ES2308197T3 - Estructura de soporte desplegable. - Google Patents
Estructura de soporte desplegable. Download PDFInfo
- Publication number
- ES2308197T3 ES2308197T3 ES04743412T ES04743412T ES2308197T3 ES 2308197 T3 ES2308197 T3 ES 2308197T3 ES 04743412 T ES04743412 T ES 04743412T ES 04743412 T ES04743412 T ES 04743412T ES 2308197 T3 ES2308197 T3 ES 2308197T3
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- antenna structure
- curved
- structure according
- phase
- antenna
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
- H01Q1/08—Means for collapsing antennas or parts thereof
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
- H01Q1/27—Adaptation for use in or on movable bodies
- H01Q1/28—Adaptation for use in or on aircraft, missiles, satellites, or balloons
- H01Q1/288—Satellite antennas
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q15/00—Devices for reflection, refraction, diffraction or polarisation of waves radiated from an antenna, e.g. quasi-optical devices
- H01Q15/14—Reflecting surfaces; Equivalent structures
- H01Q15/18—Reflecting surfaces; Equivalent structures comprising plurality of mutually inclined plane surfaces, e.g. corner reflector
- H01Q15/20—Collapsible reflectors
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Astronomy & Astrophysics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Aerials With Secondary Devices (AREA)
- Prostheses (AREA)
Abstract
Una estructura (10) de antena desplegable en dos fases que comprende: cuatro superficies (A, A'', B, B'')interconectadas; medios que definen cuatro líneas (11, 11'', 12, 12'') de articulación curvadas a lo largo de las cuales dichas superficies se interconectan; siendo dichas superficies movibles entre una primera posición replegada, en la que las superficies proporcionan un bloque (5, 6) de forma y tamaño predeterminados, y una primera posición desplegada en la que dos de dichas superficies están dobladas a lo largo de sus respectivas líneas centrales de forma que las superficies (A, A'', B, B'') están en una condición básicamente plana; y siendo dichas superficies movibles adicionalmente entre dicha primera posición desplegada y una segunda posición desplegada en la que dos de las superficies (B, B'') son de forma cóncava enfrentadas y las otras dos superficies (A, A'') son superficies de forma convexa enfrentadas, formando las cuatro superficies curvadas una estructura bien definida.
Description
Estructura de soporte desplegable.
La presente invención se refiere a mejoras
relacionadas con una estructura de antena desplegable. Más
particularmente, pero no exclusivamente, la presente invención se
refiere a mejoras relacionadas con una estructura de soporte de un
reflector desplegable en dos fases que tiene utilidad en diversas
aplicaciones espaciales y terrestres.
Antes de este estudio inventivo, el solicitante
realizó estudios de compromiso del sistema para estructuras de
satélites que llevan equipos de radar de observación de la Tierra
adecuados para lanzamiento, por ejemplo, en el vehículo de
lanzamiento Rockot (Howard, 2001). Las posibles opciones de diseño
para el radar incluían un reflector desenrollable (de retícula o
inflable), un reflector articulado de dos ejes y un reflector
articulado de un solo eje. Las primeras dos opciones se rechazaron
porque se descubrió que la opción del reflector desenrollable era
cara y la opción del reflector articulado de dos ejes era
complicada e innecesaria. El solicitante seleccionó entonces un
reflector articulado de un solo eje como línea base. La
configuración/alojamiento del reflector incluía un reflector con
alimentador central, un reflector dual (reflector
principal/sub-reflector) y un reflector con
alimentador descentrado. El reflector de alimentador central tenía
un reflector principal con alas desplegables alimentadas
centralmente desde un conjunto de alimentación lineal desplegable.
