CN115411487B - 基于菱形底五面体的自适应伸缩可展天线机构及拓展机构 - Google Patents
基于菱形底五面体的自适应伸缩可展天线机构及拓展机构 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115411487B CN115411487B CN202211142287.2A CN202211142287A CN115411487B CN 115411487 B CN115411487 B CN 115411487B CN 202211142287 A CN202211142287 A CN 202211142287A CN 115411487 B CN115411487 B CN 115411487B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- regular
- joint
- folding connecting
- basic module
- synchronous folding
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 title claims abstract description 74
- QNRATNLHPGXHMA-XZHTYLCXSA-N (r)-(6-ethoxyquinolin-4-yl)-[(2s,4s,5r)-5-ethyl-1-azabicyclo[2.2.2]octan-2-yl]methanol;hydrochloride Chemical compound Cl.C([C@H]([C@H](C1)CC)C2)CN1[C@@H]2[C@H](O)C1=CC=NC2=CC=C(OCC)C=C21 QNRATNLHPGXHMA-XZHTYLCXSA-N 0.000 title abstract description 14
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims abstract description 89
- 210000004907 gland Anatomy 0.000 claims abstract description 24
- 239000010432 diamond Substances 0.000 claims description 14
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 claims description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 6
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 3
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 claims 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 238000013461 design Methods 0.000 description 5
- 238000005381 potential energy Methods 0.000 description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 235000007516 Chrysanthemum Nutrition 0.000 description 1
- 244000189548 Chrysanthemum x morifolium Species 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 230000007123 defense Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000010295 mobile communication Methods 0.000 description 1
- 230000006855 networking Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
- H01Q1/08—Means for collapsing antennas or parts thereof
- H01Q1/10—Telescopic elements
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
- B64G1/00—Cosmonautic vehicles
- B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
- B64G1/222—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles for deploying structures between a stowed and deployed state
