CN113381160A - 一种薄膜天线张紧力主动调整机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种薄膜天线张紧力主动调整机构，包括：薄膜天线、壳体、动力源、连接件、拉力传感器和控制器；连接件通过拉力传感器连接薄膜天线，拉力传感器电性连接控制器，用于将薄膜天线的张紧力实时检测并且反馈给控制器。动力源安装在壳体上，动力源驱动连接连接件，动力源电性连接控制器，动力源接收控制器对于拉力传感器传递的数值与设定值进行对比后发出的电信号，接收电信号后的驱动源驱动连接件拉动薄膜天线进行移动，用于调整薄膜张紧力保持恒定，保持薄膜天线的形面精度。

Description

一种薄膜天线张紧力主动调整机构

技术领域

本发明涉及领域航天器机构调整技术具体地，涉及一种薄膜天线张紧力主动调整机构。

背景技术

自19世纪60年代中期以来，随着空间科学技术的飞速发展，对星载天线的需求量与日俱增，对其各项技术指标要求也越来越高，卫星天线口径越来越大。由于受到航天运载工具(运载火箭或航天飞机)运载空间的限制，迫使卫星天线向可展开方向发展，薄膜天线以其高收纳比、质量轻等特点逐渐成为低频段天线不二之选。

所谓薄膜线主要是指充气式可展开天线。其工作原理为：首先将能够反射电波的涂料涂在薄膜上，制成充气式结构，发射入轨后，经气体膨胀成型，然后再利用紫外线的照射使反射膜硬化成型。这种天线有几个比较明显的优点：飞行硬件的成本低；收藏体积小；结构重量轻以及工作寿命比较长。但是，充气式展开天线也存在一些难题，比如：在各类星载展开天线中，空间环境对充气式天线结构的影响最大。而且充气式展开天线材料(特别是膜面材料)要求极高，其反射面精度通常难以得到保证。

发明内容

为了解决薄膜天线形面精度在轨实时调节的问题，本发明提出了一种薄膜天线张紧力主动调整机构，可以对薄膜天线精度进行实时的调整，同时具有高稳定性，高可靠性，对安装平台扰动小的特点。

本发明的目的是提供一种薄膜天线张紧力主动调整机构。

本发明的技术方案如下：

一种薄膜天线张紧力主动调整机构，包括：薄膜天线、壳体、动力源、连接件、拉力传感器和控制器；

所述连接件通过所述拉力传感器连接所述薄膜天线，所述拉力传感器电性连接所述控制器，用于将薄膜天线的张紧力实时检测并且反馈给所述控制器。

所述动力源安装在所述壳体上，所述动力源驱动连接所述连接件，所述动力源电性连接所述控制器，所述动力源接收所述控制器对于所述拉力传感器传递的数值与设定值进行对比后发出的电信号，接收电信号后的所述驱动源驱动所述连接件拉动薄膜天线进行移动，用于调整薄膜张紧力保持恒定，保持所述薄膜天线的形面精度。

本技术方案中，薄膜天线未发生膜面形变时，拉力传感器测出薄膜天线的张紧力处于设定值，动力源处于静止状态，连接件保持稳定，当外部环境发生改变时，薄膜天线热胀冷缩导致膜面天线张紧力发生改变，拉力传感器将测定值反馈给控制器，控制器将测定值与设定值进行对比，当测定值大于设定值时，薄膜天线处于收缩状态，此时控制器发出电信号给动力源，动力源驱动连接件向薄膜天线收缩的方向移动，在拉力传感器测的测定值与设定值相同时，控制器发出停止驱动信号，动力源接收到信号后停止对连接件进行驱动，使得薄膜天线的形面精度保持稳定；当测定值小于设定值时，薄膜天线处于扩张状态，此时控制器发出电信号给动力源，动力源驱动连接件向薄膜天线扩张的方向移动，在拉力传感器测的测定值与设定值相同时，控制器发出停止驱动信号，动力源接收到信号后停止对连接件进行驱动，使得薄膜天线的形面精度保持稳定；本技术方案能够使得薄膜天线的张紧力保持稳定，进而使得薄膜天线的形面精度保持稳定，便于薄膜天线的保持稳定的信号接收和传输，使得航天器能够保持稳定的信号传递，有利于航天器完成设定任务。

