CN1770550A - 可刚化充气展开的平面框架支撑结构 - Google Patents

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Abstract

可刚化充气展开的平面框架支撑结构，它涉及一种平面天线或太阳帆板使用的可展开的平面框架支撑结构。本发明解决了已有的太阳帆板和平面天线的平面框架支撑结构采用机械式展开，存在结构复杂、展开可靠性差、整体重量重、折叠效率低问题。本发明的框架4内装有沿框架4纵向放置的基板，基板与框架4通过系带2固接，基板的上端面具有贴片层3，导线6的左端装在框架4上的可刚化充气展开的支撑管4－1内并与支撑管4－1的电加热层4－1－1相连接，充气管道5的左端装在支撑管4－1内，充气管道5上装有控制阀7。本发明具有结构简单、展开可靠性好、整体重量轻、折叠效率高、发射体积小的优点，可用于构建卫星等飞行器的平面天线及太阳帆板。

Description

可刚化充气展开的平面框架支撑结构
技术领域
本发明涉及一种平面天线或太阳帆板上使用的可展开的平面框架支撑结构。
背景技术
平面天线及太阳帆板在卫星、载人飞船、空间站等飞行器中的应用已非常广泛，平面天线及太阳帆板能否正常工作关键在于其平面框架支撑结构是否能正常展开。传统的平面框架支撑结构的展开主要采用机械式刚性结构，此展开支撑结构是由很多刚性构件通过连接机构、控制展开机构和锁紧机构连接而成，因而在使用中存在结构复杂、易出故障、展开可靠性差、整体重量重、折叠效率低的问题，特别是对大尺寸的太阳帆板和平面天线的展开支撑结构存在的上述问题就更显突出了。由于平面天线的尺寸大小对卫星等飞行器信号接收或发射的精度和灵敏度影响较大，平面天线的尺寸越大，卫星等飞行器信号接收或发射的精度和灵敏度就越高；而太阳帆板的作用是为卫星等飞行器提供电力保障，太阳帆板的尺寸越大，为卫星等飞行器提供的电力就越充足。从上述分析可以看出，设计出性能稳定、使用安全、可靠的平面天线及太阳帆板的可展开的平面框架支撑结构对卫星等飞行器的发展和使用起着至关重要的作用。
发明内容
本发明的目的是为解决已有的太阳帆板和平面天线的平面框架支撑结构由于采用机械式展开，在使用中存在结构复杂、易出故障、展开可靠性差、整体重量重、折叠效率低的问题而提供的一种可刚化充气展开的平面框架支撑结构。它包括基板、贴片层3；它还包括系带2、可刚化充气展开的框架4、充气管道5、导线6、控制阀7；所述的框架4内装有沿框架4纵向放置的基板，所述的基板与框架4之间通过系带2固定连接；基板的上端面具有贴片层3，导线6的左端装在框架4上的可刚化充气展开的支撑管4-1内并与所述的支撑管4-1的电加热层4-1-1相连接，充气管道5的左端装在支撑管4-1内，充气管道5上装有控制阀7；所述的基板是刚性基板或柔性基板1-2。
本发明具有以下有益效果：一、采用可刚化充气展开的框架作为本发明的可刚化充气展开的平面框架支撑结构的主体，在该框架内装置基板，基板以系带的连接方式在彼此相互连接的同时又与可刚化充气展开的框架相连接，因而在使用时可保证该框架以任意尺寸折叠，折叠效率高，发射体积小。二、框架中的支撑管由于采用可刚化充气展开的结构，支撑管可沿轴线方向以充气压力作为驱动力展开，展开后支撑管通电加热固化，从而形成稳定的、满足结构刚度要求的支撑结构。三、平面框架由于采用可刚化充气展开的支撑结构，解决了已有的平面框架采用机械式展开支撑结构带来的结构复杂、易出故障、展开可靠性差、整体重量重、折叠效率低的问题。四、本发明由于在充气管道上装有控制阀，可控制充气管道充入到支撑管内部的气体流量和流速，使框架的充气展开过程较为稳定。五、由于支撑管是由多层薄膜复合材料构成，支撑管抗弯刚度、强度等性能指标可通过改变支撑管的直径、长度、管壁厚度及材料性能等方法进行设计。六、本发明具有结构简单、展开可靠性高、整体重量轻、折叠效率高、发射体积小的优点，可用于构建卫星、载人飞船等飞行器的平面天线及太阳帆板；也可用于构建其它空间大型平面结构，如空间太阳能发电站。