CN115548625A - 一种带锁定的三折辐射肋伞状天线同步展开机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带锁定的三折辐射肋伞状天线同步展开机构，包括中心轮毂，所述中心轮毂上两侧通过支座固定连接涡卷弹簧机构，涡卷弹簧机构的中心轴上同轴心固定连接凸轮一端，凸轮另一端连接辐射肋一端，辐射肋随着凸轮的转动而转动；所述辐射肋另一端为尖段，尖段的根部固定连接尖肋展开拉索一端，尖肋展开拉索另一端缠绕在所述同步机构上，同步机构通过轴连接于中心轮毂上，凸轮上连接根肋展开拉索一端，根肋展开拉索另一端缠绕在同步机构上，所述辐射肋分为三段，通过连接部位连接，连接部位连接锁定机构。本发明采用的是三折辐射肋式设计，辐射肋分为根肋、中间肋、尖肋，在保证较大口径的同时，满足较小的收拢空间，拥有较高的收纳比。

Description

一种带锁定的三折辐射肋伞状天线同步展开机构

技术领域

本发明属于星载天线技术领域，具体涉及一种带锁定的三折辐射肋伞状天线同步展开机构。

背景技术

大型空间可展开天线形式主要有：固面展开天线、伞状可展开天线、构架式可展开天线、环形可展开天线、充气可展开天线、半刚性可展开天线等。受收拢体积和重量等因素的限制，对于口径大的天线，可以选择的天线形式较少，主要有伞状展开式、环形展开式、充气展开式等，由于火箭口径限制，大口径卫星天线不能直接运到太空，因此，需要卫星技术足够坚固以承受太空环境的严酷考验，重量轻且可靠，还必须将它们设计为驻留在有限的体积内。

目前，伞状可展开天线在收纳比、展开性能等方面具有显著的优势，因此许多国际宇航研究机构以及诸多研究所都对其展开了广泛的研究。伞状可展开天线由若干固定在一个中心毂上的抛物线形管状辐射肋构成，反射网面连接在这些肋之间，在轨后通过辐射肋展开带动反射网面展开到工作状态。伞状可展开天线最早由美国研制，后来诸多国家对该类型天线进行研究，并应用到卫星上。2017年，加州理工学院喷气推进实验室(JPL)Jonathan Sauder等人公开了一种伞状可展开天线的原理样机(Jonathan Sauder，NacerChahat,Brian Hirsch,Richard Hodges,Eva Peral，From prototype to flight:qualifying a Ka-band parabolic deployable antenna(KaPDA)for CubeSats，4th AIAASpacecraft Structures Conference,9-13 January 2017,Grapevine,Texas)，该伞状天线主要由轮毂、尖肋、根肋、恒力弹簧和副面等组成。但该伞状天线收拢尺寸较大，收纳比较低，同步性差，并且在展开的时候具有较大的冲击。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种带锁定的三折辐射肋伞状天线同步展开机构，采用的是三折辐射肋式设计，辐射肋分为根肋、中间肋、尖肋，在保证较大口径的同时，满足较小的收拢空间，拥有较高的收纳比。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种带锁定的三折辐射肋伞状天线同步展开机构，包括中心轮毂、涡卷弹簧机构、凸轮、辐射肋、尖肋展开拉索、根肋展开拉索、锁定机构、同步机构；

所述中心轮毂上两侧通过支座固定连接涡卷弹簧机构，涡卷弹簧机构由涡卷弹簧、中心轴、端盖、支座组成，涡卷弹簧外端固定在端盖上，内端固定在中心轴上，端盖与中心轴同轴固定在一起，涡卷弹簧机构的中心轴上同轴心固定连接凸轮一端，凸轮另一端连接辐射肋一端，辐射肋随着凸轮的转动而转动；所述辐射肋另一端为尖段，尖段的根部固定连接尖肋展开拉索一端，尖肋展开拉索另一端缠绕在所述同步机构上，所述同步机构通过轴连接于所述中心轮毂上，凸轮上连接根肋展开拉索一端，根肋展开拉索另一端缠绕在同步机构上，所述辐射肋分为三段，通过连接部位连接，连接部位连接锁定机构。

所述辐射肋包括根肋、中间肋、尖肋、肋间轴、肋间滑轮；

所述根肋、中间肋与尖肋的上表面均为抛物面，所述根肋与所述中间肋之间通过所述肋间轴铰接，所述中间肋围绕所述肋间轴旋转，所述尖肋围绕所述肋间轴旋转，完成所述辐射肋的展开。

