头均串联上恒力弹簧，有效的保证了反射器的形面精度。不论天线处于何种姿态，重力对绳子和金属网上张力的影响均由恒力弹簧平衡，而使得绳索上的张力始终保持同一个水平，进而保持同一个形状，因此绳索有条件处于网面侧地线所在的平面上，使网面处于一个稳定的状态。

(3)本发明给肋管上安装了调节柱，能够通过调节高度，有效的减小肋管和压网板条的制造误差。

(4)本发明选用了伞头式锁紧释放装置，它由弹簧、锁紧盘和定位销组成，锁紧盘外缘周向设置有一圈向下的凸起，初始状态时，肋管顶部卡在锁紧盘外缘周向的凸起结构内，定位销穿过锁紧盘中心固定在支撑平台上，在位于锁紧盘下方的定位销上套有弹簧，定位销将所述锁紧盘压紧在弹簧上；需要展开时，通过电信号拔下定位销，解除对锁紧盘的限位，锁紧盘向远离支撑平台的方向运动，运动过程中解除对肋管顶部的约束。

附图说明

图1为本发明伞状反射器初始状态(收拢状态)示意图；

图2为展开状态示意图，其中(a)为展开过程示意图，(b)为展开到位示意图；

图3为无源缓释展开机构部分结构示意图；

图4为无源缓释展开机构组成框图；

图5为绳索网与肋管连接示意图；

图6为肋管示意图；

图7为调节柱和压网板条示意图；

图8为锁紧释放装置示意图。

具体实施方式

本发明公开了一种伞状反射器，它以机座为载体，在机座四周特定位置(可以是均布，也可以不均布)安装了无源缓释展开机构，在无源缓释展开机构的展开臂法兰上安装了肋管，肋管内侧面上安装有固定压网板条高度的调节柱，调节柱和连接主张力绳索的恒力弹簧连接，外侧面上和连接副张力绳索的恒力弹簧连接。金属材质反射网缝制在压网板条上。将处于金属材质反射网附近的主张力绳索缝合到金属网上形成一个完整的反射器。在收拢状态时，肋管顶部端头通过锁紧释放装置对其运动趋势进行限位。展开前，通过专用工具给无源缓释展开机构上条，储存一定的展开能量,当该锁紧释放装置工作时，锁紧释放装置的定位销拔销，锁紧释放装置向反射面正面方向运动，肋管顶部端头的运动限制解除，反射器具备可展开的状态。

具体地，如图1所示，本发明一种无源缓释展开机构拖动的伞状反射器，包括机座1、无源缓释展开机构2、肋管3、金属材质反射网4、绳索网5、恒力弹簧6、锁紧释放装置7和支撑杆12；肋管3与无源缓释展开机构2一一对应。

机座1为空间盒体结构，上端面上安装固面反射器，形成固网结合式反射器。机座具有足够的刚度，保证反射器安装完成后不发生较大的影响到形面稳定的弹性变形。机座1外侧壁上设置有N个安装面，每个安装面上安装有一个无源缓释展开机构2，肋管3根部通过安装法兰固定在对应无源缓展机构2的展开臂法兰上，肋管3顶部卡在锁紧释放装置7中。三根支撑杆12安装在机座1内底面上，三根支撑杆12的顶部连接有一个支撑平台。锁紧释放装置7安装在支撑平台上。

每根肋管3为复合材料缠绕或叠层在模具上而成，可以是实心，也可以是空心，肋管的根部具有安装法兰，用于无源缓释展开机构2的展开臂法兰11进行连接，顶部具有一个接头，锁紧释放装置7通过肋管顶部端头可以实现对反射器收拢状态下的锁紧，肋管自身是一个弯曲的梁结构，其表面形状可以是反射面母线形状，也可以是满足精度要求的折线形状。其数量包括图示18根数量而不限于此数量。

如图6和图7所示，肋管内侧面上安装有固定压网板条11高度的调节柱10，调节柱10上靠近压网板条11的位置处固定有恒力弹簧6，外侧面上相对应的位置也安装有恒力弹簧6。