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图(基板采用刚性基板)；图2是本发明的整体结构示意图(基板采用柔性基板1-2)，图3是右端盖4-5的主视图，图4是图3的A-A剖面图，图5是左端面4-4的主视图，图6是图5的B-B剖面图，图7是支撑管4-1的主视图，图8是图7的左视图，图9是框架4与充气管道5和导线6相连接的俯视图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1、图2、图7、图9说明本实施方式，本实施方式由基板、系带2、贴片层3、可刚化充气展开的框架4、充气管道5、导线6、控制阀7组成；所述的框架4内装有沿框架纵向放置的基板，所述的基板与框架4之间通过系带2固定连接；基板的上端面具有贴片层3，导线6的左端装在框架4上的可刚化充气展开的支撑管4-1内并与所述的支撑管4-1的电加热层4-1-1相连接，充气管道5的左端装在支撑管4-1内，充气管道5上装有控制阀7；所述的基板是刚性基板或柔性基板1-2。
具体实施方式二：结合图1、图9说明本实施方式，本实施方式的刚性基板由一组平行放置的刚性基板单元1-1-1组成，相邻两块刚性基板单元1-1-1之间及刚性基板单元1-1-1与框架4之间通过系带2固定连接。基板由一组刚性基板单元1-1-1组成，采用此结构可保持基板整体平整，便于折叠。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图2、图9说明本实施方式，本实施方式的柔性基板1-2由至少一层聚合物薄膜或至少一层树脂预浸纤维织物构成，柔性基板1-2与框架4之间通过系带2固定连接。采用柔性基板1-2具有结构简单、重量轻、折叠效率高、折叠体积较小的优点。本实施方式中，为保持柔性基板1-2的平面度，柔性基板1-2的外周边采用悬链线1-2-1的形式与系带2相连接。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：结合图3、图4、图5、图6、图9说明本实施方式，本实施方式的框架4由左支承板4-2、右支承板4-3、左端盖4-4、右端盖4-5可刚化充气展开的支撑管4-1、卡箍4-6组成；所述的可刚化充气展开的支撑管4-1由前支撑管4-1-2和后支撑管4-1-3组成；左支撑板4-2与右支承板4-3平行对齐放置，左支撑板4-2的右端面的两端分别与左端盖4-4固定连接，右支撑板4-3的左端面与左端盖4-4相对应的位置上分别固定连接有右端盖4-5，左端盖4-4的外圆周端面上具有与卡箍4-6相配合的环形凹槽44-1，右端盖4-5的外圆周端面上具有与卡箍4-6相配合的环形槽4-5-1，左支撑板4-2与右支撑板4-3之间装有前支撑管4-1-2和后支撑管4-1-3，前支撑管4-1-2的左端和后支撑管4-1-3的左端分别装在左端盖4-4的外圆周端面上并用卡箍4-6固接，前支撑管4-1-2的右端和后支撑管4-1-3的右端分别装在右端盖4-5的外圆周端面上并用卡箍4-6固接。在左端盖4-4的外圆周端面上加工环形凹槽4-4-1，并将卡箍4-6固定装在所述的环形凹槽4-4-1内；在右端盖4-5的外圆周端面上加工环形槽4-5-1，并将卡箍4-6固定装在所述的环形槽4-5-1内，采用上述结构用以对前支撑管4-1-2和后支撑管4-1-3的轴向固定；本实施方式中的右端盖4-5为充气端端盖，右端盖4-5的端面具有供充气管道5通过的轴向孔4-5-4和供导线6通过的轴孔4-5-5。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
本实施方式中，为减轻框架4的整体重量，左端盖4-4沿轴向加工有凹孔4-4-2，右端盖4-5沿轴向加工有凹槽4-5-2；为使前支撑管4-1-2的左端和后支撑管4-1-3的左端与左端盖4-4固定牢固，左端盖4-4上加工有凸台4-4-3；为使前支撑管4-1-2的右端和后支撑管4-1-3的右端与右端盖4-5固定牢固，右端盖4-5上加工有台肩4-5-3。
