CN115479003A - 用于索网反射面天线形面主动调控的形状记忆合金作动器 - Google Patents

用于索网反射面天线形面主动调控的形状记忆合金作动器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于索网反射面天线形面主动调控的形状记忆合金作动器，与索网反射面天线位置对应的上段竖向索、下段竖向索连接，包括外壳，外壳顶部开设有孔I，外壳底端与下段竖向索连接，外壳中设置有牵引柱，牵引柱底端位于外壳中，顶端穿过孔I与上段竖向索连接，牵引柱外部套设有上形状记忆合金弹簧，牵引柱底端与外壳底端不接触，且牵引柱底端与外壳底端之间设置有下形状记忆合金弹簧，上形状记忆合金弹簧伸长时牵动牵引柱向外壳内移动，下形状记忆合金弹簧伸长时推动牵引柱向外壳外移动。本发明具有驱动力大、变形范围大、可重复使用的特点，能够对索网反射面天线的形面精度补偿提供可靠地前置硬件条件。

Description

用于索网反射面天线形面主动调控的形状记忆合金作动器
技术领域
本发明属于星载索网反射面天线技术领域，涉及一种用于索网反射面天线形面主动调控的形状记忆合金作动器。
背景技术
基于张拉结构体系的星载索网反射面天线具有收拢体积小、口径大、质量轻的优点，已得到了广泛的研究与应用。其反射面的形面精度是天线电性能的决定性因素，若形面精度降低，将严重影响天线增益，导致通讯质量变差。而索网-框架组成的张拉结构体系有较为明显的热致变形，当索网天线处于高低温交替变化的太空环境时会发生形面精度恶化的现象，导致天线无法正常工作。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于索网反射面天线形面主动调控的形状记忆合金作动器，能够实现对索网反射面天线的索力实时调控。
本发明所采用的技术方案是，一种用于索网反射面天线形面主动调控的形状记忆合金作动器，与索网反射面天线位置对应的上段竖向索、下段竖向索连接，包括外壳，外壳顶部开设有孔I，外壳底端与下段竖向索连接，外壳中设置有牵引柱，牵引柱底端位于外壳中，顶端穿过孔I与上段竖向索连接，牵引柱外部套设有上形状记忆合金弹簧，牵引柱底端与外壳底端不接触，且牵引柱底端与外壳底端之间设置有下形状记忆合金弹簧，上形状记忆合金弹簧伸长时牵动牵引柱向外壳内移动，下形状记忆合金弹簧伸长时推动牵引柱向外壳外移动。
本发明的特点还在于，
外壳侧壁上开设有两位置对应的条形移动槽，移动槽与外壳轴线平行开设，牵引柱底端两侧均固定有导向条，导向条与牵引柱垂直设置，两导向条分别由两移动槽伸出外壳。
上形状记忆合金弹簧一端与外壳顶部固定连接，另一端与一导向条固定连接，下形状记忆合金弹簧一端与一导向条固定连接，另一端与外壳底端固定连接。
外壳内部顶端和底端分别设置有电极片I和电极片II，电极片I和电极片II分别与上形状记忆合金弹簧、下形状记忆合金弹簧接触，电极片I上与外壳顶部孔I对应位置开设有大小、形状匹配的孔，外壳侧壁与电极片I和电极片II对应高度分别开设有孔洞I和孔洞II，电极片I和电极片II分别由孔洞I和孔洞II伸出外壳，导向条与上形状记忆合金弹簧、下形状记忆合金弹簧接触侧设置有电极片III。
外壳外部底端固定有半圆形状的环形把柄I，外壳底端通过环形把柄I与下段竖向索连接。
牵引柱顶端固定有半圆形状的环形把柄II，牵引柱顶端通过环形把柄II与上段竖向索连接连接。
上形状记忆合金弹簧和下形状记忆合金弹簧均为具备单程形状记忆效应的镍钛形状记忆合金弹簧。
上形状记忆合金弹簧和下形状记忆合金弹簧处于奥氏体相(母相)时均为伸长状态。
本发明的有益效果是：
1)本发明一种用于索网反射面天线形面主动调控的形状记忆合金作动器中使用的驱动元件为镍钛形状记忆合金弹簧，相较于形状记忆合金丝，形状记忆合金弹簧具有驱动力大、变形范围广的特点，基于此可对索网反射面天线的索力进行较大范围的调控，进而为天线形面精度补偿提供可靠的硬件条件。
2)本发明使用两根具备单程记忆效应的形状记忆合金弹簧实现了双向输出位移的功能，克服了单程记忆效应无法自动恢复初始状态的缺点，同时可以任意多次的输出所需位移，满足索网反射面天线在轨实时主动调控的需求。
3)本发明采用通电的方式对形状记忆合金弹簧进行加热，这种方式控制精度高、加热效率高、结构形式简单，是形状记忆合金作动器的理想控制方案。
附图说明
图1是本发明一种用于索网反射面天线形面主动调控的形状记忆合金作动器与索网反射面天线连接的状态示意图；
图2是本发明一种用于索网反射面天线形面主动调控的形状记忆合金作动器的结构示意图；
图3是本发明一种用于索网反射面天线形面主动调控的形状记忆合金作动器外壳的结构示意图；