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
- H01Q1/12—Supports; Mounting means
- H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
- H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Aerials With Secondary Devices (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于菱形底五面体的自适应伸缩可展天线机构及拓展机构包括由3个正十二边形接头、6根随动摆杆、6根弹簧伸缩杆、7个正六边形接头、9组底端同步折叠连杆、9个底端压盖板、3个顶端压盖板以及3组顶端折叠连杆组成的基本模块A、B和C，基本模块A、B和C均为一个底面为菱形且四条棱边汇聚于一点的五面体，3个五面体锥顶所在位置为3个正十二边形接头的位置；3个五面体锥底顶点所在位置为7个正六边形接头的位置，顶端平面与底端平面相互平行；任意相邻2个基本模块共用2个正六边形接头、1组底端同步折叠连杆和1个底端压盖板。本发明具有展开性能好、可靠性高、伸缩可调、收拢运动平稳、模块之间易拓展等特性。
Description
技术领域
本发明涉及天线机构，尤其涉及一种基于菱形底五面体的自适应伸缩可展天线机构及拓展机构。
背景技术
航空航天技术在我国科技发展战略规划中具有重要地位，而空间可展天线作为航天飞行器的关键部件备受关注，其广泛应用于移动通信、导航与遥感、深空探测、军事侦察等科学技术和国防领域。随着深空探测任务和规模的增加，天线接收设备所需的部署面积也在增加，由于航天飞行器体积的限制，空间可展天线需要在发射过程中处于折叠状态，并在进入轨道后根据控制指令逐渐展开和锁定，以形成大规模空间结构。作为空间可展天线背架支撑功能的空间可展机构因其对称性、高存储率、表面精度高、易于扩展等特点，目前在大口径可展开天线、柔性太阳能电池板、星载天线反射器、空间站基础骨架等领域广泛应用。
空间可展机构已成为重点研究方向，国内外诸多学者设计了各种类型的大型空间可展机构。例如俄罗斯“联盟号”飞船上的四面体构架天线、日本菊花8号卫星上的六面体可展单元桁架式抛物面天线等。例如中国专利：一种可展组合单元及其组成的大型空间可展机构，专利申请号为：CN201710619536.5，该专利中相邻的周边底花盘连接成等边三角形，通过汇聚于顶花盘的等长腹杆分别连接至周边底花盘形成可展组合单元，该专利能够形成大型空间曲面可展机构，实现花盘的同步收拢。现有的研究大多是实现等长腹杆天线机构的收拢，然而，对于不等长腹杆的天线机构鲜有研究，由于其特殊的几何构造，在底面结点及整体折展方面仍然存在不能完全收拢和存储率不高等问题，同时展开过程不流畅和卡顿容易造成在轨展开失败。
发明内容
发明目的：本发明的第一目的是提供一种基于菱形底五面体的自适应伸缩可展天线机构，其具有展开性能好、可靠性高、伸缩可调、收拢运动平稳、模块之间易拓展等特性，有助于解决现有部分可展天线机构由于杆件长度固定导致的难以完全收拢的问题。
本发明的第二目的是提供一种基于菱形底五面体的自适应伸缩可展天线机构的拓展机构。
技术方案：为实现以上目的，本发明公开了一种基于菱形底五面体的自适应伸缩可展天线机构，包括由3个正十二边形接头、6根随动摆杆、6根弹簧伸缩杆、7个正六边形接头、9组底端同步折叠连杆、9个底端压盖板、3个顶端压盖板以及3组顶端折叠连杆组成的基本模块A、基本模块B和基本模块C，基本模块A、基本模块B和基本模块C均为一个底面为菱形且四条棱边汇聚于一点的五面体，3个五面体锥顶所在位置为基本模块A、基本模块B和基本模块C的3个正十二边形接头的位置，且3个正十二边形接头位于同一个顶端平面内；3个五面体锥底顶点所在位置为基本模块A、基本模块B和基本模块C的7个正六边形接头的位置，且7个正六边形接头位于同一个底端平面内，顶端平面与底端平面相互平行；基本模块A、基本模块B和基本模块C中任意相邻2个基本模块共用2个正六边形接头、1组底端同步折叠连杆和1个底端压盖板。
其中，基本模块A、基本模块B和基本模块C中任意相邻2个正十二边形接头分别通过1组顶端同步折叠连杆铰接，1组顶端同步折叠连杆的中部通过1个顶端压盖板对称铰接；基本模块A、基本模块B和基本模块C中任意相邻2个正六边形接头分别通过1组底端同步折叠连杆铰接，1组底端同步折叠连杆的中部通过1个底部端压盖板对称铰接；4个正六边形接头通过4组底端同步折叠连杆首尾顺次铰接组成菱形形状，相邻2组底端同步折叠连杆的夹角呈60°或120°交替布置；1个正十二边形接头与4个正六边形接头之间有2根随动摆杆和2根弹簧伸缩杆，2根随动摆杆位于呈120°夹角的底端同步折叠连杆的上方，随动摆杆的上端与正十二边形接头的下表面铰接，随动摆杆的下端与正六边形接头的上表面铰接；2根弹簧伸缩杆位于呈60°夹角的底端同步折叠连杆的上方，弹簧伸缩杆的上端与正十二边形接头的下表面铰接，弹簧伸缩杆的下端与正六边形接头的上表面铰接。