在上述方案的基础上并且作为上述方案的优选方案，所述动力源包括驱动电机、转轴和联轴器，所述驱动电机安装在所述壳体任一端部内，所述驱动电机的输出轴通过所述联轴器驱动连接所述转轴，所述转轴位于所述壳体内，设置于所述壳体内的所述转轴两端分别设置有用于所述转轴转动的轴承，所述轴承固定在所述壳体内，所述连接件包括至少一根拉绳和至少一个拉力传感器，每根所述拉绳的一端固定连接所述转轴，另一端缠绕所述转轴后穿出所述壳体连接所述薄膜天线，所述拉力传感器设置于所述拉绳与所述薄膜天线之间。

本技术方案中，动力源与连接件的具体结构，驱动电机能够在获得控制器发出的信号后进行正转或反转，带动转轴的正转或反转，转轴的正转或反转能够使得固定在转轴上的拉绳进行缠绕或松开，进而改变薄面天线的张紧力，用以达到薄膜天线张紧力的调节。转轴转动将拉绳进行收卷和放卷，在实现拉绳对于薄膜天线张紧力的调节，缩小调整机构的空间体积。

在上述方案的基础上并且作为上述方案的优选方案，所述拉绳的根数为九根，每根所述拉绳的长度相同，所述拉绳位于所述横轴上的端部为轴向均布排列在同一轴线上。

本技术方案中，拉绳的一种排列方式，均匀排列的拉绳有利于每根拉绳的受力均匀，有利于拉力传感器精准的进行薄膜天线张紧力的检测，以及薄膜天线张紧力的调节。

在上述方案的基础上并且作为上述方案的优选方案，所述拉力传感器的个数为两个，所述拉力传感器分别位于两侧边的所述拉绳与所述薄膜天线之间。

本技术方案中，拉力传感器的个数为两个，拉力传感器位于两外侧的拉绳与薄膜天线之间，薄膜天线两侧具有拉力传感器同步检测能够提高拉力传感器对于薄膜天线张紧力的准确性。

在上述方案的基础上并且作为上述方案的优选方案，所述壳体上具有用于拉绳通过的若干通孔，所述若干通孔沿所述壳体径向方向均布于所述壳体的外表面。

本技术方案中，每根拉绳具有伸出壳体的通孔，通孔便于拉绳的穿出壳体，通孔对于拉绳的运动具有引导的作用，且通孔使得拉绳在径向保持线性平直。

在上述方案的基础上并且作为上述方案的优选方案，所述任意一个转接座沿着壳体的轴线方向的端部设有电机安装座，用于所述驱动电机安装。

本技术方案中，根据需要可以将驱动电机安装在壳体的任意一端，电机安装座用于限定驱动电机的位置，保持驱动电机在壳体保持稳定。

在上述方案的基础上并且作为上述方案的优选方案，所述转轴为碳纤维转轴。

本技术方案中，碳纤维材料具有轴向强度和模量高，密度低、比性能高，无蠕变，非氧化环境下耐超高温，耐疲劳性好，热膨胀系数小且具有各向异性，耐腐蚀性好，X射线透过性好。良好的导电导热性能、电磁屏蔽性好的特点；碳纤维制成的转轴能够满足轴向强度要求的前提下具有较轻的质量，应用在航天器中能够减轻航天器的重量。