具体实施方式五：结合图7、图8说明本实施方式，本实施方式的支撑管4-1的管壁由内至外依次由气体阻隔层4-1-4、电加热层4-1-1、热固化层4-1-5、绝热层4-1-6和空间环境防护层4-1-7组成。支撑管4-1由多层复合材料层制成，具有重量轻、折叠效率高的优点。其它组成及连接关系与具体实施方式四相同。
具体实施方式六：结合图7说明本实施方式，本实施方式的支撑管4-1的热固化层4-1-5由环氧树脂预浸碳纤维织物材料制成。加热固化后可保证支撑管4-1所需要的强度和刚度。其它组成及连接关系与具体实施方式五相同。
具体实施方式七：结合图7说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式六的不同点是：本实施方式的支撑管4-1的热固化层4-1-5由环氧树脂预浸芳纶纤维织物材料制成。其特点是强度高、柔韧性好；也可采用碳纤维预浸织物和芳纶纤维预浸织物复合而成。
具体实施方式八：结合图7说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式六的不同点是：本实施方式的支撑管4-1的热固化层4-1-5由两种树脂预浸纤维织物的复合薄膜制成，可满足支撑管4-1的不同性能要求。
具体实施方式九：结合图7说明本实施方式，本实施方式的支撑管4-1的气体阻隔层4-1-4由聚合物薄膜制成，气体阻隔层4-1-4的厚度δ为0.01mm。管壁要求较薄时，采用此参数。其它组成及连接关系与具体实施方式五相同。
本实施方式中，所使用的聚合物薄膜为聚酰亚胺薄膜，气体阻隔层4-1-4选用上述材料具有较好的阻隔性能。
具体实施方式十：结合图7说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式九的不同点是：本实施方式的气体阻隔层4-1-4的厚度δ为0.2mm。管壁要求较厚时，采用此参数。
具体实施方式十一：结合图7说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式九的不同点是：本实施方式的气体阻隔层4-1-4的厚度δ为0.1mm，管壁要求不很厚时，采用此参数。
具体实施方式十二：结合图7说明本实施方式，本实施方式的支撑管4-1的热固化层4-1-5由一层树脂预浸纤维织物制成。可根据管壁结构性能要求设计管壁厚度，当支撑管4-1刚度要求较小时，热固化层4-1-5可选用上述结构参数。其它组成及连接关系与具体实施方式五相同。
具体实施方式十三：结合图7说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式十二的不同点是：本实施方式的热固化层4-1-5由十层树脂预浸纤维织物制成。当支撑管4-1的刚度要求较大时，热固化层4-1-5可选用上述结构参数。
具体实施方式十四：结合图7说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式十二的不同点是：本实施方式的热固化层4-1-5由二十层树脂预浸纤维织物制成。当支撑管4-1的刚度要求很大时，热固化层4-1-5可选用上述结构参数，以满足支撑管4-1抗弯曲刚度的要求。
具体实施方式十五：结合图7、图9说明本实施方式，本实施方式的支撑管4-1的电加热层4-1-1由电加热薄膜或排布在一起的耐高温电阻丝制成。采用此结构的电加热层4-1-1受热均匀，电加热层4-1-1通过导线6供电生热。其它组成及连接关系与具体实施方式五相同。
具体实施方式十六：结合图7说明本实施方式，本实施方式的支撑管4-1的空间环境防护层4-1-7由聚酰亚胺薄膜材料制成，也可以涂敷防护涂层。设置空间环境防护层4-1-7的作用是可防止支撑管4-1遭到空间辐射而损害。其它组成及连接关系与具体实施方式五相同。