如图5所示，绳索网5是一组绳索形成的空间连接状张拉结构，包括主张力绳索51，副张力绳索52和张力阵绳索53，主张力绳索51和副张力绳索52一一对应，主张力绳索51位于肋管内侧面，与每根肋管通过位于肋管内侧面的恒力弹簧6连接；副张力绳索52位于肋管外侧面，与每根肋管通过位于肋管外侧面的恒力弹簧6连接。对应的一对主张力绳索51和副张力绳索52之间通过张力阵绳索53实现法向互联。

主张力绳索5和副张力绳索5形成的平面处于网面两点之间的侧地线(曲面上两点之间的最近曲线)所在平面上，主张力绳索5的形状是保证形面的基础，副张力绳索5的形状比较自由，根据工程需要设计。

相邻两根肋管3之间布置有金属材质反射子网，相邻两块金属材质反射子网拼接缝处，相邻两块金属材质反射子网都缝制到一个条状板结构的压网板条11上，压网板条11上留有缝网所必须的针孔。压网板条11中间部位上有安装孔，通过这些安装孔，和肋管3上的高度调节柱10连接。这时，处于相邻两根肋管3之间区域的金属材质反射子网用线绳缝合到具有一定空间结构形状的绳网上，金属材质反射子网拼接成金属材质反射网4。金属材质反射网4具有一定的延展性，依靠绳网的张拉，金属材质反射网4形成具有一定精度的反射面结构。将金属材质反射网4和压网板条11形成的组件整体安装在肋管内侧面的调节柱上，然后展开反射器，将处于金属材质反射网附近的主张力绳索5缝合到金属网上形成一个完整的反射器。

初始状态时，锁紧释放装置7锁紧在支撑平台上，无源缓释展开机构2储存能量；需要展开时，锁紧释放装置7解锁，锁紧释放装置7向远离支撑平台的方向运动，运动过程中解除对肋管3顶部的约束，肋管3向外运动，无源缓释展开机构2释放储存的能量，驱动各个肋管3以相同的速度展开到位。图2中(a)为展开过程示意图，(b)为展开到位示意图。

如图8所示，锁紧释放装置7包括弹簧13、锁紧盘14和定位销15。

锁紧盘外缘周向设置有一圈凸起，初始状态时，肋管3顶部卡在锁紧盘外缘周向的凸起结构内，定位销穿过锁紧盘中心固定在支撑平台上，在位于锁紧盘下方的定位销上套有弹簧，定位销将所述锁紧盘压紧在弹簧上；

需要展开时，通过电信号拔下定位销，解除对锁紧盘的限位，锁紧盘向远离支撑平台的方向运动，运动过程中解除对肋管3顶部的约束。

无源缓释展开机构2具有储存能量、缓慢释放、超越离合，止逆及解除止逆功能。展开前，通过专用工具给无源缓释展开机构2上条，储存展开能量，展开过程有调速功能，使得机构展开不是一个瞬间过程，而是可控状态下缓慢释放。由于伞状反射器根据需要给每根肋的根部各自独立的安装一个无源缓释展开机构2，因此存在展开速度不一致的情况，这时，为避免速度慢的影响速度快的，给机构设置了超越离合功能，可以在两旁的肋带动下先行运动，到快要到位锁定的时候，因锁定机构的工作需要动力，这时，肋管会停下来，超越离合功能会再次闭合，本机构自身的动力再次发挥作用，使得本机构展开到位，被锁定机构锁定，当锁定后，需要外界用专用设备干预才可解除锁定，恢复收拢状态。

具体地，如图3、图4所示，无源缓释展开机构2包括弹性能量储存装置、展开臂、阻尼器、锁定机构、离合器和执行机构。

弹性能量储存装置与执行机构的输入端连接，执行机构的输出端与展开臂连接，同时执行机构和阻尼器并联。当肋管3向外运动时，弹性能量储存装置释放储存的能量，驱动执行机构动作，执行机构在阻尼器的作用下，缓慢推动展开臂展开，展开臂展开时驱动肋管3展开。