在上述方案的基础上并且作为上述方案的优选方案，所述轴承为深沟球轴承。

本技术方案中，转轴受拉绳的径向力，转轴的两端分别连接深沟球轴承，深沟球轴承能够承受径向力，用于保持转轴的稳定性，使得拉力传感器能够精准的测得薄膜天线的张紧力。

一种薄膜天线装置，包括薄膜天线支架、薄膜天线、天线展开机构和所述主动调整机构，所述壳体的两端部分别设有一转接座，所述转接座与所述天线支架连接，天线支架用于天线展开机构展开且支撑薄膜天线，所述调节机构实时调整所述薄膜天线的张紧力，用于保持薄膜天线形面精度。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、薄膜天线未发生膜面形变时，拉力传感器测出薄膜天线的张紧力处于设定值，动力源处于静止状态，连接件保持稳定，当外部环境发生改变时，薄膜天线热胀冷缩导致膜面天线张紧力发生改变，拉力传感器将测定值反馈给控制器，控制器将测定值与设定值进行对比，当测定值大于设定值时，薄膜天线处于收缩状态，此时控制器发出电信号给动力源，动力源驱动连接件向薄膜天线收缩的方向移动，在拉力传感器测的测定值与设定值相同时，控制器发出停止驱动信号，动力源接收到信号后停止对连接件进行驱动，使得薄膜天线的形面精度保持稳定；当测定值小于设定值时，薄膜天线处于扩张状态，此时控制器发出电信号给动力源，动力源驱动连接件向薄膜天线扩张的方向移动，在拉力传感器测的测定值与设定值相同时，控制器发出停止驱动信号，动力源接收到信号后停止对连接件进行驱动，使得薄膜天线的形面精度保持稳定；本技术方案能够使得薄膜天线的张紧力保持稳定，进而使得薄膜天线的形面精度保持稳定，便于薄膜天线的保持稳定的信号接收和传输，使得航天器能够保持稳定的信号传递，有利于航天器完成设定任务。

2、驱动电机能够在获得控制器发出的信号后进行正转或反转，带动转轴的正转或反转，转轴的正转或反转能够使得固定在转轴上的拉绳进行缠绕或松开，进而改变薄面天线的张紧力，用以达到薄膜天线张紧力的调节。转轴转动将拉绳进行收卷和放卷，在实现拉绳对于薄膜天线张紧力的调节，缩小调整机构的空间体积。

3、均匀排列的拉绳有利于每根拉绳的受力均匀，有利于拉力传感器精准的进行薄膜天线张紧力的检测，以及薄膜天线张紧力的调节。

4、拉力传感器位于两外侧的拉绳与薄膜天线之间，薄膜天线两侧具有拉力传感器同步检测能够提高拉力传感器对于薄膜天线张紧力的准确性。

5、每根拉绳具有伸出壳体的通孔，通孔便于拉绳的穿出壳体，通孔对于拉绳的运动具有引导的作用，且通孔使得拉绳在径向保持线性平直。

6、碳纤维制成的转轴能够满足轴向强度要求的前提下具有较轻的质量，应用在航天器中能够减轻航天器的重量。

7、转轴受拉绳的径向力，转轴的两端分别连接深沟球轴承，深沟球轴承能够承受径向力，用于保持转轴的稳定性，使得拉力传感器能够精准的测得薄膜天线的张紧力。

8、本发明能够实现薄膜天线在轨精度的实时调整，同时具有高可靠性、高精度和高稳定性等优点。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明薄膜天线张紧力主动调整机构的整体结构立体图示意图；

图2为本发明薄膜天线张紧力主动调整机构的具有局部剖的整体结构立体图示意图；

图3是本发明薄膜天线张紧力主动调整机构局部剖视图放大图示意图。

图中：1-薄膜天线；2-碳纤维转轴；3-驱动电机；4-深沟球轴承；5-转接座；6-拉力传感器；7-拉绳；8-壳体；9-联轴器；10-电机安装座；11-连接杆；12-轴肩；13-通孔。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

