CN116247410B - 一种基于形状记忆合金驱动的可重复扇形展开机构 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种基于形状记忆合金驱动的可重复扇形展开机构。本申请解决了现有技术中航天器的天线展开结构复杂，容易发生损坏而无法展开的问题。该基于形状记忆合金驱动的可重复扇形展开机构包括壳体、展开轴、骨架、连接板和形状记忆合金条；壳体被配置为收纳骨架、连接板和形状记忆合金条；展开轴的两端分别与壳体的两侧壁固定连接；多根向外辐射的骨架均转动连接于展开轴；相邻两根骨架之间，以及壳体的底部和最靠近壳体底部的骨架之间均设置有连接板和形状记忆合金条；每个形状记忆合金条均为弯折结构。因此，本申请实施例的基于形状记忆合金驱动的可重复扇形展开机构实现了重复的展开与收缩，其占用空间小、结构简单、质量小、稳定可控。

Description

一种基于形状记忆合金驱动的可重复扇形展开机构

技术领域

本申请涉及天线技术领域，尤其涉及一种基于形状记忆合金驱动的可重复扇形展开机构。

背景技术

航天器，又称空间飞行器、太空飞行器，是指按照天体力学的规律在太空运行，执行探索、开发、利用太空和天体等特定任务的各类飞行器。目前，许多航天器都具有展开机构，例如探测、气象、通信等卫星以及月球探测车等航天器。航天器的展开机构在发射过程中处于折叠收拢状态，并固定放置在有效载荷舱内。而在发射完成并到达指定位置以后，可由地面控制中心或航天器自主控制该展开机构按要求展开，达到预设形态后锁定并正常工作。

现有天线展开机构的类型较少，随着天线口径的增大，天线刚度下降较为严重。天线采用张紧拉锁能够提高天线机构的整体刚度，但张紧拉锁较为复杂，不易控制，也降低了整体结构的可靠性，使得天线在展开过程中极易发生缠绕现象，从而使得天线展开失败，进而造成较大的经济损失。

发明内容

本申请实施例通过提供一种基于形状记忆合金驱动的可重复扇形展开机构，解决了现有技术中航天器的天线展开结构复杂，容易发生损坏而无法展开的技术问题。

本申请实施例提供了一种基于形状记忆合金驱动的可重复扇形展开机构包括壳体、展开轴、骨架、连接板和形状记忆合金条；所述壳体被配置为收纳所述骨架、所述连接板和所述形状记忆合金条；所述展开轴的两端分别与所述壳体的两侧壁固定连接；多根向外辐射的所述骨架均转动连接于所述展开轴；相邻两根所述骨架之间，以及所述壳体的底部和最靠近所述壳体底部的所述骨架之间均设置有所述连接板和所述形状记忆合金条；每个所述形状记忆合金条均为弯折结构；每块所述连接板被配置为在所述形状记忆合金条收缩时发生弯折。

在一种可能的实现方式中，基于形状记忆合金驱动的可重复扇形展开机构还包括弹簧；相邻两根所述骨架之间，以及所述壳体内的底部和最靠近所述壳体底部的所述骨架之间均设置有所述弹簧；每条所述弹簧被配置为在可重复扇形展开机构展开时为拉伸状态。

在一种可能的实现方式中，每条所述弹簧均设置于所述形状记忆合金条的内侧。

在一种可能的实现方式中，基于形状记忆合金驱动的可重复扇形展开机构还包括支撑部；多个所述支撑部对应设置于多根所述骨架的远离所述展开轴的端部；所述支撑部在垂直所述骨架的方向至少超出所述骨架的一侧。

在一种可能的实现方式中，所述展开轴包括连接部和固定板，以及垂直连接于所述连接部和所述固定板的多根连接轴；两个所述固定板设置于所述连接轴靠近所述壳体的侧壁的两端，两个所述固定板从所述壳体的底部延伸于所述壳体的顶部；其中一根所述连接轴的两端分别与所述壳体的两侧壁固定连接，最远离所述壳体底部的所述骨架转动连接于所述固定板的远离所述壳体的底部的端部，其余多根向外辐射的所述骨架分别与多根所述连接轴一一对应地转动连接。

在一种可能的实现方式中，每块所述连接板的中部沿径向设置有折叠纹。

在一种可能的实现方式中，基于形状记忆合金驱动的可重复扇形展开机构还包括第一连接件；多个所述第一连接件均设置于所述骨架，以及所述壳体内的底部；所述第一连接件的两端连接于所述弹簧和所述骨架，以及最靠近所述壳体底部的所述弹簧和所述壳体的底部。

