CN114824727B - 六棱台式折展单元及其组成的折展机构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种六棱台式折展单元及其组成的折展机构，其包括六棱台式折展单元、单元连接杆和支撑架，3N2+3N+1个六棱台式折展单元通过单元连接杆和支撑架阵列组合成紧密相连的折展机构，六棱台式折展单元包括底花盘、第一连接杆、第二连接杆、顶花盘、第三连接杆、第四连接杆、中心花盘、第五连接杆、第六连接杆、第七连接杆和第八连接杆，顶花盘与单元连接杆的第一端连接，单元连接杆的第二端与支撑架连接，本发明通过六棱台式折展单元阵列组合成任意口径大小的折展机构，具有高刚度、高收拢率、高支撑性能和口径大小可调等优点，使空间折展天线机构在工作过程中更加安全、高效和便捷，解决了传统天线发射或接收信号弱、数据容量小和通信速率低的问题。
Description
技术领域
本发明涉及折展天线机构技术领域，具体涉及一种六棱台式折展单元及其组成的折展机构。
背景技术
随着技术的发展及推广应用，星载大型天线广泛应用于深空探测、移动通信、国防事业、气象监测等方面。空间折展天线是工作在太空环境下的具有展开功能的天线，由于火箭有效发射容积的限制，在发射时需要将天线收拢起来，入轨后展开并进入工作状态。因此对空间折展天线大口径、高型面精度、高刚度和高强度的需求日益增加。
空间天线在发射过程中必须以折展状态收拢在运载火箭整流罩内，待发射到指定位置后平稳展开，这就要求天线机构具有较大的折展率，即折展状态时较小的包络体积及展开状态时较大的包络体积。空间可展开天线可以按照收拢与展开方式分为桁架式折展开天线、弹性变形可展开天线、固面可展开天线和充气式可展开天线。桁架式折展天线机构是应用最为广泛的一类展开机构，在展开过程中为机构，完全展开后则形成桁架结构，具有结构刚度大和空间定位精度高的特点，同时该类天线具有若干个相同或相似的折展机构单元，整体折展率大，是大口径星载天线的理想形式。
目前，桁架式折展天线机构相对较少，为了适应需求不断增长的航空可展天线，因此提出一种六棱台式折展单元及其组成的折展机构是非常有必要的。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种六棱台式折展单元及其组成的折展机构，3N2+3N+1个六棱台式折展单元通过阵列组合形成任意口径大小的折展天线机构，拓展性强，且通过控制连接杆间的转动副和连接杆的长度，六棱台式折展单元实现展开与收拢，具有高刚度、高收拢率、高支撑性能和口径大小可调等优点，使空间折展天线机构在工作过程中更加安全、高效和便捷，解决了传统天线发射或接收信号弱、数据容量小和通信速率低的问题。
本发明提供了一种六棱台式折展单元及其组成的折展机构包括3N2+3N+1个六棱台式折展单元、单元连接杆和支撑架，所述六棱台式折展单元间通过单元连接杆和支撑架依次连接，所述六棱台式折展单元的顶花盘与所述单元连接杆的第一端连接，所述单元连接杆的第二端与所述支撑架连接，所述六棱台式折展单元，其包括底花盘、第一连接杆、第二连接杆、顶花盘、第三连接杆、第四连接杆、中心花盘、第五连接杆、第六连接杆、第七连接杆和第八连接杆，所述底花盘间通过所述第一连接杆和第二连接杆间的转动副依次首尾连接，多个所述底花盘整体呈正六边形布置且位于同一平面上，所述底花盘通过第六连接杆与所述顶花盘连接，所述顶花盘间通过所述第三连接杆和第四连接杆间的转动副依次首尾连接，多个所述顶花盘整体呈六边形结构，所述中心花盘上的环形凹槽分别通过第五连接杆与所述顶花盘连接，所述中心花盘上的凹槽口分别通过第七连接杆和第八连接杆与所述底花盘连接，整体组成六棱台空间折展机构。
可优选的是，所述底花盘包括第一铰接头、第二铰接头、第三铰接头和第四铰接头，所述第一连接杆的第一端通过第一铰接头与所述底花盘连接，所述第一连接杆的第二端与所述第二连接杆的第一端连接，所述第二连接杆的第二端通过第二铰接头与相邻的所述底花盘连接，所述第六连接杆的第一端通过第四铰接头与所述底花盘连接。