Aunque esta opción ofrecía el diseño mecánico más simple y la
solución compacta, se rechazó debido a la gran preocupación sobre
la necesidad de que la alimentación de la radio frecuencia (RF) se
transfiriese mediante las articulaciones de despliegue al conjunto
de alimentación. El diseño del reflector dual tenía un conjunto de
alimentación lineal fijo pero tenía un sub-reflector
desplegable. Esta opción se rechazó también debido a las pérdidas
de RF no deseadas provenientes del bloqueo. El diseño del reflector
descentrado tenía un conjunto de alimentación lineal fijo, no tenía
ningún elemento portador de alimentación de RF para desplegar, no
tenía sub-reflector, no tenía bloqueo y necesitaba
doblarse durante el lanzamiento. El reflector descentrado fue por
consiguiente seleccionado como línea base por el solicitante.
Se conoce de los documentos US5.909.860 y
US5.520.747 proporcionar una estructura de soporte de una antena
para un satélite con un sistema de despliegue en dos fases en el
que la primera fase proporciona una estructura básicamente plana de
superficies articuladas y la segunda fase proporciona articulación
adicional de las superficies hasta una posición completamente
desplegada.
El documento EP1.168.498A2 proporciona una
estructura de soporte de una antena similar con un despliegue
multifase de superficies articuladas.
La presente invención se propone superar o al
menos reducir sustancialmente algunos de los problemas
anteriormente mencionados relacionados con diseños conocidos.
El principal objeto de la presente invención es
proporcionar una estructura de antena desplegable en dos fases que
encuentra utilidad en misiones espaciales de bajo coste y que tiene
claramente una ventaja estructural en términos de ahorro de peso,
elevada rigidez y precisión de superficie bien definida.
Según la presente invención se proporciona una
estructura de antena desplegable en dos fases que comprende: cuatro
superficies interconectadas; medios que definen cuatro líneas de
articulación curvadas a lo largo de las cuales dichas superficies
se interconectan; siendo dichas superficies movibles entre una
primera posición replegada, en la que las superficies proporcionan
un bloque de forma y tamaño predeterminados, y una primera
posición desplegada en la que dos de dichas superficies están
dobladas a lo largo de sus líneas centrales respectivas de forma
que las superficies están en condición básicamente plana; y siendo
dichas superficies movibles adicionalmente entre dicha primera
posición desplegada y una segunda posición desplegada en la que
dos de las superficies son superficies de forma cóncava enfrentadas
y las otras dos superficies son superficies de forma convexa
enfrentadas, formando las cuatro superficies curvadas una
estructura bien definida.
Preferiblemente, una de las superficies curvadas
está configurada para proporcionar una superficie reflectante. La
superficie reflectante tiene convenientemente una forma parabólica,
aunque otros tipos de formas de reflector se podrían posiblemente
usar en su lugar para conseguir la misma función reflectante.
De forma ventajosa, la primera fase de
despliegue de la estructura implica que las superficies se
desdoblen a partir de una configuración predeterminada en rollo,
doblada/enrollada o doblada en Z.
De forma ventajosa, la segunda fase de
despliegue implica que la estructura se desdoble en condición
básicamente plana para formar una estructura sólida hueca bien
definida con fines de despliegue.
\newpage
Convenientemente, el proceso de despliegue puede
ser alimentado mediante la provisión de articulaciones con energía
de deformación elástica, por ejemplo, articulaciones de resorte de
cinta, en algunas o todas las líneas de articulación de la
estructura. También se pueden usar mecanismos de enclavamiento
adicionales para enclavar la estructura en la posición desplegada,
si se desea.
Ventajosamente, la estructura en condición
desplegada tiene rigidez elevada; por ejemplo, en una forma de
realización esto resulta de que la estructura tiene una sección
transversal de tipo caja de paredes finas.
Ventajosamente, las superficies de la estructura
están adecuadamente curvadas para reforzar la resistencia global
de la estructura por medio de la disminución del pandeo local.
Observe que la curvatura concreta de las superficies se determina
adecuadamente por la forma de la línea de articulación que une las
superficies. Se debe apreciar también que la resistencia de la
estructura se puede mejorar adicionalmente, si se desea, haciendo
algunas de las superficies doblemente curvadas.