在一种可能的实现方式中，所述弹簧为双钩拉伸弹簧。

在一种可能的实现方式中，基于形状记忆合金驱动的可重复扇形展开机构还包括第二连接件；多个所述第二连接件均设置于所述骨架，以及所述壳体内的底部；所述第二连接件的两端连接于所述形状记忆合金条和所述骨架，以及最靠近所述壳体底部的所述形状记忆合金条和所述壳体的底部。

在一种可能的实现方式中，所述连接板为天线。

本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

本申请实施例提供的一种基于形状记忆合金驱动的可重复扇形展开机构，包括壳体、展开轴、骨架、连接板和形状记忆合金条。在实际应用时，形状记忆合金条在受太阳照射或者在通电加热后受热相变收缩，弯折结构趋向于展平，从而推动骨架和连接板从壳体中展开并形成扇形结构；在温度下降或者不通电时，形状记忆合金恢复到马氏体状态，易变形，并在弹簧作用下条逐渐恢复到初始状态，拉动骨架和连接板进行收缩至壳体内。本申请实施例采用重量较轻的形状记忆合金条替代了现有技术中繁重复杂的结构。因此，本申请实施例的基于形状记忆合金驱动的可重复扇形展开机构实现了重复的展开与收缩，其占用空间小、结构简单、质量小、稳定可控且安全可靠。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例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申请的一些实施例，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为本申请实施例提供的基于形状记忆合金驱动的可重复扇形展开机构在展开时的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的基于形状记忆合金驱动的可重复扇形展开机构在折叠时的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的形状记忆合金条受热前的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的形状记忆合金条受热时的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的连接轴的结构示意图；

图6为图1的A处的局部放大图。

附图标记：1-壳体；2-弹簧；3-展开轴；31-连接轴；311-第一轴；312-第二轴；313-第三轴；32-连接部；33-固定板；4-骨架；41-支撑部；5-连接板；51-折叠纹；6-形状记忆合金条；7-第一连接件；71-卡孔；8-第二连接件。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中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申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

在本申请实施例的描述中，需要说明的是，术语“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申请实施例和简化描述，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申请的限制。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。此外，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；可以是直接相连，也可以通过媒介连接。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申请实施例中的具体含义。

本申请实施例提供的基于形状记忆合金驱动的可重复扇形展开机构如图1至图6所示。图1为本申请实施例提供的基于形状记忆合金驱动的可重复扇形展开机构在展开时的结构示意图，图2为本申请实施例提供的基于形状记忆合金驱动的可重复扇形展开机构在折叠时的结构示意图，图3为本申请实施例提供的形状记忆合金条受热前的结构示意图，图4为本申请实施例提供的形状记忆合金条受热时的结构示意图，图5为本申请实施例提供的连接轴的结构示意图，图6为图1的A处的局部放大图。

如图1所示，本申请实施例提供的基于形状记忆合金驱动的可重复扇形展开机构包括壳体1、展开轴3、骨架4、连接板5和形状记忆合金条6。壳体1被配置为收纳骨架4、连接板5和形状记忆合金条6。展开轴3的两端分别与壳体1的两侧壁固定连接。多根向外辐射的骨架4均转动连接于展开轴3。壳体1和骨架4可以相对转动，可由呈0°的完全折叠状态转换为完全展开状态，完全展开时可以为180°或200°等角度，展开角度由具体设计参数决定。

具体地，相邻两根骨架4之间，以及壳体1的底部和最靠近壳体1底部的骨架4之间均设置有连接板5和形状记忆合金条6。

另外，可知的是，形状记忆合金条6是一种在加热升温后能完全消除其在较低的温度下发生的预变形，恢复其变形前原始形状的合金材料，即拥有“记忆”效应的合金。形状记忆合金条6作为近年来应用研究较多的智能材料之一，其具有较高地能量驱动密度和可观的变形量，以及简单可靠、无噪音、无电磁干扰等优点。

如图3和图4所示，每个形状记忆合金条6均为弯折结构。形状记忆合金条6在受太阳照射或者在通电加热后受热收缩，弯折结构趋向于展平，从而推动骨架4和连接板5从壳体1中展开并形成扇形结构；在温度下降或者不通电时，形状记忆合金条6逐渐恢复到初始状态，拉动骨架4和连接板5进行收缩至壳体1内。因此，本申请实施例的基于形状记忆合金驱动的可重复扇形展开机构实现了重复的展开与收缩，其占用空间小、结构简单、质量小、稳定可控且安全可靠。此外，基于形状记忆合金驱动的可重复扇形展开机构整体原理简单，实现性较强。

