EP0068137A1 - Deployable antenna mesh reflector - Google Patents
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- H01Q15/16—Reflecting surfaces; Equivalent structures curved in two dimensions, e.g. paraboloidal
- H01Q15/161—Collapsible reflectors
Definitions
- the invention relates to a deployable antenna network reflector, in which a reflector network is stretched between articulated, radially diverging in the deployed, stiff ribs.
- the flexible cross connectors of the known reflector arrangement attached to the rib ends are subjected to extraordinarily high mechanical stresses, in particular when the ribs lie close together in the folded state.
- vibratory energy is introduced into the reflector structure, which must also be absorbed by the cross connectors.
- top surfaces of the ribs 2 to 6 appearing in plan view are parabolically curved perpendicular to the plane of the drawing and, in a first approximation, define a parabolic reflector surface.
- a fine-meshed, metallic reflector network (not shown) is attached to the ribs, which can be brought into a parabolically curved shape with high approximation, for example by a second, wide-mesh adjustment network arranged underneath and adjustable cross wires connecting the two networks.
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Abstract
Bekannt sind entfaltbare Antennen-Netzreflektoren, bei denen zwischen gelenkig gelagerten, im enffalteten Zustand radial auseinanderstrebenden, in sich steifen Rippen ein Reflektornetz aufgespannt ist. Um bei derartigen Reflektoren ein einwandfreies Entfalten jederzeit sicherzustellen, sollen je zwei Rippen (2, 4; 4, 6) verbindende Kniehebel (8, 9) vorgesehen sein, an deren Kniegelenken (8', 9') über Rollen (17, 19) geführte Seile (14, 16) angreifen. Die Kniehebel sind jeweils mit ihren beiden Enden an den Rippen angelenkt, sind einseitig knickbar und rasten in gestreckter Stellung ein. Mehreren Kniehebeln zugeordnete Seile können gemeinsam betätigbar sein. Die Kniehebel können mit Abstand von den Rippenenden angebracht sein oder diese verbinden.Deployable antenna network reflectors are known in which a reflector network is stretched between articulated, radially diverging in the unfolded state and stiff ribs. In order to ensure proper unfolding at any time with such reflectors, two ribs (2, 4; 4, 6) connecting toggle levers (8, 9) should be provided, on their knee joints (8 ', 9') via rollers (17, 19) Attack guided ropes (14, 16). The toggle levers are articulated with their two ends on the ribs, can be bent on one side and engage in the extended position. Ropes assigned to several toggle levers can be actuated together. The toggle levers can be mounted at a distance from the rib ends or connect them.
Description
Die Erfindung betrifft einen entfaltbaren Antennen-Netzreflektor, bei dem zwischen gelenkig gelagerten, im entfalteten Zustand radial auseinanderstrebenden, in sich steifen Rippen ein Reflektornetz aufgespannt ist.The invention relates to a deployable antenna network reflector, in which a reflector network is stretched between articulated, radially diverging in the deployed, stiff ribs.
Derartige Antennen-Reflektoren werden vor allem in der Raumfahrt verwendet, da es dort darauf ankommt, in einem begrenzten Transportvolumen möglichst viel Nutzlast unterzubringen. Die Antennen werden deshalb im zusammengefalteten Zustand transportiert und erst nach Erreichen der Umlaufbahn entfaltet. Es sind bereits die verschiedensten Konstruktionen für solche Faltantennen bekannt, die jeweils besonders angepaßte Entfaltmechanismen besitzen (siehe Zeitschrift für Flugwissenschaft und Weltraumforschung, 4 (1980), Heft 5, Seiten 255 bis 267). Dort ist unter anderem ein entfaltbarer Offset-Reflektor mit den eingangs erwähnten Merkmalen beschrieben (loc. cit. Seite 264), der in zwei aufeinanderfolgenden Phasen entfaltet wird. Zunächst wirken die zwischen den Rippenenden angebrachten flexiblen Querverbinder, die im zusammengefalteten Zustand unter Spannung stehen und nach der Entfesselung die Entfaltung des Reflektors durch Aufspreizung der radialen Rippen einleiten. Für die volle Entfaltung und Verriegelung, die für eine definierte Oberflächenform des Reflektornetzes erforderlich ist, muß ein zusätzlicher Antrieb vorgesehen werden, da auf dem letzten Stück des Entfaltweges der zunehmenden Netzspannung entgegengewirkt werden muß. Hierzu sind bei der bekannten Vorrichtung über einen Stellmotor betätigte Seilzüge vorgesehen, deren konstruktive Ausbildung jedoch nicht weiter beschrieben ist.Antenna reflectors of this type are used primarily in space travel, since it is important to accommodate as much payload as possible in a limited transport volume. The antennas are therefore transported in the folded state and only unfolded after reaching orbit. A wide variety of constructions for such folding antennas are already known, each of which has specially adapted deployment mechanisms (see Journal of Flight Science and Space Research, 4 (1980), No. 5, pages 255 to 267). There, among other things, a deployable offset reflector is described with the features mentioned at the beginning (loc. Cit. Page 264), which is deployed in two successive phases. First of all, there are flexible cross connectors between the rib ends, which are under tension in the folded state and, after unleashing, initiate the unfolding of the reflector by spreading the radial ribs. For the full deployment and locking, which is required for a defined surface shape of the reflector network, an additional drive must be provided, since the increasing distance on the last part of the deployment path Mains voltage must be counteracted. For this purpose, cables operated via a servomotor are provided in the known device, the design of which, however, is not further described.