可优选的是，所述顶花盘为六角凹槽结构，且凹槽内开设有轴孔，相邻凹槽对称面的夹角为60°，所述顶花盘包括第五铰接头、第六铰接头、第七铰接头、第八铰接头和第九铰接头，所述第六连接杆的第二端通过第五铰接头与所述顶花盘连接，所述第三连接杆的第一端通过第六铰接头与所述顶花盘连接，所述第三连接杆的第二端与所述第四连接杆的第一端连接，所述第四连接杆的第二端通过第八铰接头与相邻的所述顶花盘连接。
可优选的是，所述中心花盘包括第十铰接头和第十一铰接头，所述第五连接杆的第一端通过第七铰接头与所述顶花盘连接，所述第五连接杆的第二端通过第十铰接头与所述中心花盘连接，所述第七连接杆的第一端通过第四铰接头与所述底花盘连接，所述第七连接杆的第二端与所述第八连接杆的第一端连接，所述第八连接杆的第二端通过第十一铰接头与所述中心花盘连接。
可优选的是，所述底花盘与中心花盘结构相同，且所述底花盘与中心花盘径向设置有十二个凹槽口，相邻凹槽对称面间的夹角为60°，且凹槽口上均开设有轴孔。
可优选的是，所述第五连接杆、第六连接杆长度是所述第一连接杆、第二连接杆与所述第三连接杆、第四连接杆长度和的2倍以上，且通过调整所述第一连接杆、第二连接杆的长度来改变折展天线机构完全展开后口径的大小，通过调整所述第五连接杆和第六连接杆长度来改变折展天线机构完全收拢后所占包络体积的大小。
可优选的是，通过调整所述第一连接杆、第二连接杆、第三连接杆和第四连接杆间的夹角，实现所述六棱台式折展单元的展开与收拢，所述六棱台式折展单元处于半收拢状态下，所述第五连接杆和第六连接杆相互接近靠拢，所述六棱台式折展单元的高度有所增加，所述六棱台式折展单元处于完全收拢状态下，所述底花盘、顶花盘和中心花盘所在平面保持水平，各个连接杆相互靠拢，处于最小体积状态。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
1.本发明由3N2+3N+1个六棱台式折展单元通过单元连接杆和支撑架阵列组装而成，且通过竖向和横向的阵列组合形成任意口径大小的折展天线机构，拓展性强，六棱台式折展单元在完全收拢状态下，各个花盘间紧密依靠，且各个花盘所在平面保持水平，具有高刚度、高收拢率、高支撑性能和口径大小可调等优点。
2.本发明在机构连接处均采用转动副，六棱台式折展单元能够实现展开与收拢，通过控制连接杆间的转动副和连接杆长度，不仅能改变折展天线机构完全展开后口径的大小，而且改变折展天线机构完全收拢后所占包络体积的大小，更好地应用于航空航天卫星通信领域。
3.本发明的结构具有高度对称性，六棱台式折展单元间通过单元连接杆和支撑架以十字交叉的方式固定连接，提高了整个折展天线机构展开后的刚度，也有利于提高折展天线机构对太空研究中不断增长需求的适应性，使空间折展天线机构在工作过程中更加安全、高效和便捷，解决了传统天线发射或接收信号弱、数据容量小和通信速率低的问题。
附图说明
图1为本发明六棱台式折展单元间配合连接的整体结构示意图；
图2为本发明六棱台式折展单元及其组成的折展机构的整体结构示意图；
图3为本发明六棱台式折展单元完全展开的整体结构示意图；
图4为本发明六棱台式折展单元半收拢的整体结构示意图；
图5为本发明六棱台式折展单元完全收拢的整体结构示意图；
图6为本发明六棱台式折展单元及其组成的折展机构的支撑架结构示意图；
图7为本发明六棱台式折展单元及其组成的折展机构的底花盘结构示意图；
图8为本发明六棱台式折展单元及其组成的折展机构的顶花盘结构示意图；
图9为本发明六棱台式折展单元及其组成的折展机构的中心花盘结构示意图。
主要附图标记：
六棱台式折展单元100，单元连接杆1，支撑架2，底花盘3，第一铰接头31，第二铰接头32，第三铰接头33，第四铰接头34，第一连接杆4，第二连接杆5，顶花盘6，第五铰接头61，第六铰接头62，第七铰接头63，第八铰接头64，第九铰接头65，第三连接杆7，第四连接杆8，中心花盘9，第十铰接头91，第十一铰接头92，第五连接杆10，第六连接杆11，第七连接杆12，第八连接杆13。
具体实施方式
为详尽本发明之技术内容、结构特征、所达成目的及功效，以下将结合说明书附图进行详细说明。
