CN112736408B - 一种模块化三棱柱桁架式可展开平面天线机构 - Google Patents

Abstract

一种模块化三棱柱桁架式可展开平面天线机构，包含底面横杆、底面纵杆、升降三角折展臂、可折叠横梁、可折叠斜拉梁和三角形端框；升降三角折展臂布置在并排设置的两个三角形端框之间，且三者所在平面的平行布置，升降三角折展臂与两个三角形端框之间分别布置有底面横杆、可折叠横梁和可折叠斜拉梁；相邻两个底面横杆一端与板间铰链接头铰接，另一端与三角形端框铰接，底面纵杆和升降三角折展臂分别与板间铰链接头铰接，可折叠斜拉梁一端与板间铰链接头接，另一端与三角形端框铰接；可折叠横梁一端与升降三角折展臂铰接，另一端与三角形端框铰接。本发明展开运动平稳可靠，结构刚度高。

Description

一种模块化三棱柱桁架式可展开平面天线机构

技术领域

本发明涉及一种天线机构，具体涉及一种模块化三棱柱桁架式可展开平面天线机构。

背景技术

自第一个星载SAR诞生以来，由于它能全天候、全天时的，不受国界影响，几乎可以获得地球每个角落高分辨率图像而受到广泛的关注。特别是经过近十年的快速发展，已经有多个国家掌握了SAR卫星技术，大量形式各异的可展开机构作为星载SAR阵面天线支撑机构得到了广泛的应用。

大型化、轻量化是在轨应用可展开天线机构的发展趋势。加拿大与美国等发达国家对可展开天线机构的研究开展较早，相关技术较为成熟。目前，星载的平面天线机构已经被广泛地应用于各类卫星上。随着航天事业的发展，航天任务需求对展开天线的要求越来越高，目前在轨应用的平面可展开天线机构存在以下不足：

1)可展开天线机构的展开运动较复杂，降低了其在轨展开应用的可靠性，如美国研制的Seasat卫星的SAR天线的展开过程需进行3次运动。

2)展开位置姿态的刚度不高，导致平面天线的分辨率不高，如美国研制的Seasat卫星的SAR天线的分辨率只有25m。

3)目前使用的平面天线大都不是模块化设计，不具备普适性和扩展性。

发明内容

本发明是为克服现有技术不足，提供一种模块化三棱柱桁架式可展开平面天线机构。本发明展开运动平稳可靠，结构刚度高。

本发明的技术方案是：

一种模块化三棱柱桁架式可展开平面天线机构包含底面横杆、底面纵杆、升降三角折展臂、可折叠横梁、可折叠斜拉梁和三角形端框；

平面天线机构完全展开时，升降三角折展臂布置在并排设置的两个三角形端框之间，且三者所在平面的平行布置，升降三角折展臂与两个三角形端框之间分别布置有底面横杆、可折叠横梁和可折叠斜拉梁；底面横杆与可折叠横梁平行，并与三角形端框垂直布置；相邻两个底面横杆一端与板间铰链接头铰接，另一端与三角形端框铰接，底面纵杆和升降三角折展臂分别与板间铰链接头铰接，底面横杆和底面纵杆垂直布置，可折叠斜拉梁一端与板间铰链接头接，另一端与三角形端框铰接；可折叠横梁一端与升降三角折展臂铰接，另一端与三角形端框铰接；平面天线机构完全折叠时，两个可折叠横梁平行布置，升降三角折展臂与三角形端框之间布置的两个可折叠斜拉梁平行布置，底面横杆竖向布置。

本发明相比现有技术的有益效果是：

本发明不仅将可展开平面天线机构的构型模块化设计，同时将机构的展开运动也进行了模块化的设计。本发明所设计的模块化展开方案不仅可以单模块逐个顺次展开还能够多模块同步展开，可适应多种不同的工作环境的需要。另外，利用这种模块化的展开方式可有效降低机构展开过程中产生的冲击，使机构展开更加平稳。这种模块化的设计实现了机构展开运动关系的解耦，使得整个机构的展开运动更加简单、可靠。

本发明将原本复杂的平面天线展开机构分解为了若干个三棱柱模块，实现了模块化设计，带来的好处在于整个机构的普适性和可扩展性得到了提高，如为了增加天线的面积直接按照需求增加相应的三棱柱模块即可。同时，模块化的设计也便于该机构未来与其他的可展开天线机构进行组合设计。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步地说明：