为了更好的说明本发明，下方结合附图1-3对本发明进行详细的描述。

本实施例中，一种薄膜天线张紧力主动调整机构，包括：薄膜天线1、壳体8、动力源、连接件、拉力传感器6和控制器；连接件通过拉力传感器6连接薄膜天线1，拉力传感器6电性连接控制器，用于将薄膜天线1的张紧力实时检测并且反馈给控制器。动力源安装在壳体8上，动力源驱动连接连接件，动力源电性连接控制器，动力源接收控制器对于拉力传感器6传递的数值与设定值进行对比后发出的电信号，接收电信号后的驱动源驱动连接件拉动薄膜天线1进行移动，用于调整薄膜张紧力保持恒定，保持薄膜天线1的形面精度。

薄膜天线1未发生膜面形变时，拉力传感器6测出薄膜天线1的张紧力处于设定值，动力源处于静止状态，连接件保持稳定，当外部环境发生改变时，薄膜天线1热胀冷缩导致膜面天线张紧力发生改变，拉力传感器6将测定值反馈给控制器，控制器将测定值与设定值进行对比，当测定值大于设定值时，薄膜天线1处于收缩状态，此时控制器发出电信号给动力源，动力源驱动连接件向薄膜天线1收缩的方向移动，在拉力传感器6测的测定值与设定值相同时，控制器发出停止驱动信号，动力源接收到信号后停止对连接件进行驱动，使得薄膜天线1的形面精度保持稳定；当测定值小于设定值时，薄膜天线1处于扩张状态，此时控制器发出电信号给动力源，动力源驱动连接件向薄膜天线1扩张的方向移动，在拉力传感器6测的测定值与设定值相同时，控制器发出停止驱动信号，动力源接收到信号后停止对连接件进行驱动，使得薄膜天线1的形面精度保持稳定；本技术方案能够使得薄膜天线1的张紧力保持稳定，进而使得薄膜天线1的形面精度保持稳定，便于薄膜天线1的保持稳定的信号接收和传输，使得航天器能够保持稳定的信号传递，有利于航天器完成设定任务。

如图1所示，本实施例中，九根拉绳7的一端伸出壳体8与薄膜天线1连接，其中两侧边缘的两根拉绳7与薄膜天线1之间具有拉力传感器6，拉绳7的一种排列方式，均匀排列的拉绳7有利于每根拉绳7的受力均匀，有利于拉力传感器6精准的进行薄膜天线1张紧力的检测，以及薄膜天线1张紧力的调节。拉力传感器6的个数为两个，拉力传感器6分别位于两侧边的拉绳7与薄膜天线1之间，拉力传感器6的个数为两个，拉力传感器6位于两外侧的拉绳7与薄膜天线1之间，薄膜天线1两侧具有拉力传感器6同步检测能够提高拉力传感器6对于薄膜天线1张紧力的准确性。值得一说的是，壳体8上具有用于拉绳7通过的若干通孔13，若干通孔13沿壳体8径向方向均布于壳体8的外表面，每根拉绳7具有伸出壳体8的通孔13，通孔13便于拉绳7的穿出壳体8，通孔13对于拉绳7的运动具有引导的作用，且通孔13使得拉绳7在径向保持线性平直。需要说明的是，参见图1，薄膜天线支架的两根连接杆11连接与壳体8两端的转接座5对应连接，天线支架用于天线展开机构展开薄膜天线1，且薄膜支架还具有支撑薄膜天线1，天线展开机构为现有机构在此未进行展开说明，且在说明书附图中未进行描绘。值得一说的是，壳体8内设置有轴肩12，用于限定深沟球轴承4的位置。