Convenientemente, la estructura de antena está
formada por material compuesto ligero, material compuesto de fibra
de carbono, por ejemplo.
Además, según otro aspecto de la presente
invención se proporciona un procedimiento de despliegue de una
estructura de antena en dos fases que comprende las etapas de:
proporcionar un bloque de forma y tamaño predeterminados en
condición replegada, cuyo bloque comprende cuatro superficies
interconectadas con medios que definen cuatro líneas de
articulación curvadas a lo largo de las cuales las superficies se
interconectan; desdoblar las superficies del bloque para el
despliegue de la primera fase en el que dos de las superficies
están dobladas a lo largo de sus líneas centrales respectivas de
manera que forman una estructura básicamente plana; y desdoblar las
superficies de la estructura básicamente plana sobre las líneas de
articulación curvadas para el despliegue de la segunda fase por
medio del cual dos de las superficies se vuelven superficies de
forma cóncava enfrentadas y las otras dos superficies se vuelven
superficies de forma convexa enfrentadas, formando las cuatro
superficies curvadas un estructura bien definida.
Además, la presente invención se amplía a un
sistema reflector para aplicaciones espaciales que incorpora la
estructura de antena descrita anteriormente en el presente
documento. Un sistema de este tipo podría comprender
convenientemente tres elementos funcionales, concretamente un
sistema de sujeción durante el lanzamiento, una estructura de
soporte y un reflector desplegable. También se prevé que un sistema
de este tipo se podría diseñar para apoyar misiones espaciales de
bajo coste que emplean pequeñas plataformas y que soportan una
carga útil de los SAR (radares de apertura sintética) bien de banda
L o bien de banda P.
La presente invención también se amplía a
vehículos espaciales y a sistemas de satélites de radar de apertura
sintética (SAR) que incorporan el sistema reflector descrito
anteriormente en el presente documento. En una posible aplicación,
por ejemplo, una de las superficies curvadas se podría usar para
formar la superficie reflectante del radar de apertura sintética
(SAR).
Se debe apreciar que la estructura de antena
tiene un diseño simplificado y mecánicamente robusto y se puede
implementar fácilmente con un coste razonable en diversas
aplicaciones espaciales, por ejemplo, en aplicaciones de reflexión
así como en aplicaciones de absorción. La estructura de antena
también se podría usar posiblemente para aplicaciones
terrestres/otras, por ejemplo, fabricación de MEMS, siendo esto
posible cuando las superficies de la estructura están formadas por
material de lámina fina de espesor típicamente de tamaño
micrométrico.
Las características anteriores y adicionales de
la invención se exponen con particularidad en las reivindicaciones
adjuntas y se describirán en el presente documento a continuación
con referencia a los dibujos adjuntos.