所述肋间滑轮用于所述尖肋展开拉索与所述根肋展开拉索的导向，改变拉力方向，并且减少尖肋展开拉索与根肋展开拉索在辐射肋的展开过程中所受到的摩擦力。

所述锁定机构包括固定锁钩、活动锁钩、扭簧、锁钩固定孔、肋间轴；

所述固定锁钩通过锁钩固定孔固定在辐射肋上；

所述活动锁钩通过肋间轴与辐射肋连接，用于辐射肋的锁定；

所述扭簧正常状态下为活动锁钩提供锁定扭矩，用于所述锁定机构的锁定。

所述同步机构包括同步带轮、根肋绕线轮、尖肋绕线轮、转轴；

所述同步带轮与转轴固定连接，并通过所述转轴与中心轮毂连接；所述根肋绕线轮与转轴固定连接；所述尖肋绕线轮与转轴固定连接。

所述中心轮毂为一固定构件，所述中心轮毂上表面和底面均设置有开孔，并且底面设置有加强筋。

所述辐射肋展开后口径为2m，收拢后，可收拢于450×450×420mm体积内。

本发明的有益效果：

本发明采用的是三折辐射肋式设计，辐射肋分为根肋、中间肋、尖肋，在保证较大口径的同时，满足较小的收拢空间，拥有较高的收纳比，采用绳索机构(根肋展开拉索和尖肋展开拉索)与涡卷弹簧共同作用展开，展开后用锁定机构进行锁定，展开过程较为平稳，冲击较小。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种带锁定的三折辐射肋伞状天线同步展开机构整体结构展开态剖面示意图。

图2为本发明实施例提供的一种带锁定的三折辐射肋伞状天线同步展开机构的整体结构收拢态示意图。

图3为本发明实施例提供的一种带锁定的三折辐射肋伞状天线同步展开机构中尖肋展开拉索、根肋展开拉索在天线内连接方式剖面示意图。

图4为本发明实施例提供的一种带锁定的三折辐射肋伞状天线同步展开机构中三折辐射肋零部件爆炸示意图。

图5为本发明实施例提供的一种带锁定的三折辐射肋伞状天线同步展开机构中锁定机构的剖面示意图；

图6为本发明实施例提供的一种带锁定的三折辐射肋伞状天线同步展开机构中同步机构结构示意图。

附图标记说明：

1-中心轮毂；2-涡卷弹簧机构；3-凸轮；4-辐射肋；5-尖肋展开拉索；6-根肋展开拉索；7-锁定机构；8-同步机构；41-根肋；42-中间肋；43-尖肋；44-肋间轴；45-肋间滑轮；71-固定锁钩；72-活动锁钩；73-扭簧；74-锁钩固定孔；75-肋间轴；81-同步带轮；82-根肋绕线轮；83-尖肋绕线轮；84-转轴。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

实施例一

请参见图1、图2，图1为本发明实施例提供的一种带锁定的三折辐射肋伞状天线同步展开机构整体结构展开态剖面示意图，图2为本发明实施例提供的一种带锁定的三折辐射肋伞状天线同步展开机构的整体结构收拢态示意图。本实施例提供了一种带锁定的三折辐射肋伞状天线同步展开机构，该带锁定的三折辐射肋伞状天线同步展开机构包括：

中心轮毂1、涡卷弹簧机构2、凸轮3、辐射肋4、尖肋展开拉索5、根肋展开拉索6、锁定机构7、同步机构8。

具体而言，由上述可知，传统的伞状可展开天线展开时具有较大冲击，并且很难有较小的收拢尺寸，收纳比较低，并且辐射肋展开过程中同步性较差。基于上述问题，本实例提出了一种带锁定的三折辐射肋伞状天线同步展开机构，具体地，请在参见图1、图2，以及图3，图3为本发明实施例提供的一种带锁定的三折辐射肋伞状天线同步展开机构中尖肋展开拉索、根肋展开拉索在天线内连接方式剖面示意图，可见，本实施例中中心轮毂1为一圆柱体固定构件，中心轮毂1上表面和底面均设置有开孔，并且底面设置有加强筋，涡卷弹簧机构2由涡卷弹簧、中心轴、端盖、支座组成，支座下端为C型夹子状结构，涡卷弹簧机构2通过其支座夹着固定于中心轮毂1上表面最外侧一圈，凸轮3与涡卷弹簧机构2同轴心固定连接在涡卷弹簧机构2中心轴上，涡卷弹簧机构2的中心轴轴向为平行于中心轮毂1上表面，并且垂直与涡卷弹簧机构2支座的侧面，辐射肋4与所述凸轮3固定连接，并且随着凸轮的转动而转动，尖肋展开拉索5一端与所述辐射肋4的尖段的根部固定连接，并且穿过辐射肋内部，另一端缠绕在所述同步机构8上，根肋展开拉索6一端固定在凸轮3上，另一端缠绕在同步机构8上，锁定机构7固定连接在辐射肋4三段的连接部位，同步机构8通过轴连接于中心轮毂1上表面开的孔中，同步机构8的轴垂直于中心轮毂1上表面，以形成带锁定的三折辐射肋伞状天线同步展开机构。