如图2所示，本实施例中，壳体8内具有碳纤维转轴2，碳纤维转轴2的两端分别连接在壳体8两端的转接座5，转接座5与对应的转轴之间具有深沟球轴承4，用于使得转轴相对于转接座5相对转动，任意一个转接座5的外侧固定连接电机安装座10，驱动电机3安装在电机安装座10内，驱动电机3的输出轴通过联轴器9连接碳纤维转轴2的一端，用于驱动碳纤维转轴2转动，拉绳7的根数为九根，每根拉绳7的一端固定连接转轴，另一端缠绕转轴后穿出壳体8连接薄膜天线1，拉绳7位于横轴上的端部均布在同一轴线上，均布排列的九根拉绳7两侧的拉绳7与薄膜天线1之件设有拉力传感器6。转轴转动将拉绳7进行收卷和放卷，在实现拉绳7对于薄膜天线1张紧力的调节，缩小调整机构的空间体积。需要说明的是，驱动电机3上设置有刹车机构，用于电机制动锁紧，避免驱动电机3停止后惯性转动影响拉绳7调节薄膜天线1张紧力，进一步保持薄膜天线1的张紧力。

薄膜天线1所处工作环境温度升高，受材料自身的热胀系数影响，其尺寸会增加，薄膜天线1会出现松弛，进而会影响其形面精度，导致薄膜天线1所在系统相关参数下降。此时薄膜天线1松弛导致外部拉力变小，拉力传感器6拉力变小，拉力传感器6将测定值反馈于控制器，控制器传递信号给驱动电机3，驱动电机3正转带动碳纤维转轴2转动，从而拉紧拉绳7，保持薄膜天线1的形面精度。当薄膜天线1所处工作环境温度降低，受材料自身的热胀系数影响，其尺寸会减小，薄膜天线1会出现张紧，过度的张紧会影响产品的寿命，此时拉力传感器6拉力变大，拉力传感器6将测定值反馈与控制器，控制器传递信号给驱动电机3，驱动电机3反转带动碳纤维转轴2转动，释放相应缠绕在碳纤维转轴2上的拉绳7，使薄膜天线1保持固定张紧力，保持薄膜天线1的形面精度。本技术方案能够使得薄膜天线1的张紧力保持稳定，进而使得薄膜天线1的形面精度保持稳定，便于薄膜天线1的保持稳定的信号接收和传输，使得航天器能够保持稳定的信号传递，有利于航天器完成设定任务。

在其它的实施例中，动力源采用的是液压泵，液压泵电性连接控制器，连接件为金属杆，金属杆的一端连接液压泵上伸缩杆的端部，另一端连接薄膜天线1，金属杆与薄膜天线1之间设有拉力传感器6，拉力传感器6电性连接控制器。

一种薄膜天线装置，包括薄膜天线支架、薄膜天线1、天线展开机构和主动调整机构，壳体8的两端部分别设有一转接座5，转接座5与天线支架连接，天线支架用于天线展开机构展开且支撑薄膜天线1，调节机构实时调整薄膜天线1的张紧力，用于保持薄膜天线1形面精度。

本实施例中，采用微型驱动电机3作为动力来对薄膜天线1在轨精度实时调节，薄膜天线1一端通过拉绳7拉紧，拉绳7固定在碳纤维转轴2上，并在碳纤维转轴2上缠绕部分，碳纤维转轴2一端通过联轴器9与驱动电机3连接，控制碳纤维转轴2的转动，另一端通过轴承与转接座5连接；拉绳7有若干根，均布在碳纤维转轴2上，第一根和第二根上有两个拉力传感器6；驱动电机3根据拉力传感器6拉力变化，转动碳纤维转轴2，调整薄膜天线1的形面精度。

本实施例中，转接座5安装在伸展的天线支架末端，为整个机构提供机体支撑；驱动电机3有一个，为机构提供动力，安装在机构一侧的电机安装座10内，驱动电机3输出轴通过联轴器9与碳纤维转轴2连接；拉力传感器6安装在拉绳7上，监测薄膜天线1的张拉力，为机构提供测量装置，碳纤维转轴2为机构提供转轴中心，上面绕有拉绳7用于调整；深沟球轴承4为机构提供转动支撑，深沟球轴承4内圈与碳纤维转轴2配合，外圈与转接座5配合，实现碳纤维转轴2与转接座5的相对转动；电机安装座10通过紧固件与转接座5连接；壳体8与转接座5连接，壳体8上有拉绳7出口，用于保护轴系和收拢展开薄膜天线1。驱动电机3中设有刹车装置，当完成调整后能制动锁紧输出轴。