la fig. 1 es una vista esquemática de la
estructura de soporte que ilustra los principios de la presente
invención, mostrando la figura 1(a) la estructura en
condición plana (fase uno del proceso de despliegue) y mostrando
la figura 1(b) la estructura en condición desplegada (fase
dos del proceso de despliegue);
la fig. 2 es una vista esquemática de la
estructura de soporte de la figura 1, mostrando la figura
2(a) la estructura en forma de Z en condición replegada y
mostrando la figura 2(b) la estructura en forma enrollada en
condición replegada;
la fig. 3 es una vista esquemática de una forma
de realización ejemplar de la presente invención, mostrando la
figura 3(a) una estructura de antena sólida hueca en
condición básicamente plana (fase uno del proceso de despliegue) y
mostrando la figura 3(b) la estructura de la figura
3(a) en condición complemente desplegada (fase dos del
proceso de despliegue);
la fig. 4 es una vista esquemática de una
estructura de antena preferida que se incorpora a la presente
invención cuando está en configuración desplegada;
la fig. 5 es una vista de un modelo de corte
para una estructura preferida que se incorpora a la presente
invención;
\newpage
\global\parskip0.930000\baselineskip
la fig. 6 es una estructura modelo de una
estructura de antena sólida hueca que se incorpora a la presente
invención cuando está en condición desplegada;
las figs. 7 y 8 muestran dos maneras diferentes
en las que se empaqueta la estructura de la figura 6, mostrando la
figura 7 la estructura en condición doblada en Z y mostrando la
figura 8 la estructura en condición enrollada;
la fig. 9 es una vista esquemática de otra
estructura de antena que se incorpora a la presente invención;
la fig. 10 es una vista esquemática de una
estructura de antena sólida hueca de sección decreciente que se
incorpora a la presente invención;
la fig. 11 es una vista de un modelo de corte
para la estructura de la figura 10;
la fig. 12 es una vista esquemática de otra
estructura de antena que se incorpora a la presente invención;
y
las figs. 14 a 17 proporcionan una explicación
de la definición geométrica de la estructura de la figura 3,
mostrando la figura 14 dos configuraciones de una superficie
curvada una sola vez, mostrando la figura 15 un perfil del borde
requerido de la lámina A para dar forma a una superficie curvada
una sola vez en configuración desplegada (a) y en configuración
doblada (b), mostrando la figura 16 un perfil de superficie RF
(todas las dimensiones en mm) y mostrando la figura 17 una vista
desde arriba de una estructura de soporte aplanada (suponiendo un
diseño decreciente b_{0} \neq b_{1}).
Con referencia primero a la figura 1, en la
misma se muestra de forma esquemática una estructura 1 de soporte
desplegable que ilustra los principios de la presente invención. La
estructura 1 de soporte, que se indica de forma general con una
línea continua en una condición de despliegue plana de la primera
fase en la figura 1(a) y en una condición de despliegue de
la segunda fase en la figura 1(b), comprende dos superficies
formadas por material de lámina A, B que se interconectan de forma
articulada entre sí a lo largo de una línea/borde 3 articulado no
recto. En la figura 1(a), las dos láminas A, B están hechas
para que sean coplanares porque descansan en el mismo plano
horizontal, permitiendo que la estructura 1 sea plana en condición
desplegada. En la figura 1(b), la estructura 1 se puede
desplegar completamente sacando la lámina A del plano de forma
controlable mediante algún ángulo respecto a la posición de la
lámina B mostrada en la figura 1(a), por ejemplo, girando
90° la lámina A, lo que tiene como resultado que ambas láminas A, B
se curven. Convenientemente, como se muestra en la figura, dando
forma adecuadamente al borde 3 de la lámina A de una manera
predeterminada, es posible hacer que la lámina B de interconexión
adopte cualquier forma curvada una sola vez requerida.
Convenientemente, las láminas están hechas de material compuesto de
carbono tejido.
La figura 2(a) muestra cómo se puede
doblar de forma eficaz la estructura de la figura 1(a)
usando un esquema de doblado tipo Z para formar un bloque 5
compacto bien definido. La figura 2(b) muestra cómo se puede
doblar de forma alternativa la estructura de la figura 1(a),
si es necesario, usando un esquema de doblado de tipo enrollado
para formar un bloque 6 compacto de tamaño diferente. Así, como se
muestra en las figuras 1 y 2, la estructura se puede doblar de
forma eficaz mediante un proceso de doblado en dos fases, mediante
el cual la primera fase del proceso de doblado implica aplanar la
estructura de la figura 1(b) para formar la estructura de la
figura 1(a) y la segunda fase del proceso de doblado implica
doblar la estructura de la figura 1(a) para formar una
estructura doblada del tipo mostrado en la figura 2. Se debe
apreciar que se pueden usar tipos diferentes de esquemas de doblado
para efectuar la segunda fase del proceso de doblado y que la
figura 2 muestra, a modo de ejemplo, dos tipos de bloque 5, 6 que
resultan del procedimiento de doblado.