Die an den Rippenenden angebrachten flexiblen Querverbinder der bekannten Reflektoranordnung sind, insbesondere wenn die Rippen im gefalteten Zustand eng aneinanderliegen, außerordentlich hohen mechanischen Spannungen ausgesetzt. Hinzu kommt, daß beim Start Vibrationsenergie in die Reflektorstruktur eingeleitet wird, die von den Querverbindern zusätzlich aufgenommen werden muß. Diese außerordentlich hohen Belastungen bringen die Gefahr mit sich, daß der eine oder andere Querverbinder noch vor Beginn des Entfaltvorganges bricht und ein ordnungsgemäßes Entfalten somit nicht mehr gewährleistet ist.The flexible cross connectors of the known reflector arrangement attached to the rib ends are subjected to extraordinarily high mechanical stresses, in particular when the ribs lie close together in the folded state. In addition, at the start vibratory energy is introduced into the reflector structure, which must also be absorbed by the cross connectors. These extraordinarily high loads entail the risk that one or the other cross connector breaks before the unfolding process begins and proper unfolding is therefore no longer guaranteed.
Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, einen entfaltbaren Antennen-Netzreflektor bereitzustellen, dessen Konstruktion hohen mechanischen Belastungen gewachsen ist und bei dem ein einwandfreies Entfalten jederzeit sichergestellt ist.The invention was therefore based on the object of providing a deployable antenna network reflector, the design of which can withstand high mechanical loads and in which perfect deployment is ensured at all times.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß je zwei Rippen verbindende, mit ihren beiden Enden an diesen angelenkte, einseitig knickbare und in gestreckter Stellung einrastende Kniehebel vorgesehen sind, an deren Kniegelenken über Rollen geführte Seile angreifen.This object is achieved according to the invention in that two ribs connecting, with their two ends articulated on this, one-side kinkable and in the stretched position engaging toggle levers are provided, on the knee joints on ropes guided by rollers.
Mit dieser Konstruktion wird erreicht, daß der Entfaltvorgang nunmehr in einem Zuge abläuft, und zwar durch Betätigung der Seile, die an den Kniegelenken der erfindungsgemäß vorgesehenen Kniehebel angreifen. Die Kniehebel sind im gefalteten Zustand im wesentlichen radial nach außen eingeknickt und werden durch die Seile, die im wesentlichen radial nach innen wirken, bis in die gestreckte Stellung gezogen, in der sie einrasten. Dadurch ist sowohl das einwandfreie Entfalten als auch die notwendige Verriegelung gesichert. Die Kniehebel stehen im gefalteten Zustand nicht unter Spannung und sind den während des Transportes auftretenden Belastungen ohne weiteres gewachsen.With this construction it is achieved that the unfolding process now takes place in one go, by actuating the ropes which act on the knee joints of the toggle levers provided according to the invention. The toggle levers are folded essentially radially outwards in the folded state and are pulled by the ropes which act essentially radially inwards to the extended position in which they engage. This ensures proper unfolding as well as the necessary locking. When folded, the toggle levers are not under tension and can easily cope with the loads that occur during transport.