当各个肋管的展开速度一致时，离合器不工作；当某根肋管展开速度低于两侧相邻肋管展开速度时，与该肋管连接的无源缓释展开机构2的离合器工作，切断执行机构与展开臂的连接，两侧相邻肋管依靠金属材质反射网4和绳索网5带动该肋管展开，当该肋管展开到某位置，动力不足时，这根肋管的展开速度明显下降，将会被该机构的执行机构追上，离合器重新闭合，该机构重新给肋管施加展开动力。

金属材质反射网4在肋管带动展开到反射面理论面位置时，认为肋管展开到位，锁定机构8将展开臂锁定，展开臂位置无法变动，此时，金属材质反射网4形成具有一定精度的反射器。

肋管3的材质选择满足高低温环境下零变形和抗太空带电粒子及其它微小粒子腐蚀的复合材料。

若天线口径较大，安装位置较大时，可以将无源缓释展开机构的储能装置用有源动力替代，使其变为有源缓释展开机构。

为了实现网面较高精度，采用了前后张力绳索网来张紧金属材质反射网。前后张力绳索网处于网面连接点之间侧地线所在的平面上。

本发明采用无源缓释展开机构作为反射器展开的动力，每根肋管对应一个无源缓释展开机构，和传统的集中动力驱动方式相比，动力源和运动机构之间的连接更直接，有效地提高了机械效率。本发明给主张力绳索和副张力绳索端头均串联上恒力弹簧，有效的保证了反射器的形面精度。不论天线处于何种姿态，重力对绳子和金属网上张力的影响均由恒力弹簧平衡，而使得绳索上的张力始终保持同一个水平，进而保持同一个形状，因此绳索有条件处于网面侧地线所在的平面上，使网面处于一个稳定的状态。

本发明的伞状反射器为大口径、高精度的伞状反射器，具有形面精度高、展开稳定、无需卫星提供动力等特点，适用于太空中应用。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种无源缓释展开机构拖动的伞状反射器，其特征在于：包括机座(1)、无源缓释展开机构(2)、肋管(3)、金属材质反射网(4)、绳索网(5)、恒力弹簧(6)、锁紧释放装置(7)和支撑杆(12)；肋管(3)与无源缓释展开机构(2)一一对应；

机座(1)为空间盒体结构，上端面上安装固面反射器，外侧壁上设置有N个安装面，每个安装面上安装有一个无源缓释展开机构(2)，肋管(3)根部通过安装法兰固定在对应无源缓展机构(2)的展开臂法兰上，肋管(3)顶部卡在锁紧释放装置(7)中；三根支撑杆(12)安装在机座(1)内底面上，三根支撑杆(12)的顶部连接有一个支撑平台；

相邻两根肋管(3)之间缝制有金属材质反射子网，所有肋管(3)之间缝制的金属材质反射子网拼接成金属材质反射网(4)；

绳索网(5)是一组绳索形成的空间连接状张拉结构，包括主张力绳索(51)，副张力绳索(52)和张力阵绳索(53)，主张力绳索(51)和副张力绳索(52)一一对应，主张力绳索(51)位于肋管内侧面，与每根肋管通过恒力弹簧(6)连接；副张力绳索(52)位于肋管外侧面，与每根肋管通过恒力弹簧(6)连接；对应的一对主张力绳索(51)和副张力绳索(52)之间通过张力阵绳索(53)实现法向互联；

金属材质反射网(4)缝制在主张力绳索(51)上；

初始状态时，锁紧释放装置(7)锁紧在支撑平台上，无源缓释展开机构(2)储存能量；需要展开时，锁紧释放装置(7)解锁，锁紧释放装置(7)向远离支撑平台的方向运动，运动过程中解除对肋管(3)顶部的约束，肋管(3)向外运动，无源缓释展开机构(2)释放储存的能量，驱动各个肋管(3)以相同的速度展开到位。