具体实施方式十七：结合图1、图2说明本实施方式，本实施方式的贴片层3是微带天线电磁单元。用于接收或发射卫星信号。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式十八：结合图1、图2说明本实施方式，本实施方式的贴片层3是太阳帆板电池贴片。将太阳光能转化为电能为卫星等飞行器提供电力。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

Claims (10)

1、一种可刚化充气展开的平面框架支撑结构，它包括基板、贴片层(3)；其特征在于它还包括系带(2)、可刚化充气展开的框架(4)、充气管道(5)、导线(6)、控制阀(7)；所述的框架(4)内装有沿框架纵向放置的基板，所述的基板与框架(4)之间通过系带(2)固定连接，基板的上端面具有贴片层(3)，导线(6)的左端装在框架(4)上的可刚化充气展开的支撑管(4-1)内并与所述的支撑管(4-1)的电加热层(4-1-1)相连接，充气管道(5)的左端装在支撑管(4-1)内，充气管道(5)上装有控制阀(7)；所述的基板是刚性基板或柔性基板(1-2)。
2、根据权利要求1所述的可刚化充气展开的平面框架支撑结构，其特征在于所述的刚性基板由一组平行放置的刚性基板单元(1-1-1)组成，相邻两块刚性基板单元(1-1-1)之间及刚性基板单元(1-1-1)与框架(4)之间通过系带(2)固定连接。
3、根据权利要求1所述的可刚化充气展开的平面框架支撑结构，其特征在于所述的柔性基板(1-2)由至少一层聚合物薄膜或至少一层树脂预浸纤维织物构成，柔性基板(1-2)与框架(4)之间通过系带(2)固定连接。
4、根据权利要求1所述的可刚化充气展开的平面框架支撑结构，其特征在于所述的框架(4)由左支承板(4-2)、右支承板(4-3)、左端盖(4-4)、右端盖(4-5)、可刚化充气展开的支撑管(4-1)、卡箍(4-6)组成；所述的可刚化充气展开的支撑管(4-1)由前支撑管(4-1-2)和后支撑管(4-1-3)组成；左支撑板(4-2)与右支承板(4-3)平行对齐放置，左支撑板(4-2)的右端面的两端分别与左端盖(4-4)固定连接，右支撑板(4-3)的左端面与左端盖(4-4)相对应的位置上分别固定连接有右端盖(4-5)，左端盖(4-4)的外圆周端面上具有与卡箍(4-6)相配合的环形凹槽(4-4-1)，右端盖(4-5)的外圆周端面上具有与卡箍(4-6)相配合的环形槽(4-5-1)，左支撑板(4-2)与右支撑板(4-3)之间装有前支撑管(4-1-2)和后支撑管(4-1-3)，前支撑管(4-1-2)的左端和后支撑管(4-1-3)的左端分别装在左端盖(4-4)的外圆周端面上并用卡箍(4-6)固接，前支撑管(4-1-2)的右端和后支撑管(4-1-3)的右端分别装在右端盖(4-5)的外圆周端面上并用卡箍(4-6)固接。
5、根据权利要求1或4所述的可刚化充气展开的平面框架支撑结构，其特征在于所述的支撑管(4-1)的管壁由内至外依次由气体阻隔层(4-1-4)、电加热层(4-1-1)、热固化层(4-1-5)、绝热层(4-1-6)和空间环境防护层(4-1-7)组成。
6、根据权利要求5所述的可刚化充气展开的平面框架支撑结构，其特征在于所述的气体阻隔层(4-1-4)由聚合物薄膜制成，气体阻隔层(4-1-4)的厚度(δ)为0.01～0.2mm。
7、根据权利要求5所述的可刚化充气展开的平面框架支撑结构，其特征在于所述的热固化层(4-1-5)由至少一层树脂预浸纤维织物制成。
8、根据权利要求5所述的可刚化充气展开的平面框架支撑结构，其特征在于所述的电加热层(4-1-1)由电加热薄膜或排布在一起的耐高温电阻丝制成。
9、根据权利要求1所述的可刚化充气展开的平面框架支撑结构，其特征在于所述的贴片层(3)是微带天线电磁单元。
10、根据权利要求1所述的可刚化充气展开的平面框架支撑结构，其特征在于所述的贴片层(3)是太阳帆板电池贴片。
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