优选的，3个正十二边形接头通过3组顶端折叠连杆首尾顺次铰接，在内侧组成正三角形图案，位于外侧的6个正六边形接头通过6组底端同步折叠连杆首尾顺次铰接，在外侧组成正六边形图案。
再者，正六边形接头的外表面设置有正六边形接头凸耳，底端同步折叠连杆的一端设置有底端同步折叠连杆凸耳，正六边形接头凸耳与底端同步折叠连杆凸耳通过圆柱销铰接，铰接处均可实现绕圆柱销所在轴线进行转动；随动摆杆的一端设置有长条状耳片，长条状耳片嵌入正六边形接头的上表面进行铰接。
进一步，1组底端同步折叠连杆有关于中部的底端压盖板呈对称分布的2根杆件，底端同步折叠连杆的一端设置有底端同步折叠连杆凸耳，另一端设置有半圆形齿轮，2个半圆形齿轮通过圆柱销铰接设置于底端压盖板的内腔中，其紧密啮合且传动比为1，在运动过程中带动底端同步折叠连杆同步相向靠拢或者相背远离运动；底端压盖板的中部设置有限位条，限位条具有限位功能能够保证半圆形齿轮的转动范围在0°～90°之间。
优选的，弹簧伸缩杆包括弹簧伸缩杆顶端凸耳、套杆、弹簧、套筒和弹簧伸缩杆底端凸耳，弹簧伸缩杆顶端凸耳固定连接于套杆的顶端，套杆嵌入套筒的中空内腔，套杆的轴线与套筒的轴线重合以保证套杆能在套筒中空内腔中滑动，套杆的下表面和套筒的中空内腔上表面固定连接有弹簧，弹簧伸缩杆底端凸耳固定连接于套杆的底端。
再者，正十二边形接头外侧表面固定设置有6个正十二边形接头半圆形凸耳和6个正十二边形接头方形凸耳，正十二边形接头上表面固定设置有4个正十二边形接头方形凹槽，正十二边形接头半圆形凸耳和正十二边形接头方形凸耳均匀且间隔分布，正十二边形接头半圆形凸耳和正十二边形接头方形凸耳夹角呈30°，正十二边形接头半圆形凸耳用于可展天线机构之间正十二边形接头的铰接，正十二边形接头方形凸耳用于可展天线机构内部正十二边形接头的铰接；正十二边形接头方形凹槽均匀分布，相邻2个正十二边形接头方形凹槽夹角呈90°，正十二边形接头方形凹槽用于随动摆杆和弹簧伸缩杆的铰接。
进一步，正六边形接头的外侧表面设置有6个正六边形接头凸耳，正六边形接头的上表面固定设置有6个正六边形接头外层方形凹槽和6个正六边形接头内层方形凹槽，正六边形接头凸耳均匀分布，相邻2个正六边形接头凸耳夹角呈60°，正六边形接头凸耳用于底端同步折叠连杆的铰接；所述正六边形接头外层方形凹槽均匀分布，相邻2个正六边形接头外层方形凹槽夹角呈60°，正六边形接头外层方形凹槽用于随动摆杆的铰接；所述正六边形接头内层方形凹槽均匀分布，相邻2个正六边形接头内层方形凹槽夹角呈60°，正六边形接头内层方形凹槽用于弹簧伸缩杆的铰接。
本发明一种基于菱形底五面体的自适应伸缩可展天线机构的拓展机构，包括由6个菱形底五面体的自适应伸缩可展天线机构两两依次连接围成的可展天线拓展模块。
其中，自适应伸缩可展天线机构的第一正十二边形接头和相邻自适应伸缩可展天线机构的第三正十二边形接头之间分别通过1组互相平行的顶端辅助同步折叠连杆铰接，自适应伸缩可展天线机构的第二正十二边形接头和相邻自适应伸缩可展天线机构的第四正十二边形接头之间通过1组互相平行的顶端辅助同步折叠连杆铰接；自适应伸缩可展天线机构的第一正六边形接头和相邻自适应伸缩可展天线机构的第三正六边形接头之间分别通过1组互相平行的底端同步折叠连杆铰接，自适应伸缩可展天线机构的第二正六边形接头和相邻自适应伸缩可展天线机构的第四正六边形接头之间通过1组互相平行的底端同步折叠连杆铰接；自适应伸缩可展天线机构和相邻自适应伸缩可展天线机构之间共用第五正六边形接头作为连接结点。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下显著优点：
(1)由于本发明的五面体所在底平面形状为菱形，位于该菱形相邻两边呈60°夹角上方的棱长要大于呈120°夹角上方的棱长，这种特殊的几何性质导致该五面体空间结构固定，底面菱形无法完全收拢；因此，本发明采用弹簧伸缩杆结构通过改变弹簧伸缩量以自适应调整五面体的棱长，达到底面菱形节点同步且紧密靠拢的目的，改变了以往采用相等棱长机构的单一作业方案，拓展了不相等棱长天线机构的应用范围；同时存储在弹簧伸缩杆中的弹性势能可以作为动力源，保证该机构从收拢状态到展开状态的流畅弹开部署，聚拢存储效果优异；
(2)本发明以菱形4条边相等特殊的几何形状为灵感来源，采用型号通用的接头以及规格相同的杆件构成，其中正六边形接头和正十二边形接头侧面均设置的凸耳在收拢时紧密依靠排列，通过3个结构相同的菱形底面五面体模块组装，可以形成底面为正六边形顶面为正三边形的锥台，该锥台为空间闭环结构，整体刚度大、可靠性高，能够保证天线机构的型面精度；
(3)本发明易于相同模块之间拼装组网，为了适应实际工程需求，通过调整模块的数量、大小、组合方式，可以由中心向外辐射形成多层次、大尺度空间可展天线机构；该机构具有展开性能好、结构对称的特点，对于大口径可展开天线、柔性太阳能电池板、星载天线反射器等应用场合具有重要意义。
附图说明
图1为本发明中组合模块的二维平面几何图形示意图；
图2为本发明中组合模块的结构示意图；
图3为本发明中组合模块的俯视图；
图4为本发明中组合模块位于中心位置的正六边形接头与底端同步折叠连杆、随动摆杆连接方式细节图；