Insbesondere kann die Anordnung so ausgebildet sein, daß mehreren Kniehebeln zugeordnete Seile gemeinsam betätigbar sind. Hierdurch wird bewirkt, daß der gesamte Reflektor gleichmäßig entfaltet werden kann, so daß das Reflektornetz nicht einseitig unter Spannung gerät. Die für den Entfaltungsvorgang wesentlichen Kniehebel werden vorzugsweise mit Abstand von den radial nach außen weisenden Rippenenden angebracht. Sie können dann kürzer ausgebildet sein, als wenn sie im Bereich der Rippenenden angebracht wären, und überdies sind dann die Winkel zwischen den beiden Armen der Kniehebel im gefalteten Zustand größer, wodurch der Beginn des Entfaltvorganges erleichtert wird. Demselben Zweck dient auch die als günstig anzusehende Maßnahme, zwischen den Rippen Abstandshalter vorzusehen, so daß die Rippen im gefalteten Zustand nicht direkt aneinanderliegen. Je größer der anfängliche Abstand zwischen den Rippen ist, desto größer wird auch der Hebelwinkel und desto leichter kann der Entfaltvorgang eingeleitet werden.In particular, the arrangement can be designed such that ropes assigned to several toggle levers can be actuated together. This has the effect that the entire reflector can be unfolded evenly, so that the reflector network does not come under tension on one side. The toggle levers essential for the unfolding process are preferably attached at a distance from the radially outwardly pointing rib ends. They can then be shorter than if they were attached in the region of the rib ends, and moreover the angles between the two arms of the toggle lever are larger in the folded state, which facilitates the start of the unfolding process. The same purpose also serves as the measure to be regarded as favorable, to provide spacers between the ribs, so that the ribs do not lie directly against one another in the folded state. The larger the initial distance between the ribs, the larger the lever angle and the easier the unfolding process be initiated.
Um eine in der entfalteten und verriegelten Stellung besonders stabile Reflektorstruktur zu erhalten, ist zu empfehlen, die Rippenenden ebenfalls durch einseitig knickbare, in gestreckter Stellung einrastende Kniehebel untereinander zu verbinden. Diese äußeren Kniehebel können darüber hinaus, ähnlich wie die bereits erwähnten, mit Abstand von den Rippenenden angeordneten Kniehebel, noch zusätzlich zur Unterstützung des Entfaltvorganges herangezogen werden. Dazu ist vorgesehen, an den Kniegelenken der die Rippenenden verbindenden Kniehebel ebenfalls Seile angreifen zu lassen.In order to obtain a particularly stable reflector structure in the unfolded and locked position, it is recommended to also connect the rib ends to one another by means of toggle levers that can be bent on one side and engage in the extended position. These outer toggle levers can, in addition, similarly to the already mentioned toggle levers arranged at a distance from the rib ends, additionally be used to support the unfolding process. For this purpose, it is provided that ropes are also engaged on the knee joints of the toggle lever connecting the rib ends.
Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen und den im folgenden näher beschriebenen Ausführungsformen zu entnehmen.Further advantageous embodiments of the invention can be found in the subclaims and the embodiments described in more detail below.
Es zeigen in schematischer Weise
- Fig. 1 einen Antennen-Netzreflektor gemäß der Erfindung in entfaltetem Zustand,
- Fig.' 2 den Reflektor der Fig. 1 im zusammengefalteten Zustand,
- Fig. 3 einen weiteren Antennen-Netzreflektor gemäß der Erfindung im entfalteten Zustand,
- Fig. 4 den Reflektor der Fig. 3 im zusammengefalteten Zustand.
- 1 shows an antenna network reflector according to the invention in the deployed state,
- Fig. ' 2 the reflector of FIG. 1 in the folded state,
- 3 shows a further antenna network reflector according to the invention in the unfolded state,
- Fig. 4 shows the reflector of Fig. 3 in the folded state.