附图说明

图1为一个方向看的本发明完全展开后的立体结构示意图；

图2为另一个方向看的本发明完全展开后的立体结构示意图；

图3为本发明展开过程示意图；

图4为本发明完全收拢后的立体结构示意图；

图5为升降三角折展臂的结构示意图；

图6为可折叠横梁或可折叠斜拉梁的结构示意图；

图7为扭转锁定铰链的立体示意图；

图8为锁紧铰链的立体示意图；

图9为含有天线面板8的模块化三棱柱桁架式可展开平面天线机构完全展开示意图。

具体实施方式

如图1-图4所示，本实施方式的一种模块化三棱柱桁架式可展开平面天线机构，包含底面横杆1、底面纵杆2、升降三角折展臂3、可折叠横梁4、可折叠斜拉梁5和三角形端框6；

如图1和图9所示，平面天线机构完全展开时，升降三角折展臂3布置在并排设置的两个三角形端框6之间，且三者所在平面的平行布置，升降三角折展臂3与两个三角形端框6之间分别布置有底面横杆1、可折叠横梁4和可折叠斜拉梁5；底面横杆1与可折叠横梁4平行，并与三角形端框6垂直布置；相邻两个底面横杆1一端与板间铰链接头7铰接，另一端与三角形端框6铰接，底面纵杆2和升降三角折展臂3分别与板间铰链接头7铰接，底面横杆1和底面纵杆2垂直布置，可折叠斜拉梁5一端与板间铰链接头7铰接，另一端与三角形端框6铰接；可折叠横梁4一端与升降三角折展臂3铰接，另一端与三角形端框6铰接；

如图4所示，平面天线机构完全折叠时，两个可折叠横梁4平行布置，升降三角折展臂3与三角形端框6之间布置的两个可折叠斜拉梁5平行布置，底面横杆1竖向布置。

具体的对比情况如下表所示：

可折叠横梁单元利用自身在三棱柱结构中的横梁作用，提高了结构整体的结构刚度，与传统的四棱锥单元构型需要剪叉联动机构相比，利用自身结构上的优势实现了高比刚度。

进一步地，为了确保展开灵活可靠，如图1、图3和图5所示，所述升降三角折展臂3包含升降长杆31、升降短杆32、升降接头33和扭转锁定铰链34；升降长杆31与升降短杆

32通过扭转锁定铰链34连接，升降短杆32与升降接头33铰接，升降长杆31与板间铰链接头7铰接。

如图7和图9所示，所述扭转锁定铰链34包含公铰一34-1、母铰一34-2、扭簧34-3、锁杆一34-4和压紧弹簧一34-5；公铰一34-1与锁杆一34-4转动连接，公铰一34-1和母铰一34-2可转动地套在铰链轴上，铰链轴上套设有与公铰一34-1和母铰一34-2相抵的扭簧34-3，公铰一34-1和锁杆34-4之间布置有与二者相连的压紧弹簧一34-5；平面天线机构完全展开时，母铰一34-2被锁杆一34-4锁紧，公铰一34-1和母铰一34-2通过与二者连接的定位装置h定位。

进一步地，所述定位装置h为两个限位杆，两个限位杆分别安装在公铰一34-1和母铰一34-2上，平面天线机构完全展开时，两个限位杆相抵靠。

扭转锁定铰链的主要功能是驱动铰链展开并锁定，锁杆一34-4和压紧弹簧一34-5构成锁定结构，定位装置h主要是防止母铰34-2转动角度过大，碰上公铰34-1，当完全展开时，在扭簧34-3的作用下，母铰34-2和公铰34-1相对转动，在压紧弹簧一34-5的作用下，锁杆一34-4逐渐向母铰一34-2靠拢，母铰34-2转动到位，其上凸起进入锁杆一34-4的锁钩处，锁杆一34-4落下，锁链被锁定。图7中单箭头所示为扭转锁定铰链在天线机构折叠时的公铰34-1和母铰34-2的转向。

如图6和图9所示，所述可折叠横梁4和可折叠斜拉梁5结构相同，包含锁紧铰链a、两个折叠梁杆b和两个万向节c；两个折叠梁杆b的一端通过锁紧铰链a连接，所述万向节c具有铰接轴轴线相互垂直铰接部，两个折叠梁杆b另一端分别与万向节c的一个铰接部铰接，万向节c的另一个铰接部与对应的板间铰链接头7或升降接头33铰接。锁紧铰链的主要功能是回转锁定。

具体来说，如图8所示，所述锁紧铰链a包含公铰二a1、母铰二a2、锁杆二a3和压紧弹簧二a4；公铰二a1与锁杆二a3转动连接，公铰二a1和母铰二a2可转动地套在铰链轴上，公铰二a1和锁杆a3之间布置有与二者相连的压紧弹簧二a4；平面天线机构完全展开时，母铰二a2被锁杆二a3锁紧。依靠机构相互作用力以及在压紧弹簧二a4的作用下，平面天线机构完全展开时，公铰二a1和母铰二a2由锁杆二a3锁定。公铰二a1和母铰二a2分别与折叠梁杆b连接。