本发明提供的六棱台式折展单元及其组成的折展机构，如图1和图2所示，其包括3N2+3N+1个六棱台式折展单元100、单元连接杆1和支撑架2，六棱台式折展单元100间通过单元连接杆1和支撑架2依次连接，六棱台式折展单元100的顶花盘6与单元连接杆1的第一端连接，单元连接杆1的第二端与支撑架2连接，支撑架2主要起到六棱台式折展单元100相互间的互连和固定作用。
如图3-图6所示，六棱台式折展单元100包括底花盘3、第一连接杆4、第二连接杆5、顶花盘6、第三连接杆7、第四连接杆8、中心花盘9、第五连接杆10、第六连接杆11、第七连接杆12和第八连接杆13，底花盘3间通过第一连接杆4和第二连接杆5间的转动副依次首尾连接，多个底花盘3整体呈正六边形布置且位于同一平面上，底花盘3通过第六连接杆11与顶花盘6连接，顶花盘6间通过第三连接杆7和第四连接杆8间的转动副依次首尾连接，多个顶花盘6整体呈六边形结构，中心花盘9上的环形凹槽分别通过第五连接杆10与顶花盘6连接，中心花盘9上的凹槽口分别通过第七连接杆12和第八连接杆13与底花盘3连接，整体组成六棱台空间折展机构。
结合图3所示，第五连接杆10、第六连接杆11长度是第一连接杆4、第二连接杆5与第三连接杆7、第四连接杆8长度和的2倍以上，且通过调整所第一连接杆4、第二连接杆5的长度来改变折展天线机构完全展开后口径的大小，通过调整第五连接杆10和第六连接杆11长度来改变折展天线机构完全收拢后所占包络体积的大小。
如图7所示，底花盘3包括第一铰接头31、第二铰接头32、第三铰接头33和第四铰接头34，第一连接杆4的第一端通过第一铰接头31与底花盘3连接，第一连接杆4的第二端与第二连接杆5的第一端连接，第二连接杆5的第二端通过第二铰接头32与相邻的底花盘3连接，第六连接杆11的第一端通过第四铰接头34与底花盘3连接。通过调整第一连接杆4、第二连接杆5、第三连接杆7和第四连接杆8间的夹角，实现六棱台式折展单元100的展开与收拢，六棱台式折展单元100处于半收拢状态下，第五连接杆10和第六连接杆11相互接近靠拢，六棱台式折展单元100的高度有所增加，六棱台式折展单元100处于完全收拢状态下，底花盘3、顶花盘6和中心花盘9所在平面保持水平，各个连接杆相互靠拢，处于最小体积状态。
如图8所示，顶花盘6为六角凹槽结构，且凹槽内开设有轴孔，相邻凹槽对称面的夹角为60°，顶花盘6包括第五铰接头61、第六铰接头62、第七铰接头63、第八铰接头64和第九铰接头65，第六连接杆11的第二端通过第五铰接头61与顶花盘6连接，第三连接杆7的第一端通过第六铰接头62与顶花盘6连接，第三连接杆7的第二端与第四连接杆8的第一端连接，第四连接杆8的第二端通过第八铰接头64与相邻的顶花盘6连接。
如图9所示，中心花盘9包括第十铰接头91和第十一铰接头92，第五连接杆10的第一端通过第七铰接头63与顶花盘6连接，第五连接杆10的第二端通过第十铰接头91与中心花盘9连接，第七连接杆12的第一端通过第四铰接头34与底花盘3连接，第七连接杆12的第二端与第八连接杆13的第一端连接，第八连接杆13的第二端通过第十一铰接头92与中心花盘9连接。底花盘3与中心花盘9结构相同，且底花盘3与中心花盘9径向设置有十二个凹槽口，相邻凹槽对称面间的夹角为60°，且凹槽口上均开设有轴孔。
以下结合实施例对本发明一种六棱台式折展单元及其组成的折展机构做进一步描述：
实施例：
在本实施例中，根据卫星折展天线任务的变化，通过在折展天线机构的基础上适应性增减六棱台式折展单元100的数量，达到更广泛的使用效果，满足实际卫星任务的需求，六棱台式折展单元100是折展天线机构实现展开的关键结构，六棱台式折展单元100间相互连接，折展机构具有展开和收拢功能。
本实施例的操作过程是这样实现的：
本发明六棱台式折展单元及其组成的折展机构，由3N2+3N+1个六棱台式折展单元100，单元连接杆1和支撑架2组装而成，折展天线机构在火箭发射时收纳在火箭的有效载荷舱内，六棱台式折展单元100呈完全收拢状态，此时折展天线机构的总体体积最小。
本发明六棱台式折展单元及其组成的折展机构在宇航空间的展开过程可以分为两个阶段：