请再参见图1、图2，天线展开时，根肋展开拉索6在所述同步机构8的旋转下开始放松，所述涡卷弹簧机构2中心轴在涡卷弹簧的弹力的释放下开始转动，同时所述辐射肋4的根肋伴随涡卷弹簧机构2中心轴转动而展开，所述尖肋展开拉索5在所述同步机构8的旋转下开始缠绕收紧，所述辐射肋4的尖肋与尖肋展开拉索5固定一端开始运动，尖肋围绕肋间轴转动而展开，所述尖肋展开拉索5的收紧行程大于所述根肋展开拉索6的放松行程，所述根肋展开拉索6完全松弛的时候，所述辐射肋4的根肋完全展开，所述辐射肋4的中间肋和尖肋在所述尖肋展开拉索5收紧的同时继续展开，直到完全展开，此时所述锁定机构7将完全展开状态的所述辐射肋4进行锁定。

进一步地，本实施例辐射肋4包括根肋41、中间肋42、尖肋43、肋间轴44、肋间滑轮45。

具体而言，请参见图4，图4为本发明实施例提供的一种带锁定的三折辐射肋伞状天线同步展开机构中三折辐射肋零部件爆炸示意图，可见，所述根肋41、中间肋42与尖肋43的上表面均为抛物面，所述根肋41与所述中间肋42之间通过所述肋间轴44铰接，所述尖肋43围绕所述肋间销44旋转完成尖肋的展开，所述中间肋42围绕所述肋间销44旋转完成中间肋的展开，根肋41与凸轮3固定连接，凸轮3固定在根肋的根部下底面，并且凸轮固定套设在涡卷弹簧机构2的中心轴上，随着中心轴的转动而转动，从而带动根肋的展开，涡卷弹簧机构2正常状态下为根肋41提供展开力矩，用于根肋41的展开，肋间滑轮45用于尖肋展开拉索5与根肋展开拉索6的导向，改变拉力方向，并且减少所述尖肋展开拉索5与所述根肋展开拉索6在辐射肋4的展开过程中所受到的摩擦力。

进一步地，本实施例锁定机构7包括固定锁钩71、活动锁钩72、扭簧73、锁钩固定孔74、肋间轴75。

具体而言，请参见图5，图5为本发明实施例提供的一种带锁定的三折辐射肋伞状天线同步展开机构中锁定机构的剖面示意图，可见，本实施例锁定机构7中固定锁钩71通过所述锁钩固定孔74固定在中间肋42和尖肋43的根部，活动锁钩72通过所述肋间轴75连接在根肋41和中间肋42的顶端，扭簧73套设在肋间轴75上正常状态下为所述活动锁钩72提供锁定扭矩，当天线展开时，固定锁钩71通过接触顶开活动锁钩72，当辐射肋4完全展开时，固定锁钩71与活动锁钩72脱离接触，此时，活动锁钩72在扭簧73的作用下进行复位锁定，使辐射肋4进行锁定。

进一步地，本实施例同步机构8包括同步带轮81、根肋绕线轮82、尖肋绕线轮83、转轴84。

具体而言，请参见图6，图6为本发明实施例提供的一种带锁定的三折辐射肋伞状天线同步展开机构中同步机构结构示意图，可见，本实施例同步机构8中同步带轮81与所述转轴84固定连接，并通过转轴84与中心轮毂1连接，转轴84穿过中心轮毂1的上表面开孔，转轴84在中心轮毂1的上表面开孔中不能上下滑动，仅能转动，根肋绕线轮82与转轴84固定连接，尖肋绕线轮83与转轴84固定连接，同步机构8均匀分布在中心轮毂1上表面，通过同步带来实现同步带轮81的同时转动，为天线展开提供同步性。

本实施例提供的带锁定的三折辐射肋伞状天线同步展开机构工作过程描述如下：

本实施例带锁定的三折辐射肋伞状天线同步展开机构包括中心轮毂1、涡卷弹簧机构2、凸轮3、辐射肋4、尖肋展开拉索5、根肋展开拉索6、锁定机构7、同步机构8。根肋展开拉索6一端固定在凸轮上，另一端穿过涡卷弹簧机构2底座开孔固定在根肋绕线轮82上，尖肋展开拉索5一端固定在尖肋43的根部，通过肋间滑轮45换向从辐射肋4中心穿过，再从凸轮的开槽绕过固定在尖肋绕线轮83上，收拢状态下涡卷弹簧机构2处于压缩状态，展开时，同步带轮81在同步带的作用下顺时针转动，此时根肋绕线轮82与尖肋绕线轮83同步转动，根肋展开拉索6在所述同步机构8的作用下开始放松，根肋41开始展开，尖肋展开拉索5在同步机构8的作用下开始缠绕收紧，中间肋42和尖肋43开始展开，当辐射肋4展开到位之后，锁定机构7进行锁定。