图5为本发明中底端同步折叠连杆与底端压盖板连接方式细节图；
图6为本发明中弹簧伸缩杆压缩状态(a)、弹簧伸缩杆无压缩状态(b)结构示意图；
图7为本发明中正十二边形接头结构示意图；
图8为本发明中正六边形接头结构示意图；
图9为本发明中拓展模块的二维平面几何图形示意图；
图10为本发明中拓展模块发结构示意图；
图11为本发明中拓展模块的俯视图；
图12为本发明中组合模块半聚拢结构示意图；
图13为本发明中组合模块完全聚拢结构示意图；
图14为本发明中组合模块完全聚拢俯视图；
图15为本发明中拓展模块半聚拢结构示意图；
图16为本发明中拓展模块完全聚拢结构示意图；
图17为本发明中拓展模块完全聚拢俯视图；
图18为本发明中组合模块完全展开状态尺寸示意图；
图19为本发明中组合模块完全聚拢状态尺寸示意图；
图20为本发明中拓展模块完全展开状态尺寸示意图；
图21为本发明中拓展模块完全聚拢状态尺寸示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
基于菱形底五面体的自适应伸缩可展天线机构中至少包括1个组合模块，如图1所示，在二维平面内进行拓扑几何图形设计。1个组合模块几何图形由3个个形状大小均相等的基本模块几何图形为基础图案进行组合。细实线为五面体的菱形底边在平面上的投影，细虚线为五面体的棱在平面上的投影，空心圆为五面体的顶点在平面上的投影。相邻2个菱形之间的夹角为60°且相邻2个菱形之间共用1条公共边，3个菱形共用3条公共边，外侧的边形成1个正六边形图案，3个空心圆通过3条粗实线首尾顺次连接形成1个正三角形图案。
如图2所示，将二维平面图形设计拓展成三维模型结构。1个菱形底面五面体可自适应伸缩的可展天线组合模块由3个菱形底面五面体可自适应伸缩的可展天线基本模块A、B、C组成，包括：3个正十二边形接头1、6根随动摆杆2、6根弹簧伸缩杆3、7个正六边形接头4、9组底端同步折叠连杆5、9个底端压盖板6、3个顶端压盖板7以及3组顶端同步折叠连杆8。基本模块A底面所在平面设置有4个正六边形接头4，相邻2个正六边形接头4分别通过1组底端同步折叠连杆5铰接，1组底端同步折叠连杆5的中部通过1个底端压盖板6对称铰接，4个正六边形接头4通过4组底端同步折叠连杆5首尾顺次铰接组成菱形形状，相邻2组底端同步折叠连杆5的夹角呈60°或120°交替布置。1个正十二边形接头1与4个正六边形接头4之间有2根随动摆杆2、2根弹簧伸缩杆3，2根随动摆杆2位于呈120°夹角的底端同步折叠连杆5的上方，随动摆杆2的上端与正十二边形接头1的下表面铰接，随动摆杆2的下端与正六边形接头4的上表面铰接；2根弹簧伸缩杆3位于呈60°夹角的底端同步折叠连杆5的上方，弹簧伸缩杆3与正十二边形接头1、正六边形接头4的连接方式同随动摆杆2。基本模块A为一个底面为菱形且四条棱边汇聚于一点的五面体。
3个五面体锥顶所在位置为基本模块A、B、C的3个正十二边形接头1的位置，且3个正十二边形接头1位于同一个顶端平面内；3个五面体锥底顶点所在位置为基本模块A、B、C的7个正六边形接头4的位置，且7个正六边形接头4位于同一个底端平面内；顶端平面与底端平面相互平行。基本模块A、B、C中任意相邻2个基本模块共用2个正六边形接头4、1组底端同步折叠连杆5和1个底端压盖板6。基本模块A、B、C中任意相邻2个正十二边形接头1分别通过1组顶端同步折叠连杆8铰接，1组顶端同步折叠连杆8的中部通过1个顶端压盖板7对称铰接。
如图3所示，3个正十二边形接头1通过3组顶端同步折叠连杆8首尾顺次铰接，在内侧组成正三角形图案。位于外侧的6个正六边形接头4通过6组底端同步折叠连杆5首尾顺次铰接，在外侧组成正六边形图案。
如图4所示，正六边形接头4的外表面设置有正六边形接头凸耳41，底端同步折叠连杆5的一端设置有底端同步折叠连杆凸耳51，正六边形接头凸耳41与底端同步折叠连杆凸耳51通过圆柱销铰接，铰接处均可实现绕圆柱销所在轴线进行转动。随动摆杆2的一端设置有长条状耳片21，长条状耳片21嵌入正六边形接头4的上表面进行铰接。
如图5所示，1组底端同步折叠连杆5有2根杆件，关于中部的底端压盖板6呈对称分布，底端同步折叠连杆5的一端设置有底端同步折叠连杆凸耳51，另一端设置有半圆形齿轮52。2个半圆形齿轮52通过圆柱销铰接设置于底端压盖板6的内腔中，其紧密啮合且传动比为1，在运动过程中带动底端同步折叠连杆5同步相向靠拢或者相背远离运动。底端压盖板6的中部设置有限位条61，限位条61具有限位功能能够保证半圆形齿轮52的转动范围在0°～90°之间。
底端同步折叠连杆5与底端压盖板6、顶端同步折叠连杆8与顶端压盖板7、辅助同步折叠连杆9与顶端压盖板7三者均属于同一类零部件，连接方式和功能类似，由于需要连接处于不同空间位置上的正十二边形接头1和正六边形接头4，区别仅在于其尺寸长度不同。
如图6所示，弹簧伸缩杆3由弹簧伸缩杆顶端凸耳31、套杆32、弹簧33、套筒34、弹簧伸缩杆底端凸耳35组成。弹簧伸缩杆顶端凸耳31固定连接于套杆32的顶端，套杆32嵌入套筒34的中空内腔，套杆32的轴线与套筒34的轴线重合以保证套杆能在套筒34中空内腔中滑动，套杆32的下表面和套筒34的中空内腔上表面固定连接有弹簧33，弹簧伸缩杆底端凸耳35固定连接于套杆32的底端。