Der in Fig. 1 in stark schematisierter Weise dargestellte Netzreflektor ist mit 1 bezeichnet. Detailliert dargestellt ist nur die eine Hälfte, die andere ergibt sich daraus als spiegelbildliche Entsprechung. Der Reflektor besteht im wesentlichen aus einer zentralen Rippe 2, zu dessen beiden Seiten jeweils sich anschließenden drei weiteren Rippen 3, 4, 5 sowie je einer Abschlußrippe 6. Die Rippen 2 bis 5 sind senkrecht zur Zeichenebene fachwerkartig verstärkt und im wesentlichen flächenhaft ausgebildet, während die Abschlußrippen 6 ebenfalls fachwerkartig verstärkt sind, jedoch in Form eines Raumfachwerkes. Die Rippen sind sämtlich an einem Halterungsblock 7 befestigt, die Rippen 3 bis 6 schwenkbar. Sie bestehen vorzugsweise aus kohlefaserverstärktem Kunststoff, sind daher sehr leicht und trotzdem äußerst belastungsfähig. Zwischen den Rippen 2, 4 und 6 sind ein erster sowie ein zweiter innerer Kniehebel 8 bzw. 9 vorgesehen, die an den Rippen angelenkt sind und deren Kniegelenke 8' sowie 9' in der dargestellten gestreckten Hebelstellung eingerastet sind, jedoch radial nach außen eingeknickt werden können. Die radial nach außen weisenden Enden der Rippen 2 bis 6 sind durch weitere, äußere Kniehebel 10 bis 13 untereinander verbunden. Diese sind in der dargestellten Position ebenfalls eingerastet und über ihre Kniegelenke 10' bis 13' radial nach außen knickbar.The network reflector shown in a highly schematic manner in FIG. 1 is designated by 1. Only one half is shown in detail; as a mirror image equivalent. The reflector consists essentially of a
An den Kniegelenken 8' bis 12' der Kniehebel 8 bis 12 greifen insgesamt drei Seile 14, 15, 16 an. Das erste Seil 14 läuft über eine erste Ausgleichsrolle 17, das zweite Seil 15 über eine zweite Ausgleichsrolle 18 und das dritte Seil 16 über eine dritte Ausgleichsrolle 19. An den Ausgleichsrollen 18 und 19 greift ein viertes Seil 20 an, das über eine vierte Ausgleichsrolle 21 läuft. An dieser wiederum greift ein Zugseil 22 an, auf das mit Hilfe eines nicht dargestellten Antriebes, beispielsweise eines Motors, ein im wesentlichen radial nach innen gerichteter Zug ausgeübt werden kann.A total of three
Weiterhin sind noch einige (nicht bezifferte) Führungsrollen dargestellt, deren Funktion sich unmittelbar aus der Fig. 2 ergibt.Furthermore, some (not numbered) guide rollers are shown, the function of which results directly from FIG. 2.
Die in Draufsicht erscheinenden Oberseiten der Rippen 2 bis 6 sind senkrecht zur Zeichenebene parabolisch gekrümmt und definieren in erster Näherung eine parabolische Reflektoroberfläche. An den Rippen ist ein (nicht dargestelltes) engmaschiges, metallisches Reflektornetz befestigt, das beispielsweise durch ein zweites, darunter angeordnetes, weitermaschiges Justiernetz sowie justierbare, beide Netze verbindende Querdrähte mit hoher Annäherung in eine parabolisch gekrümmte Form gebracht werden kann.The top surfaces of the
In Fig. 2 sind für diesselben Bauteile diesselben Bezifferungsnummern wie in Fig. 1 verwendet. Die Darstellung ist insoweit noch weiter schematisiert, als die Rippen 3 bis 6 nur mehr dünn gestrichelt angedeutet und die Kniehebel 8 bis 13 dick gestrichelt gezeichnet sind, und zwar aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit. Die Rippen liegen nicht direkt aneinander, da sie durch (nicht dargestellte) Abstandshalter in einem gewissen Abstand gehalten werden. Die inneren beiden Kniehebel 8 und 9 sind somit nicht völlig zusammengefaltet, so daß auf Grund des zwischen den Hebelarmen sich öffnenden Winkels der Entfaltvorgang leichter eingeleitet werden kann. Dies geschieht dadurch, daß mit Hilfe des Zugseils 22 auf die Ausgleichsrolle 21 ein im wesentlichen radial nach innen gerichteter Zug ausgeübt wird. Dieser überträgt sich auf die Ausgleichsrollen 18 und 19 sowie 17, so daß schließlich auf die Kniegelenke der inneren sowie äußeren Kniehebel 8, 9 bzw. 10 bis 12 eine Kraft ausgeübt wird, die die Kniehebel in die gestreckte Lage zu bringen sucht.In FIG. 2, the same numbering as in FIG. 1 is used for the same components. The representation is further schematized insofar as the ribs 3 to 6 are only shown in thin dashed lines and the toggle levers 8 to 13 are shown in thick dashed lines, for reasons of better clarity. The ribs do not lie directly against one another, since they are kept at a certain distance by spacers (not shown). The inner two toggle levers 8 and 9 are thus not completely folded together, so that the unfolding process can be initiated more easily due to the angle opening between the lever arms. This is done in that an essentially radially inwardly directed train is exerted on the compensating
Dadurch werden gleichzeitig die Rippen auseinandergespreizt, bis schließlich die Kniehebel in ihrer gestreckten Lage einrasten und die Reflektorstruktur damit verriegelt ist. Der Reflektor befindet sich dann in dem in Fig. 1 dargestellten entfalteten Zustand.As a result, the ribs are spread apart until the toggle levers finally snap into their extended position and the reflector structure is locked with it. The reflector is then in the unfolded state shown in FIG. 1.