综上所述，本实施例采用三段式辐射肋设计，在满足口径要求的同时，具有较小的收拢体积；本实施例本采用绳索机构(尖肋展开拉索5和根肋展开拉索6)与涡卷弹簧机构2、同步机构8联合作用完成辐射肋的展开，天线展开同步性较好。因此，本实施例解决了现有天线展开时同步性较差的问题，具有收拢体积小、展开平稳等优点，可用于高精度伞状可展开天线设计中。

Claims (7)

1.一种带锁定的三折辐射肋伞状天线同步展开机构，其特征在于，包括中心轮毂(1)、涡卷弹簧机构(2)、凸轮(3)、辐射肋(4)、尖肋展开拉索(5)、根肋展开拉索(6)、锁定机构(7)、同步机构(8)；

所述中心轮毂(1)上两侧通过支座固定连接涡卷弹簧机构(2)，涡卷弹簧机构(2)的中心轴上同轴心固定连接凸轮(3)一端，凸轮(3)另一端连接辐射肋(4)一端，辐射肋(4)随着凸轮3的转动而转动；所述辐射肋(4)另一端为尖段，尖段的根部固定连接尖肋展开拉索(5)一端，尖肋展开拉索(5)另一端缠绕在所述同步机构(8)上，所述同步机构(8)通过轴连接于所述中心轮毂(1)上，凸轮(3)上连接根肋展开拉索(6)一端，根肋展开拉索(6)另一端缠绕在同步机构(8)上，所述辐射肋(4)分为三段，通过连接部位连接，连接部位连接锁定机构(7)。

2.根据权利要求1所述的一种带锁定的三折辐射肋伞状天线同步展开机构，其特征在于，所述辐射肋(4)包括根肋(41)、中间肋(42)、尖肋(43)、肋间轴(44)、肋间滑轮(45)；

所述根肋(41)、中间肋(42)与尖肋(43)的上表面均为抛物面，所述根肋(41)与所述中间肋(42)之间通过所述肋间轴(44)铰接，所述中间肋(42)围绕所述肋间轴(44)旋转，所述尖肋(43)围绕所述肋间轴(44)旋转，完成所述辐射肋(4)的展开。

3.根据权利要求2所述的一种带锁定的三折辐射肋伞状天线同步展开机构，其特征在于，所述肋间滑轮(45)用于所述尖肋展开拉索(5)与所述根肋展开拉索(6)的导向，改变拉力方向，并且减少尖肋展开拉索(5)与根肋展开拉索(6)在辐射肋(4)的展开过程中所受到的摩擦力。

4.根据权利要求1所述的一种带锁定的三折辐射肋伞状天线同步展开机构，其特征在于，所述锁定机构(7)包括固定锁钩(71)、活动锁钩(72)、扭簧(73)、锁钩固定孔(74)、肋间轴(75)；

所述固定锁钩(71)通过锁钩固定孔(74)固定在辐射肋(4)上；

所述活动锁钩(72)通过肋间轴(75)与辐射肋(4)连接，用于辐射肋(4)的锁定；

所述扭簧(73)正常状态下为活动锁钩(72)提供锁定扭矩，用于所述锁定机构(7)的锁定。

5.根据权利要求1所述的一种带锁定的三折辐射肋伞状天线同步展开机构，其特征在于，所述同步机构(8)包括同步带轮(81)、根肋绕线轮(82)、尖肋绕线轮(83)、转轴(84)；

所述同步带轮(81)与转轴(84)固定连接，并通过所述转轴(84)与中心轮毂(1)连接；所述根肋绕线轮(82)与转轴(84)固定连接；所述尖肋绕线轮(83)与转轴(84)固定连接。

6.根据权利要求1所述的一种带锁定的三折辐射肋伞状天线同步展开机构，其特征在于，所述中心轮毂(1)为一固定构件，所述中心轮毂(1)上表面和底面均设置有开孔，并且底面设置有加强筋。

7.根据权利要求1所述的一种带锁定的三折辐射肋伞状天线同步展开机构，其特征在于，所述辐射肋(4)展开后口径为2m，收拢后，可收拢于450×450×420mm体积内。

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