天线的展开取决于安装在弹簧伸缩杆3中的弹簧33释放的弹性势能来完成天线部署，当弹簧33处于压缩状态，可展天线机构处于存储状态；当弹簧33处于无压缩状态，可展天线机构处于工作状态。可展天线机构从存储状态到工作状态依靠弹簧33从受力压缩到自然伸展阶段储存的弹性势能实现。如图2所示，由于基于菱形底面的五面体特殊的结构，可展天线机构处于工作状态，位于呈120°夹角的底端同步折叠连杆5上方的随动摆杆2的长度要小于位于呈60°夹角的底端同步折叠连杆5上方的弹簧伸缩杆3，即长度差为L2-L1；可展天线机构处于存储状态，通过利用弹簧33自适应调整弹簧伸缩杆3的长度，保证和随动摆杆2等长。
如图7所示，正十二边形接头1外侧表面固定设置有6个正十二边形接头半圆形凸耳101、6个正十二边形接头方形凸耳102和上表面固定设置有4个正十二边形接头方形凹槽103。正十二边形接头半圆形凸耳101和正十二边形接头方形凸耳102均匀且间隔分布，正十二边形接头半圆形凸耳101和正十二边形接头方形凸耳102夹角呈30°，正十二边形接头半圆形凸耳101用于组合模块之间正十二边形接头1的铰接，正十二边形接头方形凸耳102用于组合模块内部正十二边形接头1的铰接。所述正十二边形接头方形凹槽103均匀分布，相邻2个正十二边形接头方形凹槽103夹角呈90°，正十二边形接头方形凹槽103用于随动摆杆2、弹簧伸缩杆3的铰接。
如图8所示，正六边形接头4的外侧表面设置有6个正六边形接头凸耳41和上表面固定设置有6个正六边形接头外层方形凹槽42、6个正六边形接头内层方形凹槽43。所述正六边形接头凸耳41均匀分布，相邻2个正六边形接头凸耳41夹角呈60°，正六边形接头凸耳41用于底端同步折叠连杆5的铰接；正六边形接头外层方形凹槽42均匀分布，相邻2个正六边形接头外层方形凹槽42夹角呈60°，正六边形接头外层方形凹槽42用于随动摆杆2的铰接；正六边形接头内层方形凹槽43均匀分布，相邻2个正六边形接头内层方形凹槽43夹角呈60°，正六边形接头内层方形凹槽43用于弹簧伸缩杆3的铰接。
如图9所示，在二维平面内进行拓扑几何图形设计。1个拓展模块几何图形由6个图1所示形状大小均相等的组合模块几何图形为基础图案进行组合。相邻2个组合模块几何图形通过2条相互平行的底边连接，该底边边长等于菱形的边长。相邻2个组合模块几何图形上的空心圆通过2条相互平行且等长的粗虚线连接。整体上组合成1个正六边形图案。
如图10、11所示，将二维平面图形设计拓展成三维模型构造。1个可展天线拓展模块由6个菱形底面五面体可自适应伸缩的可展天线组合模块Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ组成。组合模块Ⅰ的第一正十二边形接头111和组合模块Ⅱ的第三正十二边形接头119、组合模块Ⅰ的第二正十二边形接头113和组合模块Ⅱ的第四正十二边形接头117之间分别通过2组互相平行的顶端辅助同步折叠连杆9铰接；组合模块Ⅰ的第一正六边形接头112和组合模块Ⅱ的第三正六边形接头118、组合模块Ⅰ的第二正六边形接头114和组合模块Ⅱ的第四正六边形接头116之间分别通过2组互相平行的底端同步折叠连杆5铰接；组合模块Ⅰ和组合模块Ⅱ之间共用第五正六边形接头115作为2个模块的连接结点。组合模块Ⅱ和组合模块Ⅲ、组合模块Ⅲ和组合模块Ⅳ、组合模块Ⅳ和组合模块Ⅴ、组合模块Ⅴ和组合模块Ⅵ、组合模块Ⅵ和组合模块Ⅰ之间的连接方式同组合模块Ⅰ和组合模块Ⅱ的连接方式。
如图12、13、14所示，位于顶端平面内的正十二边形接头1逐渐向中心同步聚拢，位于底端平面内的正六边形接头4亦向中心同步聚拢，由于组合模块是个空间闭环结构，因而位于正十二边形接头1和正六边形接头4之间的随动摆杆2和弹簧伸缩杆3也存在向中心联动聚拢的趋势，顶端同步折叠连杆8向下弯曲折叠，顶端同步折叠连杆8的中心轴线与正十二边形接头1所在顶端平面达到垂直状态，3个正十二边形接头1互相紧密靠拢；底端同步折叠连杆5向上弯曲折叠，底端同步折叠连杆5的中心轴线与正六边形接头4所在底端平面达到垂直状态，7个正六边形接头4互相紧密靠拢，最终实现基于菱形底面五面体可自适应伸缩的可展天线组合模块的完全聚拢。
如图15、16、17所示，在基于菱形底面五面体可自适应伸缩的可展天线组合模块的聚拢原理基础上，相邻2个组合模块之间的顶端辅助同步折叠连杆9向下弯曲折叠、底端同步折叠连杆5向上弯曲折叠，保持同步运动，最终实现基于菱形底面五面体模块的可自适应伸缩可展天线拓展模块的完全聚拢。
如图18、19所示，由于空间可展天线具有在发射过程中需要折叠聚拢，到达预定轨道后展开部署的特性，在完全聚拢和完全展开两种极限状态下体积V的比值是衡量天线性能的关键指标，即存储率λ。此发明菱形底面五面体模块的可自适应伸缩的四棱锥可展天线机构组合模块的形状可近似等效为锥台。在组合模块完全展开状态下，d1为上表面外接圆直径，D1为下表面外接圆直径，h1为上下表面间垂直距离，d1＝201.76mm，D1＝378.24mm，h1＝210.57mm；在组合模块完全聚拢状态下，d2为上表面外接圆直径，D2为下表面外接圆直径，h2为上下表面间垂直距离，d2＝63.64mm，D2＝99.36mm，h2＝222.5mm。因而，组合模块的存储率λ1为：