图4是本发明一种用于索网反射面天线形面主动调控的形状记忆合金作动器牵引柱的结构示意图；
图5是本发明一种用于索网反射面天线形面主动调控的形状记忆合金作动器电极片I的结构示意图；
图6是本发明一种用于索网反射面天线形面主动调控的形状记忆合金作动器电极片II的结构示意图。
图中，1.外壳，3.牵引柱，4.上形状记忆合金弹簧，5.下形状记忆合金弹簧，21.移动槽，22.电极片I，23.电极片II，24.环形把柄I，25.孔I，26.孔洞I，27.孔洞II，31.电极片III，32.环形把柄II，33.导向条。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种用于索网反射面天线形面主动调控的形状记忆合金作动器，如图1所示，与索网反射面天线位置对应的上段竖向索、下段竖向索连接，如图2所示，包括外壳1，如图3所示，外壳1顶部开设有孔I25，外壳1外部底端固定有半圆形状的环形把柄I24，外壳1底端通过环形把柄I24与下段竖向索连接，外壳1中设置有牵引柱3，牵引柱3底端位于外壳1中，牵引柱3顶端固定有半圆形状的环形把柄II32，牵引柱3顶端穿过孔I25通过环形把柄II32与上段竖向索连接，牵引柱3外部套设有上形状记忆合金弹簧4，牵引柱3底端与外壳1底端不接触，且牵引柱3底端与外壳1底端之间设置有下形状记忆合金弹簧5。
外壳1侧壁上开设有两位置对应的条形移动槽21，移动槽21与外壳1轴线平行开设，如图4所示，牵引柱3底端两侧均固定有导向条33，导向条33与牵引柱3垂直设置，两导向条分别由两移动槽21伸出外壳1，使得牵引柱3可沿外壳1的轴向移动。
上形状记忆合金弹簧4一端与外壳1顶部固定连接，另一端与一导向条33固定连接，上形状记忆合金弹簧4伸长时牵动牵引柱3向外壳1内移动，下形状记忆合金弹簧5一端与一导向条固定连接，另一端与外壳1底端固定连接，下形状记忆合金弹簧5伸长时推动牵引柱3向外壳1外移动。
如图5-6所示，外壳1内部顶端和底端分别设置有电极片I22和电极片II23，电极片I22和电极片II23分别与上形状记忆合金弹簧4、下形状记忆合金弹簧5接触，电极片I22上与外壳1顶部孔I25对应位置开设有大小、形状匹配的孔，外壳1侧壁与电极片I22和电极片II23对应高度分别开设有孔洞I26和孔洞II27，电极片I22和电极片II23分别由孔洞I26和孔洞II27伸出外壳1，导向条33与上形状记忆合金弹簧4、下形状记忆合金弹簧5接触侧设置有电极片III31，电极片I22、电极片II23和电极片III31可与外界电源相连接，用于上形状记忆合金弹簧4、下形状记忆合金弹簧5的通电。
上形状记忆合金弹簧4和下形状记忆合金弹簧5均为具备单程记忆效应的镍钛形状记忆合金弹簧，处于奥氏体相时均为伸长状态，上形状记忆合金弹簧4和下形状记忆合金弹簧5分别以一定的压缩程度安装在牵引柱3上和外壳1中，初始状态下的导向条33由上形状记忆合金弹簧4支撑而处于移动槽21的中间位置。
本发明一种用于索网反射面天线形面主动调控的形状记忆合金作动器的工作过程分为两个阶段：收缩阶段、伸长阶段，具体为：
在收缩阶段时，让牵引柱3收缩回外壳1内，牵引柱3的运动带动上段竖向索与下段竖向索之间的距离减少，竖向索整体显现收缩趋势。控制方法是，电极片I22和与上形状记忆合金弹簧4接触的电极片III31与外界电源相接，对上形状记忆合金弹簧4通电一定时长，使上形状记忆合金弹簧4升温发生奥氏体相变进而产生伸长变形，上形状记忆合金弹簧4伸长时即会推动牵引柱3向外壳1内收缩，并同时挤压下形状记忆合金弹簧5。
在伸长阶段时，让牵引柱3从外壳1内向外伸出，牵引柱3的运动带动上段竖向索与下段竖向索之间的距离增加，竖向索整体显现伸长趋势。控制方法是，电极片II23和与下形状记忆合金弹簧5接触的电极片III31与外界电源相接，对下形状记忆合金弹簧5通电一定时长，使形状记忆合金弹簧5升温发生奥氏体相变进而产生伸长变形，下形状记忆合金弹簧5伸长时即会推动牵引柱3向外壳1外伸长，并同时挤压上形状记忆合金弹簧4。
收缩、伸长阶段皆是以移动槽21的中间位置为参考原点，当牵引柱3向下形状记忆合金弹簧5的方向移动时视为收缩，反之视为伸长。另外需要说明的一点是：无论是收缩还是伸长阶段，一个形状记忆合金弹簧的升温伸长不仅完成了作动器的工作目标，同时也使另一个形状记忆合金弹簧收缩进而具备了发生单程形状记忆效应的前置条件。因此，形状记忆合金作动器可完成任意多次、双向的位移输出，位移输出的范围即为移动槽21的长度。
本发明一种用于索网反射面天线形面主动调控的形状记忆合金作动器，具有驱动力大、变形范围大、可重复使用的特点，能够对索网反射面天线的形面精度补偿提供可靠地前置硬件条件。