2.根据权利要求1所述的一种无源缓释展开机构拖动的伞状反射器，其特征在于：所述每根肋管(3)由复合材料缠绕或叠层在模具上而成，为空心或实心结构；肋管(3)是一个弯曲的梁结构，外形为反射面母线形状，或满足精度要求的折线形状。

3.根据权利要求2所述的一种无源缓释展开机构拖动的伞状反射器，其特征在于：每根肋管(3)内侧面上均安装有若干个调节柱(10)，调节柱(10)的上表面固定有压网板条(11)；每个调节柱(10)上靠近压网板条(11)的位置处固定有一个恒力弹簧(6)，恒力弹簧(6)的另一端连接主张力绳索(51)；所述调节柱(10)的作用是用于消除肋管形状制造偏差以及肋管安装在无源缓释展开机构展开臂法兰面的安装误差；

在每根肋管(3)外侧面上，与内侧面调节柱相对应的位置也安装有恒力弹簧(6)，恒力弹簧(6)的另一端连接副张力绳索(52)。

4.根据权利要求3所述的一种无源缓释展开机构拖动的伞状反射器，其特征在于：主张力绳索(51)和副张力绳索(52)形成的平面处于网面两点之间的侧地线所在平面上，主张力绳索(51)的形状是保证形面的基础，副张力绳索(52)的形状由工程需要设计；所述网面两点之间的侧地线是指曲面上两点之间沿着曲面内的最近曲线。

5.根据权利要求3所述的一种无源缓释展开机构拖动的伞状反射器，其特征在于：金属材质反射子网缝制在两侧肋管(3)的压网板条(11)上。

6.根据权利要求1所述的一种无源缓释展开机构拖动的伞状反射器，其特征在于：所述锁紧释放装置(7)包括弹簧(13)、锁紧盘(14)和定位销(15)；

锁紧盘外缘周向设置有一圈凸起，初始状态时，肋管(3)顶部卡在锁紧盘外缘周向的凸起结构内，定位销穿过锁紧盘中心固定在支撑平台上，在位于锁紧盘下方的定位销上套有弹簧，定位销将所述锁紧盘压紧在弹簧上；

需要展开时，通过电信号拔下定位销，解除对锁紧盘的限位，锁紧盘向远离支撑平台的方向运动，运动过程中解除对肋管(3)顶部的约束。

7.根据权利要求1所述的一种无源缓释展开机构拖动的伞状反射器，其特征在于：所述无源缓释展开机构(2)包括弹性能量储存装置、执行机构，阻尼器和展开臂；

弹性能量储存装置与执行机构的输入端连接，执行机构的输出端与展开臂连接，同时执行机构和阻尼器并联；

当肋管(3)向外运动时，弹性能量储存装置释放储存的能量，驱动执行机构动作，执行机构在阻尼器的作用下，缓慢推动展开臂展开，展开臂展开时驱动肋管(3)展开。

8.根据权利要求7所述的一种无源缓释展开机构拖动的伞状反射器，其特征在于：在执行机构的输出端与展开臂之间设置有离合器；

当各个肋管的展开速度一致时，离合器不工作；当某根肋管展开速度低于两侧相邻肋管展开速度时，与该肋管连接的无源缓释展开机构(2)的离合器工作，切断执行机构与展开臂的连接，两侧相邻肋管依靠金属材质反射网(4)和绳索网(5)带动该肋管展开。

9.根据权利要求8所述的一种无源缓释展开机构拖动的伞状反射器，其特征在于：展开臂上设置有锁定机构(8)；

金属材质反射网(4)在肋管带动展开到反射面理论面位置时，认为肋管展开到位，锁定机构(8)将展开臂锁定，展开臂位置无法变动，此时，金属材质反射网(4)形成具有一定精度的反射器。

10.根据权利要求8所述的一种无源缓释展开机构拖动的伞状反射器，其特征在于：肋管选用满足抗太空高低温环境和抗太空带电粒子及其它微小粒子腐蚀的复合材料。

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