CN115064859B - 一种索杆天线折展机构及航天器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种索杆天线折展机构及航天器，包括：杆构件，所述杆构件设置有六个，所述杆构件的两端均设置有第一节点，所述第一节点处固设置有接头，所述接头上固定连接有两个水平索构件和一个斜索构件的一端，所述水平索构件和所述斜索构件的另一端分别固定连接在相邻位置的所述杆构件上的所述接头处；所述杆构件具有可折叠的折叠状态和拉伸展开的工作状态，本发明通过水平索构件和斜索构件和可折叠的杆构件组合形成索杆天线折展机构从而改善传统天线难以同时满足高刚度、高精度、大口径、高收纳比的缺陷。

Description

一种索杆天线折展机构及航天器

技术领域

本发明涉及航空航天技术领域，具体涉及一种索杆天线折展机构及航天器。

背景技术

随着我国载人航天、深空探测、天基观测、空间攻防等重大航天工程的实施，大型空间可展机构作为其核心装备需求极为迫切。目前国际上的空间大型可展开机构多采用单元构架的结构形式，其技术已相对成熟，但随着展开尺度的增大，因其包含大量的关节较链和杆件，其质量也在增大，导致刚度下降较为严重，极大地限制了未来超大型空间展开结构在航天领域的应用。而传统的周边桁架式、充气式、固面式等可展开天线难以同时满足高刚度、高精度、大口径、高收纳比的要求。因此，超大尺寸、高收拢率、轻量化的新型张拉式可展机构技术研究已经成为各航天大国新兴的研究热点。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中可展开天线难以同时满足高刚度、高精度、大口径、高收纳比的缺陷，从而提供一种索杆天线折展机构及航天器。

为了解决上述问题，本发明提供了一种索杆天线折展机构，包括：杆构件，所述杆构件设置有六个，所述杆构件的两端均设置有第一节点，所述第一节点处固设置有接头，所述接头上固定连接有两个水平索构件和一个斜索构件的一端，所述水平索构件和所述斜索构件的另一端分别固定连接在相邻位置的所述杆构件上的所述接头处；

所述杆构件具有可折叠的折叠状态和拉伸展开的工作状态。

优选的，所述杆构件包括：三个等分杆单元和两个铰链，相连的所述等分杆单元的连接处通过所述铰链单向在第二节点处铰接。

优选的，所述水平索构件设置有十二个。

优选的，所述斜索构件设置有六个。

优选的，所述接头设置有十二个，所述接头分别固定连接在所述杆构件的两端。

优选的，所述杆构件的长度为2L，所述水平索构件的张紧长度为L，所述斜索构件的张紧长度为2^(1/2)L。

优选的，所述索杆天线折展机构工作状态下呈等边六边形。

优选的，在工作状态下，所述杆构件的两端的所述第一节点距离为L，所述水平索构件形成面积为3/2*3^(1/2)L^2的等边六边形。

优选的，在折叠状态下，每个所述杆构件相互平行。

一种航天器，包括所述的一种索杆天线折展机构，所述索杆天线折展机构对称设置在所述航天器的两侧。

本发明具有以下优点：

1.该索杆天线折展结构具有质量轻，跨度大等优点，是一种可折叠和展开的结构，当其处于折叠状态时，整体体积小便于运输；在外力驱动下，结构逐步展开至工作状态，然后锁定为稳定状态，本发明由承受轴力的压杆与合金接头组成，结构刚度由锁定机构刚度贡献，所以可以保证整体索杆天线折展机构在收纳比高，收缩态实际占用空间小的情况下，同时保障整体索杆天线折展结构的刚度。

2.本发明不需要通过改变构件的数量和长度使体系转换为机构或结构，只利用杆构建上杆单元的折叠与展开以及水平索构件和斜索构件的张紧限位就可驱动结构的开合，本发明弥补了现有折展天线结构形式上的不足，发掘出质量轻，结构简单，可平衡各向压力，结构刚度高，收纳比高，整体预应力平衡等优点，该索杆天线折展结构在航天航空，建筑结构，军事工程等领域可广泛的应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本发明的索杆天线折展机构的主体结构示意图；