较佳地，所述压紧弹簧一34-5和压紧弹簧二a4均为板簧。

整个机构的展开分为两个步骤：

步骤一：驱动升降三角折展臂3上的扭转锁定铰链34处的扭簧34-3作动，驱动升降三角折展臂3展开，在机构展开到位时扭转锁定铰链34锁定升降三角折展臂3；

步骤二：驱动底面横杆1与板间铰链接头连带另一侧三角形端框6与可折叠斜拉梁5展开。为了增加天线的面积直接按照需求增加相应的三棱柱模块得到的天线机构图。

本发明已以较佳实施案例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可以利用上述揭示的结构及技术内容做出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施案例，均仍属本发明技术方案范围。

Claims (5)

1.一种模块化三棱柱桁架式可展开平面天线机构，其特征在于：它包含底面横杆(1)、底面纵杆(2)、升降三角折展臂(3)、可折叠横梁(4)、可折叠斜拉梁(5)和三角形端框(6)；

平面天线机构完全展开时，升降三角折展臂(3)布置在并排设置的两个三角形端框(6)之间，且三者所在平面的平行布置，升降三角折展臂(3)与两个三角形端框(6)之间分别布置有底面横杆(1)、可折叠横梁(4)和可折叠斜拉梁(5)；底面横杆(1)与可折叠横梁(4)平行，并与三角形端框(6)垂直布置；相邻两个底面横杆(1)一端与板间铰链接头(7)铰接，另一端与三角形端框(6)铰接，底面纵杆(2)和升降三角折展臂(3)分别与板间铰链接头(7)铰接，底面横杆(1)和底面纵杆(2)垂直布置，可折叠斜拉梁(5)一端与板间铰链接头(7)铰接，另一端与三角形端框(6)铰接；可折叠横梁(4)一端与升降三角折展臂(3)铰接，另一端与三角形端框(6)铰接；

平面天线机构完全折叠时，两个可折叠横梁(4)平行布置，升降三角折展臂(3)与三角形端框(6)之间布置的两个可折叠斜拉梁(5)平行布置，底面横杆(1)竖向布置；

所述升降三角折展臂(3)包含升降长杆(31)、升降短杆(32)、升降接头(33)和扭转锁定铰链(34)；升降长杆(31)与升降短杆(32)通过扭转锁定铰链(34)连接，升降短杆(32)与升降接头(33)铰接，升降长杆(31)与板间铰链接头(7)铰接；所述扭转锁定铰链(34)包含公铰一(34-1)、母铰一(34-2)、扭簧(34-3)、锁杆一(34-4)和压紧弹簧一(34-5)；公铰一(34-1)与锁杆一(34-4)转动连接，公铰一(34-1)和母铰一(34-2)可转动地套在铰链轴上，铰链轴上套设有与公铰一(34-1)和母铰一(34-2)相抵的扭簧(34-3)，公铰一(34-1)和锁杆(34-4)之间布置有与二者相连的压紧弹簧一(34-5)；

平面天线机构完全展开时，母铰一(34-2)被锁杆一(34-4)锁紧，公铰一(34-1)和母铰一(34-2)通过与二者连接的定位装置(h)定位。

2.根据权利要求1所述一种模块化三棱柱桁架式可展开平面天线机构，其特征在于：所述可折叠横梁(4)和可折叠斜拉梁(5)结构相同，包含锁紧铰链(a)、两个折叠梁杆(b)和两个万向节(c)；两个折叠梁杆(b)的一端通过锁紧铰链(a)连接，所述万向节(c)具有铰接轴轴线相互垂直铰接部，两个折叠梁杆(b)另一端分别与万向节(c)的一个铰接部铰接，万向节(c)的另一个铰接部与对应的板间铰链接头(7)或升降接头(33)铰接。

3.根据权利要求2所述一种模块化三棱柱桁架式可展开平面天线机构，其特征在于：所述锁紧铰链(a)包含公铰二(a1)、母铰二(a2)、锁杆二(a3)和压紧弹簧二(a4)；

公铰二(a1)与锁杆二(a3)转动连接，公铰二(a1)和母铰二(a2)可转动地套在铰链轴上，公铰二(a1)和锁杆二(a3)之间布置有与二者相连的压紧弹簧二(a4)；平面天线机构完全展开时，母铰二(a2)被锁杆二(a3)锁紧。

4.根据权利要求3所述一种模块化三棱柱桁架式可展开平面天线机构，其特征在于：所述压紧弹簧一(34-5)和压紧弹簧二(a4)均为板簧。

5.根据权利要求1或4所述一种模块化三棱柱桁架式可展开平面天线机构，其特征在于：所述定位装置(h)为两个限位杆，两个限位杆分别安装在公铰一(34-1)和母铰一(34-2)上，平面天线机构完全展开时，两个限位杆相抵靠。

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