Claims (8)

1.一种用于索网反射面天线形面主动调控的形状记忆合金作动器，与索网反射面天线位置对应的上段竖向索、下段竖向索连接，其特征在于，包括外壳(1)，所述外壳(1)顶部开设有孔I(25)，所述外壳(1)底端与下段竖向索连接，所述外壳(1)中设置有牵引柱(3)，所述牵引柱(3)底端位于外壳(1)中，顶端穿过孔I(25)与上段竖向索连接，所述牵引柱(3)外部套设有上形状记忆合金弹簧(4)，所述牵引柱(3)底端与外壳(1)底端不接触，且所述牵引柱(3)底端与外壳(1)底端之间设置有下形状记忆合金弹簧(5)，所述上形状记忆合金弹簧(4)伸长时牵动牵引柱(3)向外壳(1)内移动，所述下形状记忆合金弹簧(5)伸长时推动牵引柱(3)向外壳(1)外移动。
2.根据权利要求1所述的一种用于索网反射面天线形面主动调控的形状记忆合金作动器，其特征在于，所述外壳(1)侧壁上开设有两位置对应的条形移动槽(21)，所述移动槽(21)与外壳(1)轴线平行开设，所述牵引柱(3)底端两侧均固定有导向条(33)，所述导向条(33)与牵引柱(3)垂直设置，两所述导向条分别由两移动槽(21)伸出外壳(1)。
3.根据权利要求2所述的一种用于索网反射面天线形面主动调控的形状记忆合金作动器，其特征在于，所述上形状记忆合金弹簧(4)一端与外壳(1)顶部固定连接，另一端与一导向条(33)固定连接，所述下形状记忆合金弹簧(5)一端与一导向条固定连接，另一端与外壳(1)底端固定连接。
4.根据权利要求1所述的一种用于索网反射面天线形面主动调控的形状记忆合金作动器，其特征在于，所述外壳(1)内部顶端和底端分别设置有电极片I(22)和电极片II(23)，所述电极片I(22)和电极片II(23)分别与上形状记忆合金弹簧(4)、下形状记忆合金弹簧(5)接触，所述电极片I(22)上与外壳(1)顶部孔I(25)对应位置开设有大小、形状匹配的孔，所述外壳(1)侧壁与电极片I(22)和电极片II(23)对应高度分别开设有孔洞I(26)和孔洞II(27)，所述电极片I(22)和电极片II(23)分别由孔洞I(26)和孔洞II(27)伸出外壳(1)，所述导向条(33)与上形状记忆合金弹簧(4)、所述下形状记忆合金弹簧(5)接触侧设置有电极片III(31)。
5.根据权利要求1所述的一种用于索网反射面天线形面主动调控的形状记忆合金作动器，其特征在于，所述外壳(1)外部底端固定有半圆形状的环形把柄I(24)，所述外壳(1)底端通过环形把柄I(24)与下段竖向索连接。
6.根据权利要求1所述的一种用于索网反射面天线形面主动调控的形状记忆合金作动器，其特征在于，所述牵引柱(3)顶端固定有半圆形状的环形把柄II(32)，所述牵引柱(3)顶端通过环形把柄II(32)与上段竖向索连接连接。
7.根据权利要求1所述的一种用于索网反射面天线形面主动调控的形状记忆合金作动器，其特征在于，所述上形状记忆合金弹簧(4)和下形状记忆合金弹簧(5)均为镍钛形状记忆合金弹簧。
8.根据权利要求1所述的一种用于索网反射面天线形面主动调控的形状记忆合金作动器，其特征在于，所述上形状记忆合金弹簧(4)和下形状记忆合金弹簧(5)处于奥氏体相时均为伸长状态。
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