如图20、21所示，在拓展模块完全展开状态下，d3为上表面外接圆直径，D3为下表面外接圆直径，h3为上下表面间垂直距离，d3＝820.06mm，D3＝1067.62mm，h3＝210.57mm；在拓展模块完全聚拢状态下，d4为上表面外接圆直径，D4为下表面外接圆直径，h4为上下表面间垂直距离，d4＝181.22mm，D4＝232.22mm，h4＝222.5mm。因而，拓展模块的存储率λ2为：
天线的存储率λ是和结构设计的构型以及各杆件的尺寸是密切相关的，目前在天线机构的构型方面涌现了种类各异的结构，在确保天线完全展开状态下，整体尺寸差不多的桁架式机构存储率λ均在10左右，本实施例中能得到12.16，相比而言能够得到20％的提升，更大型组网的拓展机构能达到19.74，可以发现存储率是不断变大的。
Claims (8)
1.一种基于菱形底五面体的自适应伸缩可展天线机构，其特征在于：包括由3个正十二边形接头（1）、6根随动摆杆（2）、6根弹簧伸缩杆（3）、7个正六边形接头（4）、9组底端同步折叠连杆（5）、9个底端压盖板（6）、3个顶端压盖板（7）以及3组顶端同步折叠连杆（8）组成的基本模块A、基本模块B和基本模块C，基本模块A、基本模块B和基本模块C均为一个底面为菱形且四条棱边汇聚于一点的五面体，3个五面体锥顶所在位置为基本模块A、基本模块B和基本模块C的3个正十二边形接头（1）的位置，且3个正十二边形接头（1）位于同一个顶端平面内；3个五面体锥底顶点所在位置为基本模块A、基本模块B和基本模块C的7个正六边形接头（4）的位置，且7个正六边形接头（4）位于同一个底端平面内，顶端平面与底端平面相互平行；基本模块A、基本模块B和基本模块C中任意相邻2个基本模块共用2个正六边形接头（4）、1组底端同步折叠连杆（5）和1个底端压盖板（6）；所述基本模块A、基本模块B和基本模块C中任意相邻2个正十二边形接头（1）分别通过1组顶端同步折叠连杆（8）铰接，1组顶端同步折叠连杆（8）的中部通过1个顶端压盖板（7）对称铰接；基本模块A、基本模块B和基本模块C中任意相邻2个正六边形接头（4）分别通过1组底端同步折叠连杆（5）铰接，1组底端同步折叠连杆（5）的中部通过1个底端压盖板（6）对称铰接；4个正六边形接头（4）通过4组底端同步折叠连杆（5）首尾顺次铰接组成菱形形状，相邻2组底端同步折叠连杆（5）的夹角呈 或 交替布置；1个正十二边形接头（1）与4个正六边形接头（4）之间有2根随动摆杆（2）和2根弹簧伸缩杆（3），2根随动摆杆（2）位于呈 夹角的底端同步折叠连杆（5）的上方，随动摆杆（2）的上端与正十二边形接头（1）的下表面铰接，随动摆杆（2）的下端与正六边形接头（4）的上表面铰接；2根弹簧伸缩杆（3）位于呈 夹角的底端同步折叠连杆（5）的上方，弹簧伸缩杆（3）的上端与正十二边形接头（1）的下表面铰接，弹簧伸缩杆（3）的下端与正六边形接头（4）的上表面铰接；所述3个正十二边形接头（1）通过3组顶端同步折叠连杆（8）首尾顺次铰接，在内侧组成正三角形图案，位于外侧的6个正六边形接头（4）通过6组底端同步折叠连杆（5）首尾顺次铰接，在外侧组成正六边形图案。
2.根据权利要求1所述的基于菱形底五面体的自适应伸缩可展天线机构，其特征在于：所述正六边形接头（4）的外表面设置有正六边形接头凸耳（41），底端同步折叠连杆（5）的一端设置有底端同步折叠连杆凸耳（51），正六边形接头凸耳（41）与底端同步折叠连杆凸耳（51）通过圆柱销铰接，铰接处均可实现绕圆柱销所在轴线进行转动；随动摆杆（2）的一端设置有长条状耳片（21），长条状耳片（21）嵌入正六边形接头（4）的上表面进行铰接。
3.根据权利要求1所述的基于菱形底五面体的自适应伸缩可展天线机构，其特征在于：所述1组底端同步折叠连杆（5）有关于中部的底端压盖板（6）呈对称分布的2根杆件，底端同步折叠连杆（5）的一端设置有底端同步折叠连杆凸耳（51），另一端设置有半圆形齿轮（52），2个半圆形齿轮（52）通过圆柱销铰接设置于底端压盖板（6）的内腔中，其紧密啮合且传动比为1，在运动过程中带动底端同步折叠连杆（5）同步相向靠拢或者相背远离运动；底端压盖板（6）的中部设置有限位条（61），限位条（61）具有限位功能能够保证半圆形齿轮（52）的转动范围在之间。
4.根据权利要求1所述的基于菱形底五面体的自适应伸缩可展天线机构，其特征在于：所述弹簧伸缩杆（3）包括弹簧伸缩杆顶端凸耳（31）、套杆（32）、弹簧（33）、套筒（34）和弹簧伸缩杆底端凸耳（35），弹簧伸缩杆顶端凸耳（31）固定连接于套杆（32）的顶端，套杆（32）嵌入套筒（34）的中空内腔，套杆（32）的轴线与套筒（34）的轴线重合以保证套杆能在套筒（34）中空内腔中滑动，套杆（32）的下表面和套筒（34）的中空内腔上表面固定连接有弹簧（33），弹簧伸缩杆底端凸耳（35）固定连接于套杆（32）的底端。