Zahl und Art der Rippen entsprechen beim Ausführungs= beispiel der Figuren 3 und 4 denen der Fig. 1 und 2. Die entsprechenden Bezifferungen sind daher übernommen worden. Das gleiche gilt für die inneren und äußeren Kniehebel 8, 9 bzw. 10 bis 13. Die Anordnung unterscheidet sich von der der Fig. 1 und 2 im wesentlichen dadurch, daß die inneren Kniehebel nunmehr lediglich über ein an ihren Kniegelenken 8' bzw. 9' angreifendes Seil 23, das über eine Ausgleichsrolle 24 läuft, unter Zug gesetzt werden, und zwar mit Hilfe eines Zugseiles 25. Die dick gestrichelt dargestellten äußeren Kniehebel 10 bis 12 werden nicht radial von innen her betätigt, sondern über ein peripher umlaufendes Spannseil 26. Zu dessen Führung dienen einmal an den Kniegelenken der äußeren Kniehebel 10 bis 13 gehalterte Seilführungen 27 bis 30, die als mit Laufrillen versehene hohle Schienen ausgebildet sein können, und von denen das Spannseil 26 radial außen geführt wird. Zum anderen sind an den radial nach außen gerichteten Enden der Rippen 2 bis 6 Führungsrollen 31 bis 35 schwenkbar angebracht, von denen das Spannseil 26, in radialer Richtung gesehen, innen geführt wird. Die Zug- bzw. Spannseile 25 und 26 können von beispielsweise motorgetriebenen Aufwickelvorrichtungen 36 und 37, deren Ausbildung nicht erfindungswesentlich ist, unter Zug gesetzt werden. Dies geschieht, wenn der Reflektor aus dem in Fig. 4 dargestellten, zusammengefalteten Zustand in den in Fig. 3 dargestellten, entfalteten und verriegelten Zustand gebracht werden soll.The number and type of ribs in the embodiment = example of FIGS. 3 and 4 correspond to those of FIGS. 1 and 2. The corresponding numbers have therefore been adopted. The same applies to the inner and outer toggle levers 8, 9 and 10 to 13. The arrangement differs from that of FIGS. 1 and 2 essentially in that the inner toggle levers now only have one on their knee joints 8 'and 9 'Attacking
Die Darstellungsweise der Fig. 4 entspricht der der Fig. 2, die Bezifferung der der Fig. 3. Soll der Reflektor entfaltet werden, so wird gleichzeitig ein Zug auf das Zugseil 25 sowie das Spannseil 26 ausgeübt. Zur Streckung der inneren Kniehebel 8 und 9 würde an sich die Betätigung des Zugseiles 25 ausreichen, der Entfaltvorgang wird jedoch durch zusätzliche Betätigung des Spannseiles 26 erleichtert und beschleunigt.The representation of FIG. 4 corresponds to that of FIG. 2, the numbering of that of FIG. 3. If the reflector is to be unfolded, a pull is simultaneously exerted on the
Die in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Ausgleichsrollen 21 und 24 sowie 17, 18 und 19 bewirken, daß der auf die Zugseile 22 bzw. 25 ausgeübte Zug gleichmäßig an die Kniegelenke der entsprechenden Kniehebel weitergeleitet wird, so daß der Entfaltvorgang ebenfalls so gleichförmig wie möglich abläuft.The compensating
Bei den in den Fig. dargestellten Ausführungsbeispielen handelt es sich zwar in beiden Fällen um Reflektoren vom Offset-Typ, die Erfindung ist jedoch nicht hierauf beschränkt, vielmehr kann sie entsprechend ohne weiteres bei zentralsymmetrischen Reflektoren angewendet werden.The exemplary embodiments shown in the figures are in both cases reflectors of the offset type, but the invention is not limited to this, but rather can be used accordingly with centrally symmetrical reflectors.
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