图2示出了本发明的索杆天线折展机构和航天器在折叠状态下的结构示意图；

图3示出了本发明的索杆天线折展机构和航天器在工作状态下的结构示意图；

图4示出了本发明的索杆天线折展机构在工作状态下的俯视图；

图5示出了本发明的索杆天线折展机构在工作状态下的侧视图；

图6示出了本发明的第一节点在折叠状态下的结构示意图；

图7示出了本发明的第一节点在工作状态下的结构示意图；

图8示出了本发明的第二节点在折叠状态下的结构示意图；

图9示出了本发明的第二节点在工作状态下的结构示意图；

图10示出了本发明的索杆天线折展机构的工作过程的过程示意图。

附图标记说明：1、杆构件；2、水平索构件；3、斜索构件；4、接头；5、等分杆单元；6、铰链；7、第一节点；8、第二节点。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

在一个实施方式中，请参阅图1-图10，本发明提供了一种索杆天线折展机构，包括：杆构件1，杆构件1设置有六个，杆构件1的两端均设置有第一节点7，第一节点7处固设置有接头4，接头4上固定连接有两个水平索构件2和一个斜索构件3的一端，水平索构件2和斜索构件3的另一端分别固定连接在相邻位置的杆构件1上的接头4处；

杆构件1具有可折叠的折叠状态和拉伸展开的工作状态。

具体地，接头4上设置有用于安装水平索构件2和斜索构件3的贯穿孔洞，孔洞均匀分布在接头4的表面，杆构件1的材料不做限制，只需起到支撑且不会断裂即可，水平索构件2和斜索构件3的材料不做限制，只需起到可折叠且不容易断裂即可，水平索构件2和斜索构件3通过孔洞固定连接在接头4上。

可选的，杆构件1包括：三个等分杆单元5和两个铰链6，相连的等分杆单元5的连接处通过铰链6单向在第二节点8处铰接，具体地，铰链6处设置有方便打开的扭簧和用于锁定铰链6的棘轮。

在一个可替代的实施方式中，铰链6可套设在等分杆单元5的端点处或者焊接在等分杆单元5的端点处，只需保证铰链6和等分杆单元5的连接稳定不会掉落即可。

可选的，水平索构件2设置有十二个。

可选的，斜索构件3设置有六个。

可选的，接头4设置有十二个，接头4分别固定连接在杆构件1的两端。

可选的，杆构件1的长度为2L，水平索构件2的张紧长度为L，斜索构件3的张紧长度为2^(1/2)L。

具体地，在折叠状态下，每根杆构件1中的等分杆单元5关于第二节点8向内折叠使得杆构件1中的每个等分杆单元5相互平行，折叠完成后呈类圆柱形，所有水平索构件2和斜索构件3呈松弛状态垂悬。

在工作状态下，索杆天线折展结构关于中心轴中心对称，且形成上下两个六边形端面；杆构件1的展开长度为2L，水平索构件2的张紧长度为L，斜索构件3的张紧长度为2^(1/2)L，上端面第一节点7到下端面第一节点7距离为L；进一步将杆构件1分为三个等分杆单元5，六组由三个等分杆单元5组成的杆构件1为第一组构件，六个斜索构件为第二组构件，十二个水平索构件为第三组构件；同组构件具有一致的长度和展开态预应力；第二节点8相邻的等分杆单元5通过铰链6上的棘轮实现刚性固定，此时第二节点8由单向铰接变为刚性连接；通过棘轮锁定铰链6可以实现索杆天线结构从折叠状态转为工作状态，从而保证工作状态下索杆天线折展结构的刚性以及稳定性。

在折叠状态下，第二节点8与其相邻的等分杆单元5的连接方式为单向铰接。

可选的，索杆天线折展机构工作状态下呈等边六边形。

可选的，在工作状态下，杆构件1的两端的第一节点7距离为L，水平索构件2形成面积为3/2*3^(1/2)L^2的等边六边形。

具体地，由上下端面所处的十二个水平索构件2形成两个面积为3/2*3^(1/2)L^2的等边六边形，每个第一节点7中都连有两条长度为L的水平索构件2，一条长度为2^(1/2)L的斜索构件3以及总长度为2L的杆构件1，上端面的第一节点7与下端面的第一节点7距离为L。