具体地，每块连接板5被配置为在形状记忆合金条6收缩时发生弯折，便于收纳放于壳体1内。

本申请实施例的基于形状记忆合金驱动的可重复扇形展开机构主要应用于天线展开机构。当然，除此以外，基于形状记忆合金驱动的可重复扇形展开机构还可以在航天器的其它部件或其它设备上作相似应用，在此不作限定。现有天线展开机构的类型较少，随着天线口径的增大，天线刚度下降较为严重。天线采用张紧拉锁能够提高天线机构的整体刚度，但张紧拉锁较为复杂，不易控制，也降低了整体结构的可靠性，使得天线在展开过程中极易发生缠绕现象，从而使得天线展开失败。然而，本申请实施例的形状记忆合金条6的重量轻，形状记忆合金条6替代了现有技术中繁重复杂的结构，使该基于形状记忆合金驱动的可重复扇形展开机构的整体质量轻，结构简单，易安装，且不易发生损坏。

如图1所示，本申请实施例提供的基于形状记忆合金驱动的可重复扇形展开机构还包括弹簧2。相邻两根骨架4之间，以及壳体1内的底部和最靠近壳体1底部的骨架4之间均设置有弹簧2。每条弹簧2被配置为在可重复扇形展开机构展开时为拉伸状态。

需要说明的是，该基于形状记忆合金驱动的可重复扇形展开机构在受太阳照射或者在通电加热后，可重复扇形展开机构逐渐展开，弹簧2被相邻两根骨架4或壳体1与靠近壳体1的骨架4拉伸，弹簧2的弹性势能增加。形状记忆合金条6在温度下降或者不通电时，弹簧2的弹性势能释放，弹簧2拉动与之连接的相邻两根骨架4或壳体1与靠近壳体1的骨架4，加快了可重复扇形展开机构的收缩。

继续参照图1所示，每条弹簧2均设置于形状记忆合金条6的内侧。弹簧2设置在形状记忆合金条6的内侧使得可重复扇形展开机构在展开后，不会被过度拉伸而使得弹性势能减弱。另一方面，形状记忆合金条6由于位于弹簧2的外侧，能够通过施加小于弹簧2弹力的外力，从而将可重复扇形展开机构展开。

示例性地，图6中的基于形状记忆合金驱动的可重复扇形展开机构还包括第一连接件7。多个第一连接件7均设置于骨架4，以及壳体1内的底部。第一连接件7的两端连接于弹簧2和骨架4，以及最靠近壳体1底部的弹簧2和壳体1的底部。

在本申请实施例的一种实现方式中，弹簧2为双钩拉伸弹簧。具体地，第一连接件7开设有卡孔71，弹簧2的端部的挂钩挂于卡孔71，能够使弹簧2被快速地拆装。如果检修发现弹簧2的弹性势能减弱，只需更换弹簧2，经济便捷。

进一步地，如图6所示，第一连接件7为L型结构。第一连接件7靠近弹簧2的部分设置有与双钩拉伸弹簧相适配的卡孔71。当然，本申请实施例中第一连接件7不以L型结构为限制，还可以为其他结构形式，比如U型结构或者弧形结构。

示例性地，图1和图2中的基于形状记忆合金驱动的可重复扇形展开机构还包括支撑部41。多个支撑部41对应设置于多根骨架4的远离展开轴3的端部，支撑部41在垂直骨架4的方向至少超出骨架4的一侧。本申请实施例的支撑部41使得可重复扇形展开机构在收缩后，两根骨架4之间以及骨架4与壳体1之间形成空腔，可以防止连接板5被挤压，避免连接板5在可重复扇形展开机构折叠时被损坏，从而使得基于形状记忆合金驱动的可重复扇形展开机构安全可靠，稳定可控。

如图2和图5所示，展开轴3包括连接部32和固定板33，以及垂直连接于连接部32和固定板33的多根连接轴31。固定板33设置于连接轴31靠近壳体1的侧壁的两端，两个固定板33从壳体1的底部延伸于壳体1的顶部。其中一根连接轴31的两端分别与壳体1的两侧壁固定连接，最远离壳体1底部的骨架4转动连接于固定板33的远离壳体1的底部的端部，其余多根向外辐射的骨架4分别与多根连接轴31一一对应地转动连接，使得连接板5和骨架4在展开或者收缩时，可以保持一定的间距，从而使得基于形状记忆合金驱动的可重复扇形展开机构安全可靠。

如图5所示，本申请实施例的骨架4为四根，最外侧的骨架4与固定板33转动连接，其余三根骨架4分别与三根连接轴31一一对应地转动连接。具体地，三根连接轴31分别为第一轴311、第二轴312和第三轴313。第一轴311和第三轴313分别位于第二轴312的两侧，第二轴312的两端分别连接于壳体1的两侧壁，且第二轴312的长度大于第一轴311和第三轴313。当然，本申请不以三根连接轴31为局限，如果基于形状记忆合金驱动的可重复扇形展开机构的骨架4为五根，对应的连接轴31则为四根。这样的结构设计可以最大限度的利用空间，使得基于形状记忆合金驱动的可重复扇形展开机构在展开或者收缩时，结构更稳定。