本发明能够实现薄膜天线1在轨精度的实时调整，同时具有高可靠性、高精度和高稳定性等优点。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，以及对于上述实施例一个或多个进行组合实施例，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改或组合，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (9)

1.一种薄膜天线张紧力主动调整机构，其特征在于，包括：薄膜天线(1)、壳体(8)、动力源、连接件、拉力传感器(6)和控制器；

所述连接件通过所述拉力传感器(6)连接所述薄膜天线(1)，所述拉力传感器(6)电性连接所述控制器，用于将薄膜天线(1)的张紧力实时检测并且反馈给所述控制器。

所述动力源安装在所述壳体(8)上，所述动力源驱动连接所述连接件，所述动力源电性连接所述控制器，所述动力源接收所述控制器对于所述拉力传感器(6)传递的数值与设定值进行对比后发出的电信号，接收电信号后的所述驱动源驱动所述连接件拉动薄膜天线(1)进行移动，用于调整薄膜张紧力保持恒定，保持所述薄膜天线(1)的形面精度。

2.根据权利要求1所述的一种薄膜天线张紧力主动调整机构，其特征在于，所述动力源包括驱动电机(3)、转轴和联轴器(9)，所述驱动电机(3)安装在所述壳体(8)任一端部内，所述驱动电机(3)的输出轴通过所述联轴器(9)驱动连接所述转轴，所述转轴位于所述壳体(8)内，设置于所述壳体(8)内的所述转轴两端分别设置有用于所述转轴转动的轴承，所述轴承固定在所述壳体(8)内，所述连接件包括至少一根拉绳(7)和至少一个拉力传感器(6)，每根所述拉绳(7)的一端固定连接所述转轴，另一端缠绕所述转轴后穿出所述壳体(8)连接所述薄膜天线(1)，所述拉力传感器(6)设置于所述拉绳(7)与所述薄膜天线(1)之间。

3.根据权利要求2所述的一种薄膜天线张紧力主动调整机构，其特征在于，所述拉绳(7)的根数为九根，每根所述拉绳(7)的长度相同，所述拉绳(7)位于所述横轴上的端部为轴向均布排列在同一轴线上。

4.根据权利要求3所述的一种薄膜天线张紧力主动调整机构，其特征在于，所述拉力传感器(6)的个数为两个，所述拉力传感器(6)分别位于两侧边的所述拉绳(7)与所述薄膜天线(1)之间。

5.根据权利要求2、3或4所述的一种薄膜天线张紧力主动调整机构，其特征在于，所述壳体(8)上具有用于拉绳(7)通过的若干通孔(13)，所述若干通孔(13)沿所述壳体(8)径向方向均布于所述壳体(8)的外表面。

6.根据权利要求2、3或4所述的一种薄膜天线张紧力主动调整机构，其特征在于，所述任意一个转接座(5)沿着壳体(8)的轴线方向的端部设有电机安装座(10)，用于所述驱动电机(3)安装。

7.根据权利要1所述的一种薄膜天线张紧力主动调整机构，其特征在于，所述转轴为碳纤维转轴(2)。

8.根据权利要求1所述的一种薄膜天线张紧力主动调整机构，其特征在于，所述轴承为深沟球轴承(4)。

9.一种薄膜天线装置，包括薄膜天线支架和薄膜天线(1)，其特征在于，还包括权利要求1-8任一项所述主动调整机构，所述壳体(8)的两端部分别设有一转接座(5)，所述转接座(5)与所述天线支架连接，用于展开支撑薄膜天线(1)，所述调节机构实时调整所述薄膜天线(1)的张紧力，用于保持薄膜天线(1)形面精度。

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