Se debe entender que los dos tipos de bloque
doblado de la figura 2 tienen diversas ventajas e
inconvenientes.
- \bullet
- Requiere más volumen cuando está replegada.
- \bullet
- Proceso de despliegue fácil de controlar.
- \bullet
- Requiere mismo tamaño de ranuras o paredes laterales.
- \bullet
- Se requiere colocar las ranuras uniformemente.
- \bullet
- Requiere volumen cuando está replegada.
- \bullet
- Proceso de despliegue difícil de controlar.
- \bullet
- Requiere tamaños diferentes de ranuras para las paredes laterales.
- \bullet
- Las ranuras no están colocadas uniformemente.
\global\parskip1.000000\baselineskip
La figura 3 muestra de forma esquemática una
estructura 10 de antena desplegable preferida que se incorpora a la
presente invención. La estructura 10 de antena, que se indica de
forma general con una línea continua en una condición de despliegue
plana de la primera fase en la figura 3(a) y en una
condición de despliegue de la segunda fase en la figura
3(b), comprende dos pares de láminas A, A', B, B' de
interconexión que están acopladas entre sí a lo largo de los bordes
11, 11', 12, 12' no rectos de la estructura. Más particularmente,
como se muestra en la figura 3(a), las láminas A y A', que
son idénticas, están conectadas a las láminas B y B', que también
son idénticas. La forma del borde se realiza de forma que sea
idéntica en las cuatro láminas A, A', B, B'. La estructura de la
figura 3(a) se obtiene convenientemente introduciendo un
doblez sobre las líneas discontinuas (véase la figura 3(b))
a lo largo de las líneas centrales de la lámina A y A'. Como se
muestra en la figura 3(b), la estructura se puede desplegar
completamente para formar una estructura sólida hueca bien definida
en la que las cuatro láminas A, A', B, B' forman cuatro superficies
curvadas de conexión. En esta forma de realización descrita, las
superficies B y B' curvadas superior e inferior tienen forma
cóncava y las dos superficies A, A' curvadas de las paredes
laterales tienen forma convexa. Observe que las cuatro superficies
A, A', B, B' curvadas tienen uniones articuladas a lo largo de seis
líneas de articulación. También se debe apreciar que la estructura
sólida hueca de la figura 3(b) se puede doblar de forma
eficaz mediante un proceso de doblado en dos fases, mediante el
cual la primera fase del proceso de doblado implica aplanar
sustancialmente la estructura de la figura 3(b) para formar
la estructura de la figura 3(a) y la segunda fase del
proceso de doblado implica doblar la estructura de la figura
3(a) para formar una estructura doblada del tipo mostrado en
el figura 2.
Convenientemente, las láminas están hechas de
material compuesto de carbono tejido. Convenientemente, las láminas
curvadas de la estructura 10 se pueden unir usando cinta de vidrio
tejida (cinta 79 de 3M, tela de vidrio blanco con adhesivo
acrílico). La cinta está típicamente sometida a cargas de cizalla y
se puede aplicar con un ángulo si se desea.
Convenientemente, la estructura 10 se fabrica de
la siguiente manera. Primero, dos paredes laterales se unen
sucesivamente a la superficie superior en posición plana y, después
de ello, se añade otra pared a la estructura de forma que cierre la
estructura. Resortes de cinta, por ejemplo resortes de cinta de
lámina, se pueden añadir a las paredes laterales, si se desea, para
aumentar la rigidez estructural global y proporcionar alimentación
adicional al despliegue. Se pueden requerir espacios en la
estructura para separar el material de las láminas cerca de los
bordes con escotaduras, por lo que se reducen/evitan sobretensiones
de la estructura.
De forma ventajosa, las paredes laterales se
pueden unir de forma efectiva a la superficie superior/inferior
mediante mecanismos de junta articulados en T (no mostrados).