5.根据权利要求1所述的基于菱形底五面体的自适应伸缩可展天线机构，其特征在于：所述正十二边形接头（1）外侧表面固定设置有6个正十二边形接头半圆形凸耳（101）和6个正十二边形接头方形凸耳（102），正十二边形接头（1）上表面固定设置有4个正十二边形接头方形凹槽（103），正十二边形接头半圆形凸耳（101）和正十二边形接头方形凸耳（102）均匀且间隔分布，正十二边形接头半圆形凸耳（101）和正十二边形接头方形凸耳（102）夹角呈，正十二边形接头半圆形凸耳（101）用于可展天线机构之间正十二边形接头（1）的铰接，正十二边形接头方形凸耳（102）用于可展天线机构内部正十二边形接头（1）的铰接；所述正十二边形接头方形凹槽（103）均匀分布，相邻2个正十二边形接头方形凹槽（103）夹角呈，正十二边形接头方形凹槽（103）用于随动摆杆（2）和弹簧伸缩杆（3）的铰接。
6.根据权利要求1所述的基于菱形底五面体的自适应伸缩可展天线机构，其特征在于：所述正六边形接头（4）的外侧表面设置有6个正六边形接头凸耳（41），正六边形接头（4）的上表面固定设置有6个正六边形接头外层方形凹槽（42）和6个正六边形接头内层方形凹槽（43），所述正六边形接头凸耳（41）均匀分布，相邻2个正六边形接头凸耳（41）夹角呈，正六边形接头凸耳（41）用于底端同步折叠连杆（5）的铰接；所述正六边形接头外层方形凹槽（42）均匀分布，相邻2个正六边形接头外层方形凹槽（42）夹角呈，正六边形接头外层方形凹槽（42）用于随动摆杆（2）的铰接；所述正六边形接头内层方形凹槽（43）均匀分布，相邻2个正六边形接头内层方形凹槽（43）夹角呈，正六边形接头内层方形凹槽（43）用于弹簧伸缩杆（3）的铰接。
7.一种根据权利要求1所述的基于菱形底五面体的自适应伸缩可展天线机构的拓展机构，其特征在于：包括由6个菱形底五面体的自适应伸缩可展天线机构两两依次连接围成的可展天线拓展模块。
8.根据权利要求7所述的基于菱形底五面体的自适应伸缩可展天线机构的拓展机构，其特征在于：所述自适应伸缩可展天线机构的第一正十二边形接头（111）和相邻自适应伸缩可展天线机构的第三正十二边形接头（119）之间分别通过1组互相平行的顶端辅助同步折叠连杆（9）铰接，自适应伸缩可展天线机构的第二正十二边形接头（113）和相邻自适应伸缩可展天线机构的第四正十二边形接头（117）之间通过1组互相平行的顶端辅助同步折叠连杆（9）铰接；自适应伸缩可展天线机构的第一正六边形接头（112）和相邻自适应伸缩可展天线机构的第三正六边形接头（118）之间分别通过1组互相平行的底端同步折叠连杆（5）铰接，自适应伸缩可展天线机构的第二正六边形接头（114）和相邻自适应伸缩可展天线机构的第四正六边形接头（116）之间通过1组互相平行的底端同步折叠连杆（5）铰接；自适应伸缩可展天线机构和相邻自适应伸缩可展天线机构之间共用第五正六边形接头（115）作为连接结点。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211142287.2A CN115411487B (zh) | 2022-09-20 | 2022-09-20 | 基于菱形底五面体的自适应伸缩可展天线机构及拓展机构 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211142287.2A CN115411487B (zh) | 2022-09-20 | 2022-09-20 | 基于菱形底五面体的自适应伸缩可展天线机构及拓展机构 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115411487A CN115411487A (zh) | 2022-11-29 |
| CN115411487B true CN115411487B (zh) | 2024-04-26 |
Family
ID=84165424
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211142287.2A Active CN115411487B (zh) | 2022-09-20 | 2022-09-20 | 基于菱形底五面体的自适应伸缩可展天线机构及拓展机构 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115411487B (zh) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104294913A (zh) * | 2014-09-12 | 2015-01-21 | 上海卫星工程研究所 | 三角形索杆铰接可展桁架 |
| CN107685880A (zh) * | 2017-07-26 | 2018-02-13 | 西安空间无线电技术研究所 | 一种可展组合单元及其组成的大型空间可展机构 |
| CN109860972A (zh) * | 2018-12-19 | 2019-06-07 | 燕山大学 | 一种基于对称结构四面体组合单元的模块化可展天线机构 |
-
2022