在本申请实施例的一种实现方式中，如图1所示，每块连接板5的中部沿径向设置有折叠纹51。本申请实施例设置折叠纹51便于连接板5在收缩时折叠，方便收纳。

示例性地，图1和图6中的基于形状记忆合金驱动的可重复扇形展开机构还包括第二连接件8。多个第二连接件8均设置于骨架4，以及壳体1内的底部。第二连接件8的两端连接于形状记忆合金条6和骨架4，以及最靠近壳体1底部的形状记忆合金条6和壳体1的底部。

具体地，第二连接件8为L型结构，可以使得形状记忆合金条6和骨架4，以及最靠近壳体1底部的形状记忆合金条6和壳体1的底部的连接更稳固。当然，本申请实施例中第二连接件8不以L型结构为限制，还可以为其他结构形式，比如U型结构或弧形结构。

进一步地，连接板5为天线。

本说明书中的各个实施方式采用递进的方式描述，各个实施方式之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施方式重点说明的都是与其他实施方式的不同之处。

以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对本申请限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种基于形状记忆合金驱动的可重复扇形展开机构，其特征在于，包括壳体（1）、展开轴（3）、骨架（4）、连接板（5）和形状记忆合金条（6）；

所述壳体（1）被配置为收纳所述骨架（4）、所述连接板（5）和所述形状记忆合金条（6）；

所述展开轴（3）的两端分别与所述壳体（1）的两侧壁固定连接；

多根向外辐射的所述骨架（4）均转动连接于所述展开轴（3）；

相邻两根所述骨架（4）之间，以及所述壳体（1）的底部和最靠近所述壳体（1）底部的所述骨架（4）之间均设置有所述连接板（5）和所述形状记忆合金条（6）；

每个所述形状记忆合金条（6）均为弯折结构；

每块所述连接板（5）被配置为在所述形状记忆合金条（6）收缩时发生弯折；

还包括弹簧（2）；

相邻两根所述骨架（4）之间，以及所述壳体（1）内的底部和最靠近所述壳体（1）底部的所述骨架（4）之间均设置有所述弹簧（2）；

每条所述弹簧（2）被配置为在可重复扇形展开机构展开时为拉伸状态；

每条所述弹簧（2）均设置于所述形状记忆合金条（6）的内侧。

2.根据权利要求1所述的基于形状记忆合金驱动的可重复扇形展开机构，其特征在于，还包括支撑部（41）；

多个所述支撑部（41）对应设置于多根所述骨架（4）的远离所述展开轴（3）的端部；

所述支撑部（41）在垂直所述骨架（4）的方向至少超出所述骨架（4）的一侧。

3.根据权利要求1所述的基于形状记忆合金驱动的可重复扇形展开机构，其特征在于，所述展开轴（3）包括连接部（32）和固定板（33），以及垂直连接于所述连接部（32）和所述固定板（33）的多根连接轴（31）；

两个所述固定板（33）设置于所述连接轴（31）靠近所述壳体（1）的侧壁的两端，两个所述固定板（33）从所述壳体（1）的底部延伸于所述壳体（1）的顶部；

其中一根所述连接轴（31）的两端分别与所述壳体（1）的两侧壁固定连接，最远离所述壳体（1）底部的所述骨架（4）转动连接于所述固定板（33）的远离所述壳体（1）的底部的端部，其余多根向外辐射的所述骨架（4）分别与多根所述连接轴（31）一一对应地转动连接。

4.根据权利要求1所述的基于形状记忆合金驱动的可重复扇形展开机构，其特征在于，每块所述连接板（5）的中部沿径向设置有折叠纹（51）。

5.根据权利要求1所述的基于形状记忆合金驱动的可重复扇形展开机构，其特征在于，还包括第一连接件（7）；

多个所述第一连接件（7）均设置于所述骨架（4），以及所述壳体（1）内的底部；

所述第一连接件（7）的两端连接于所述弹簧（2）和所述骨架（4），以及最靠近所述壳体（1）底部的所述弹簧（2）和所述壳体（1）的底部。

6.根据权利要求5所述的基于形状记忆合金驱动的可重复扇形展开机构，其特征在于，所述弹簧（2）为双钩拉伸弹簧。

7.根据权利要求1所述的基于形状记忆合金驱动的可重复扇形展开机构，其特征在于，还包括第二连接件（8）；

多个所述第二连接件（8）均设置于所述骨架（4），以及所述壳体（1）内的底部；

所述第二连接件（8）的两端连接于所述形状记忆合金条（6）和所述骨架（4），以及最靠近所述壳体（1）底部的所述形状记忆合金条（6）和所述壳体（1）的底部。

8.根据权利要求1所述的基于形状记忆合金驱动的可重复扇形展开机构，所述连接板（5）为天线。