第一个阶段：当卫星进入轨道后，折展天线机构根据任务指令执行解锁，六棱台式折展单元100开始展开，第五连接杆10、第六连接杆11同时分别带动底花盘3和顶花盘6沿中心花盘9沿径向扩展，进而带动与底花盘3间连接的第一连接杆4和第二连接杆5向外扩展，顶花盘6间连接的第三连接杆7和第四连接杆8、底花盘3和中心花盘9间连接的第七连接杆12和第八连接杆13向外伸展。
第二个阶段：待六棱台式折展单元100完全展开后，第一连接杆4和第二连接杆5、第三连接杆7和第四连接杆8、第七连接杆12和第八连接杆13分别伸展成一条直线后，机构到达极限位置并锁定，折展天线机构转变成一个稳定的结构。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (4)
1.一种六棱台式折展单元及其组成的折展机构，其特征在于，其包括3N2+3N+1个六棱台式折展单元、单元连接杆和支撑架，所述六棱台式折展单元间通过单元连接杆和支撑架依次连接，所述六棱台式折展单元的顶花盘与所述单元连接杆的第一端连接，所述单元连接杆的第二端与所述支撑架连接，
所述六棱台式折展单元，其包括底花盘、第一连接杆、第二连接杆、顶花盘、第三连接杆、第四连接杆、中心花盘、第五连接杆、第六连接杆、第七连接杆和第八连接杆，所述底花盘间通过所述第一连接杆和第二连接杆间的转动副依次首尾连接，多个所述底花盘整体呈正六边形布置且位于同一平面上，所述底花盘通过第六连接杆与所述顶花盘连接，所述顶花盘间通过所述第三连接杆和第四连接杆间的转动副依次首尾连接，多个所述顶花盘整体呈六边形结构，所述中心花盘上的环形凹槽分别通过第五连接杆与所述顶花盘连接，所述中心花盘上的凹槽口分别通过第七连接杆和第八连接杆与所述底花盘连接，整体组成六棱台空间折展机构；
所述底花盘，其包括第一铰接头、第二铰接头、第三铰接头和第四铰接头，所述第一连接杆的第一端通过第一铰接头与所述底花盘连接，所述第一连接杆的第二端与所述第二连接杆的第一端连接，所述第二连接杆的第二端通过第二铰接头与相邻的所述底花盘连接，所述第六连接杆的第一端通过第四铰接头与所述底花盘连接；
所述顶花盘为六角凹槽结构，且凹槽内开设有轴孔，相邻凹槽对称面的夹角为60°，所述顶花盘，其包括第五铰接头、第六铰接头、第七铰接头、第八铰接头和第九铰接头，所述第六连接杆的第二端通过第五铰接头与所述顶花盘连接，所述第三连接杆的第一端通过第六铰接头与所述顶花盘连接，所述第三连接杆的第二端与所述第四连接杆的第一端连接，所述第四连接杆的第二端通过第八铰接头与相邻的所述顶花盘连接；
所述中心花盘，其包括第十铰接头和第十一铰接头，所述第五连接杆的第一端通过第七铰接头与所述顶花盘连接，所述第五连接杆的第二端通过第十铰接头与所述中心花盘连接，所述第七连接杆的第一端通过第四铰接头与所述底花盘连接，所述第七连接杆的第二端与所述第八连接杆的第一端连接，所述第八连接杆的第二端通过第十一铰接头与所述中心花盘连接。
2.根据权利要求1所述的六棱台式折展单元及其组成的折展机构，其特征在于，所述底花盘与中心花盘结构相同，且所述底花盘与中心花盘径向设置有十二个凹槽口，相邻凹槽对称面间的夹角为60°，且凹槽口上均开设有轴孔。
3.根据权利要求1所述的六棱台式折展单元及其组成的折展机构，其特征在于，所述第五连接杆、第六连接杆长度是所述第一连接杆、第二连接杆与所述第三连接杆、第四连接杆长度和的2倍以上，且通过调整所述第一连接杆、第二连接杆的长度来改变折展天线机构完全展开后口径的大小，通过调节所述第五连接杆和第六连接杆长度来改变折展天线机构完全收拢后所占包络体积的大小。
4.根据权利要求1所述的六棱台式折展单元及其组成的折展机构，其特征在于，通过调整所述第一连接杆、第二连接杆、第三连接杆和第四连接杆间的夹角，实现所述六棱台式折展单元的展开与收拢，所述六棱台式折展单元处于半收拢状态下，所述第五连接杆和第六连接杆相互接近靠拢，所述六棱台式折展单元的高度有所增加，所述六棱台式折展单元处于完全收拢状态下，所述底花盘、顶花盘和中心花盘所在平面保持水平，各个连接杆相互靠拢，处于最小体积状态。
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