- 2022-09-20 CN CN202211142287.2A patent/CN115411487B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104294913A (zh) * | 2014-09-12 | 2015-01-21 | 上海卫星工程研究所 | 三角形索杆铰接可展桁架 |
| CN107685880A (zh) * | 2017-07-26 | 2018-02-13 | 西安空间无线电技术研究所 | 一种可展组合单元及其组成的大型空间可展机构 |
| CN109860972A (zh) * | 2018-12-19 | 2019-06-07 | 燕山大学 | 一种基于对称结构四面体组合单元的模块化可展天线机构 |
Non-Patent Citations (5)
| Title |
|---|
| Mechanics analysis and structural design of a truss deployable antenna mechanism based on 3RR-3URU tetrahedral unit;Jinwei Guo;《Mechanism and Machine Theory 》;20220531;全文 * |
| 压电驱动微型精密夹持机构设计与实验研究;李冲;《中国机械工程》;20210702;全文 * |
| 四面体可展单元机构组网分析;杨斌;郭金伟;张雷;韩博;陈亮亮;许允斗;;深空探测学报;20200415(02);全文 * |
| 平板型张力集成体系(索网架)结构;杨联萍, 邱枕戈, 董明, 钱若军, 王春江;空间结构;20031225(04);全文 * |
| 郭金伟 ; 黄志荣 ; 许允斗 ; 郭路瑶 ; 姚建涛 ; 赵永生 ; .一类基于四面体组合单元的模块化构架式可展开天线机构.航空学报.(03),全文. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115411487A (zh) | 2022-11-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107933959B (zh) | 六杆机构及由其组成的可展模块、伸展臂、平面展开桁架 | |
| CN109860972B (zh) | 一种基于对称结构四面体组合单元的模块化可展天线机构 | |
| CN102167165B (zh) | 一种七转动副可展单元及采用该可展单元的空间可展机构 | |
| CN106058415A (zh) | 剪叉式六棱柱可展单元及其组成的空间可展机构 | |
| CN102173312B (zh) | 大型空间组装式天线反射器模块单元及其组装方法 | |
| CN107685880A (zh) | 一种可展组合单元及其组成的大型空间可展机构 | |
| CN105799950A (zh) | 单自由度过约束剪式可展单元及其组成的空间可展机构 | |
| US8384613B1 (en) | Deployable structures with quadrilateral reticulations | |
| CN105523196A (zh) | 可折叠多面体结构 | |
| CN106025483A (zh) | 剪叉联动式过约束可展单元及其组成的空间可展机构 | |
| US5540013A (en) | Stellate hinged polygons forming a family of complex polyhedrons having discrete interiors and exteriors | |
| CN109659701B (zh) | 一种桁架式同步可展开天线 | |
| CN114069189B (zh) | 一种四棱锥可展单元组成的抛物面可展天线机构 | |
| CN115411487B (zh) | 基于菱形底五面体的自适应伸缩可展天线机构及拓展机构 | |
| CN109616737B (zh) | 单自由度剪铰联动式双环桁架可展开天线机构 | |
| CN212435636U (zh) | 具有四边形构件的单自由度可无限扩展可展结构 | |
| CN108518407B (zh) | 一种对称可折展厚板结构 | |
| CN110589035B (zh) | 单自由度四面体可展胞元机构 | |
| CN108843964A (zh) | 一种基本可展组合结构 | |
| CN111934098B (zh) | 一种基于bennett机构的环形可展开天线桁架 | |
| CN209266549U (zh) | 基于v型剪式单元体的周边桁架可展开天线机构 | |
| CN110970701A (zh) | 一种扭簧驱动的锥式单层环形桁架可展开天线机构 | |
| CN115101917B (zh) | 一种基于长方形底面四棱锥的可展天线机构及轻量化组网方法 | |
| CN114180101B (zh) | 桁架式伸缩臂机构和平面式可展开桁架阵列 | |
| CN212951192U (zh) | 一种折叠四面体桁架单元结构 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |