CN112968301B - 一种弹簧机构驱动绳轮传动的可折展星载八木天线 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种弹簧机构驱动绳轮传动的可折展星载八木天线，该天线由整体支撑部分、旋转展开机构部分、压紧解锁装置部分、天线辐射部分组成。其中，整体支撑部分包括作为承载和安装位置结构的支撑机座、第一连杆、第二连杆、第三连杆；旋转展开机构部分包括铰链、弹簧机构、绳轮传动装置；压紧解锁装置部分包括弹簧钢带、切割器；天线辐射部分包括反射振子、激励振子、引向振子。本发明的有益效果是：在不需外加电机动力源的同时，可以较好的保证连杆同步展开，连杆天线分步展开。

Description

一种弹簧机构驱动绳轮传动的可折展星载八木天线
技术领域
本发明涉及宇航天线，尤其涉及一种弹簧机构驱动绳轮传动的可折展星载八木天线。
背景技术
宇航天线作为宇航飞行器最主要的信息收发装置，它的发展越来越多的受到各个国家的关注。为了最大程度的提升宇航飞行器（尤其是小型卫星和飞船）载荷能力，高增益、大口径的可展折天线的需求越发显得重要。可折展机构是作为一种最为常用的机构，因为其具有可以折叠到较小的包络尺寸，同时在展开之后可以获得较大的电性能尺寸的特点，在星载大口径天线领域具有非常光明的应用前景。20 世纪 60 年代后期，随着各国大力发展航天技术，可折展机构因为其高比强度、高比刚度、超低热胀系数以及高几何稳定性的优点，迅速发展成为一种新型宇航机构，被各国广泛应用在航天领域。对于小型运载平台，对卫星包络尺寸有较为严苛的要求。天线在被发射到宇航之前折叠到最小的尺寸，当卫星达到预定轨道之后，指令控制使天线按照设计要求逐步展开，在天线完全展开之后自锁并保持工作状态。
地面常用的折展机构性能差、尺寸大，还采用了一些无法满足宇航领域空间环境的材料，同时考虑天线整体尺寸、重量以及分步展开可靠性安全性等要求，急需设计一种不需外加电机动力源的、同时保证连杆同步展开，连杆与天线振子分步展开的可折展星载八木天线。
发明内容
为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种弹簧机构驱动绳轮传动的可折展星载八木天线，折叠状态、展开过程、展开状态均满足宇航星载应用。
本发明提供了一种弹簧机构驱动绳轮传动的可折展星载八木天线，该天线由整体支撑部分、旋转展开机构部分、压紧解锁装置部分、天线辐射部分组成。其中，整体支撑部分包括作为承载和安装位置结构的支撑机座、第一连杆、第二连杆、第三连杆；旋转展开机构部分包括铰链、弹簧机构、绳轮传动装置；压紧解锁装置部分包括弹簧钢带、切割器；天线辐射部分包括反射振子、激励振子、引向振子，所述第一连杆的首尾两端分别安装在所述支撑机座上，尾端通过铰链和第二连杆首端进行连接；所述第二连杆的首尾两端分别与第一连杆、第三连杆通过铰链进行连接；所述第三连杆的首端与第二连杆通过铰链进行连接，尾端摆放于支撑机座顶部凹槽内；所述弹簧钢带安装在支撑机座、第二和第三连杆上，分别将连杆和振子进行压紧；所述切割器均安装在支撑机座上，紧锁状态时，连杆和振子处于折叠状态，弹簧机构处于压缩状态；展开状态时，所述切割器解锁弹簧钢带，弹簧机构提供动力并通过铰链和绳轮传动装置将连杆依次展开，第二、第三连杆展开呈一条直线，第一连杆与第二、第三连杆呈0°到180°的任意角度；反射振子、激励振子、引向振子依靠自身应力依次展开。
作为本发明的进一步改进，所述铰链包括两个相对旋转的铰链构件；所述弹簧机构包括扭转弹簧；所述扭转弹簧的中心与铰链的旋转轴相重合；所述扭转弹簧的中心以及外边缘端分别固定在两个相对旋转的铰链构件上。
作为本发明的进一步改进，所述铰链还包括中心螺栓，其中一个铰链构件与所述中心螺栓为键槽配合，另一个铰链构件与中心螺栓为轴孔配合。
作为本发明的进一步改进，每个所述旋转展开机构具有两个对称分布并且独立运作的铰链。
作为本发明的进一步改进，所述天线还包括绳轮传动装置，绳轮传动装置安装在第一连杆上，包括安装在第一连杆两端的滑轮和张紧在所述滑轮上的传动绳索。
作为本发明的进一步改进，所述绳轮传动装置有两个并对称分布于第一连杆两侧，且可相互独立工作。
作为本发明的进一步改进，所述第二连杆、第三连杆上均安装有天线振子和天线振子压紧解锁装置，天线振子压紧解锁装置锁紧所述天线振子和解开所述天线振子。
作为本发明的进一步改进，压紧解锁装置不仅限于弹簧钢带和切割器，具有绑扎、紧箍等能力以及释放绑扎、紧箍等能力的装置均可视为与本发明中压紧解锁装置为同一装置。
作为本发明的进一步改进，所述支撑机座设有横向支撑凹槽，处于折叠状态的所述第一连杆、第二连杆、第三连杆均设置在所述横向支撑凹槽之内。
作为本发明的进一步改进，所述旋转展开机构包括机械限位装置；所述机械限位装置包括相配合的双向弹簧销和限位销孔；所述限位销孔设置在所述铰链的环状凸台上，当第一连杆、第二连杆、第三连杆处于折叠状态时，所述双向弹簧销被所述铰链的环状凸台压紧，所述限位销孔位于所述双向弹簧销的圆周轨迹上。
作为本发明的进一步改进，所述铰链的环状凸台上设有旋转滑槽；所述双向弹簧销被压紧在所述旋转滑槽之内；所述限位销孔位于所述旋转滑槽之内，双向弹簧销随两个铰链的相对转动，沿旋转滑槽旋转到位后滑入限位销孔中弹出并锁死，从而实现机械限位。
作为本发明的进一步改进，第一连杆、第二连杆、第三连杆与铰链间通过螺纹配合连接，可保证连杆与铰链间的相对方向位置关系。
作为本发明的进一步改进，天线振子采用弧形截面结构，以交叉方式、间隔90°安装在连杆上，保证天线振子在解锁后能够可靠展开并维持设定形状，同时在天线振子展开后能够实现圆极化、线极化、双线极化等辐射模式。
本发明的有益效果是：不需外加电机动力源和复杂电子控制电路，实现连杆和天线振子的可控分步展开，较好的保证连杆和天线振子展开的同步性、可靠性和安全性，能够适应宇航应用中的力学、热学和空间辐照等环境条件，同时实现高增益、多极化辐射模式等特性。
附图说明
图1是本发明一种弹簧机构驱动绳轮传动的可折展星载八木天线的压紧状态示意图。
图2是本发明一种弹簧机构驱动绳轮传动的可折展星载八木天线的展开状态正视图。
图3是本发明一种弹簧机构驱动绳轮传动的可折展星载八木天线的展开状态俯视图。
具体实施方式
下面结合附图说明及具体实施方式对本发明作进一步说明。
参照图1，示出了本发明压紧状态示意图。如图所示，一种弹簧机构驱动绳轮传动的可折展星载八木天线，主要包括有作为承载和安装位置结构的支撑机座101、第一连杆201、第二连杆202、第三连杆203、关节处的铰链204、第一连杆处两端的传动滑轮206、若干的传动绳索207、若干弹簧钢带301、杆间支撑架208、若干弹簧机构209、连杆解锁装置300、天线振子解锁装置400，射频振子固定连接装置500。
本发明中弹簧机构209中心固定于每处关节的一个铰链204中心，弹簧机构外缘端固定于关节处的另一个铰链205上，天线展开机构压紧状态时弹簧机构209处于压缩位置，从而作为动力源提供连杆展开的初始驱动力矩，弹簧机构209优选为扭簧，例如发条弹簧。
本发明中连杆解锁装置300安装于支撑机座104上，当切割器通电切断绳索后第一连杆201、第二连杆202、第三连杆203在三个关节的弹簧机构209和传动滑轮206、传动绳索207作用下同步展开。
本发明中支撑机座101作为第一关节铰链的安装位置，同时结合了第一连杆201上的滑轮结构。支撑机座102与天线防震支撑401相接触，提供整个系统的横向支撑。支撑机座103和支撑机座104与连杆201间为圆柱面接触，且支撑机座104设计有对第一连杆201、第三连杆203的横向支撑结构，例如横向支撑凹槽，保证整个高度影响下的横向震动稳定性。
参照图2和图3，示出了本发明展开状态的正视图和俯视图。如图所示，本发明在连杆到达位置处设计有弹簧销限位装置210，双侧均可伸缩，安装于铰链205上，在另一个与之配合的铰链204上设计有与弹簧销配合的槽孔结构，初始时弹簧销被铰链204的环状凸台结构预压紧，直至到达销孔处弹簧销伸出锁死，以此保证结构可靠性。
本发明中天线解锁装置410、400安装于第二连杆202和第三连杆203的中部，分别用于一组天线振子和两组天线振子的固定与解锁，当连杆运动到位置并通过弹簧销机械锁紧后，对天线解锁装置切割器通电，解除天线束缚，天线钢带420靠自身回弹力恢复到位展开。
本发明中天线射频振子中部的位置需要与电缆相连，因此设计有射频振子固定连接装置500，在宇航环境温度变化情况下保证有效连接，同时保证绝缘性。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明其他各种可能的组合方式不再另行说明。工程技术人员可根据此发明权利要求书中的思想做具体的操作实施，自然也可以根据以上所述对实施方案做一系列的变更。上述这些都应视为本发明涉及的范围。

Claims (10)

1.一种弹簧机构驱动绳轮传动的可折展星载八木天线，其特征在于，包括：
第一连杆，所述第一连杆的首尾两端分别安装在支撑机座上，尾端通过铰链和第二连杆首端进行连接；
第二连杆，所述第二连杆的首尾两端分别与第一连杆、第三连杆通过铰链进行连接；
第三连杆，所述第三连杆的首端与第二连杆通过铰链进行连接，尾端摆放于支撑机座的顶部凹槽内；
弹簧钢带，所述弹簧钢带安装在支撑机座、第二和第三连杆上，分别将连杆和振子进行压紧；
切割器，所述切割器均安装在支撑机座上，紧锁状态时，连杆和振子处于折叠状态，弹簧机构处于压缩状态；展开状态时，所述切割器解锁弹簧钢带，弹簧机构提供动力并通过铰链和绳轮传动装置将连杆依次展开；反射振子、激励振子、引向振子依靠自身应力依次展开。
2.根据权利要求1所述的弹簧机构驱动绳轮传动的可折展星载八木天线，其特征在于：所述铰链包括两个相对旋转的铰链构件；所述弹簧机构包括扭转弹簧；所述扭转弹簧的中心与铰链的旋转轴相重合；所述扭转弹簧的中心以及外边缘端分别固定在两个相对旋转的铰链构件上。
3.根据权利要求2所述的弹簧机构驱动绳轮传动的可折展星载八木天线，其特征在于：所述铰链还包括中心螺栓，其中一个铰链构件与所述中心螺栓为键槽配合，另一个铰链构件与中心螺栓为轴孔配合。
4.根据权利要求1所述的弹簧机构驱动绳轮传动的可折展星载八木天线，其特征在于：所述绳轮传动装置安装在第一连杆上，包括安装在第一连杆两端的滑轮和张紧在所述滑轮上的传动绳索。
5.根据权利要求1所述的弹簧机构驱动绳轮传动的可折展星载八木天线，其特征在于：所述绳轮传动装置有两个，并对称分布于第一连杆两侧，且可相互独立工作。
6.根据权利要求1所述的弹簧机构驱动绳轮传动的可折展星载八木天线，其特征在于：所述第二连杆、第三连杆上均安装有天线振子和压紧解锁装置；所述压紧解锁装置为弹簧钢带和切割器；紧锁状态时，钢带将天线振子进行压缩紧固；解锁状态时，切割器将弹簧钢带进行释放，天线振子依靠自身应力展开。
7.根据权利要求1所述弹簧机构驱动绳轮传动的可折展星载八木天线，其特征在于：所述支撑机座设有横向支撑凹槽，处于折叠状态的所述第一连杆、第二连杆、第三连杆均设置在所述横向支撑凹槽之内。
8.根据权利要求1所述的天线，其特征在于：两个对称分布并且独立运作的铰链构成一个旋转展开机构。
9.根据权利要求8所述弹簧机构驱动绳轮传动的可折展星载八木天线，其特征在于：所述旋转展开机构包括机械限位装置，所述机械限位装置包括相配合的双向弹簧销和限位销孔；所述限位销孔设置在所述铰链的环状凸台上，当所述第一连杆、第二连杆、第三连杆处于折叠状态时，双向弹簧销被铰链的环状凸台压紧，所述限位销孔位于双向弹簧销的圆周轨迹上。
10.根据权利要求9所述的弹簧机构驱动绳轮传动的可折展星载八木天线，其特征在于：所述铰链的环状凸台上设有旋转滑槽，双向弹簧销被压紧在旋转滑槽之内，限位销孔位于旋转滑槽之内。
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