六根杆构件1同时通过铰链6上的扭簧将折叠的三个等分杆单元5逐渐展开，直到夹角各呈180度即展开到位，展开到位后在铰链6内的棘轮锁定下索杆天线折展机构被锁定在预设展开位置。

可选的，在折叠状态下，每个杆构件1相互平行。

上述技术方案的工作原理：该索杆天线折展机构，是以六个杆构件1，十二个水平索构件2，六个斜索构件3，十二个接头4组成；其中，每个杆构件1又由三个等分杆单元5和两个铰链6组成；一共有十二个第一节点7与十二个第二节点8，第一节点7连接两个相邻水平索构件2，一个斜索构件3以及一个杆构件1，第二节点8连接杆构件1上相邻的两个等分杆单元5。

工作状态下，同组构件具有相同或者尽可能相同的长度和预应力，等分杆单元5、水平索构件2和斜索构件3存在预应力，该预应力可通过机构本身中心对称特征相互抵消，并结合第二节点8上的铰链6消除整体机构的振动；水平索构件2，斜索构件3与杆构件1通过接头4在第一节点7进行连接，杆构件1中的每相邻两个等分杆单元5通过铰链6在第二节点8处连接且可发生单向旋转，两相邻水平索构件2与斜索构件3(位于接头4后面)以及杆构件1通过接头4关于第一节点7进行连接，其中，水平索构件2会通过接头4上的孔洞，接头4和杆构件1刚性连接，无法发生旋转，此时水平索构件2与斜索构件3处于绷紧状态，两相邻等分杆单元5通过铰链6单向在第二节点8进行连接，且等分杆单元5之间的轴线共线，铰链6上存在预应力，并依靠铰链6锁定实现预应力平衡。

折叠状态下，两相邻水平索构件2与斜索构件3(位于接头4后面)以及杆构件1通过接头4关于第一节点7进行连接，其中，水平索构件2会通过接头4上的孔洞，接头4和杆构件1刚性连接，无法发生旋转，且水平索构件2与斜索构件3处于松弛状态；两相邻等分杆单元5通过铰链6单向在第二节点8进行连接，且相互平行，铰链6上存在预应力。

实施例2

一种航天器，包括一种索杆天线折展机构，索杆天线折展机构对称设置在航天器的两侧。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (4)

1.一种索杆天线折展机构，其特征在于，包括：杆构件（1），所述杆构件（1）设置有六个，所述杆构件（1）的两端均设置有第一节点（7），所述第一节点（7）处固设置有接头（4），所述接头（4）上固定连接有两个水平索构件（2）和一个斜索构件（3）的一端，所述水平索构件（2）和所述斜索构件（3）的另一端分别固定连接在相邻位置的所述杆构件（1）上的所述接头（4）处；

所述杆构件（1）具有可折叠的折叠状态和拉伸展开的工作状态；

其中，所述杆构件（1）包括：三个等分杆单元（5）和两个铰链（6），相连的所述等分杆单元（5）的连接处通过所述铰链（6）单向在第二节点（8）处铰接；所述水平索构件（2）设置有十二个；所述斜索构件（3）设置有六个；所述接头（4）设置有十二个，所述接头（4）分别固定连接在所述杆构件（1）的两端，所述索杆天线折展机构工作状态下呈等边六边形，在折叠状态下，每个所述杆构件（1）相互平行。

2.根据权利要求1所述的一种索杆天线折展机构，其特征在于，包括：所述杆构件（1）的长度为2L，所述水平索构件（2）的张紧长度为L，所述斜索构件（3）的张紧长度为2^（1/2）L。

3.根据权利要求1所述的一种索杆天线折展机构，其特征在于，包括：在工作状态下，相邻两个所述杆构件（1）的所述第一节点（7）之间的水平索构件（2）的长度为L，所述水平索构件（2）形成面积为的等边六边形。

4.一种航天器，其特征在于，包括权利要求1-3中任一项所述的一种索杆天线折展机构，所述索杆天线折展机构对称设置在所述航天器的两侧。