También se pueden incorporar elementos (no mostrados) de refuerzo
(nervadura) en la estructura para reducir/evitar el pandeo local de
las paredes. El espaciado de las uniones de cinta típicamente se
reduce/minimiza para resistencia y rigidez uniformes.
Como se mencionó anteriormente, las
articulaciones de resorte de cinta se pueden usar convenientemente
para alimentar el despliegue y también incrementar la rigidez de
las paredes laterales. El número de resortes de cinta y la
distancia entre remaches usados en la estructura se puede variar
fácilmente con fines de optimización. Se pueden usar arandelas
curvadas para reducir/evitar el aplanamiento de resortes de cinta,
si se desea. Se pueden usar fácilmente pernos en la estructura como
alternativa a los remaches.
Se pueden requerir ranuras en la estructura para
superficies con curvatura de 180° (paredes laterales) porque
cruzan las líneas de articulación cuando se dobla la estructura. La
longitud y anchura de las ranuras depende del tipo de doblado
concreto (véase la figura 2) y propiedades del material concreto de
la estructura. La posición de las ranuras se puede ajustar
fácilmente según el tipo de doblado concreto de la estructura.
Se pueden colocar convenientemente cables de
arriostramiento cruzados y elementos rigidizadores verticales (no
mostrados) en los extremos de la estructura de forma que rigidicen
la estructura (es decir, reduzcan/eviten el pandeo) cuando esté
desplegada. También se podrían incorporar a la estructura elementos
rigidizadores transversales para reducir los efectos del pandeo
estructural local, si se desea.
Se pueden incorporar también elementos (no
mostrados) de enclavamiento adicionales en la estructura para
enclavar de forma adicional la estructura en la posición
desplegada, si es necesario.
De forma ventajosa, como se muestra en la figura
4, se puede colocar fácilmente una superficie 15 reflectante (RF)
en lugar de la lámina B superior de la estructura de la figura 3 de
forma que proporcione una estructura 10' de soporte del reflector
de antena con fines de despliegue. Se podría colocar
alternativamente, o incluso adicionalmente, una superficie
reflectante en lugar de la lámina B' inferior, si se desea, aunque
esto no es una opción preferida. Como se muestra, la superficie 15
reflectante tiene una forma parabólica bien definida. Se debe
entender, sin embargo, que se podrían usar en su lugar otras formas
de reflector no parabólicas en la estructura 10' de antena, si es
necesario. La estructura 10' de antena de la figura 4 se puede
doblar en dos fases como se explicó anteriormente.
Las diversas uniones entre las diferentes
láminas de la estructura 10' de antena se pueden hacer
convenientemente con, por ejemplo, cinta flexible. Se contempla que
los dobleces en una lámina concreta sean pliegues elásticos a lo
largo de las líneas de doblado necesarias o podrían hacerse cortando
la lámina en dos partes y uniendo esas partes con cinta flexible.
Ventajosamente, se pueden usar resortes de cinta para mantener las
láminas planas en la configuración desplegada. En este aspecto, la
figura 5 muestra una vista esquemática del modelo de corte típico y
distribución de las uniones de resorte de cinta para una
estructura de soporte del tipo mostrado en la figura 4.
En la figura 6 se muestra una realización de
estructura modelo de una estructura 20 de antena sólida hueca
preferida que se incorpora a la presente invención cuando está en
condición desplegada. Observe que esta estructura 20 tiene una
configuración de la superficie curvada de interconexión bien
definida similar a la descrita en la forma de realización de la
figura 3(b). Observe también que esta estructura 20 se basa
en el mecanismo de despliegue de dos fases como se explicó
anteriormente.
En las figuras 7 y 8 se muestran a modo de
ejemplo dos realizaciones de estructura modelo diferentes de la
estructura de antena de la figura 6 cuando está en condición
doblada. La figura 7 muestra una primera manera en que la
estructura está doblada/empaquetada de forma eficaz para formar una
configuración tipo doblada en Z bien definida. La figura 8 muestra
una segunda manera en que la estructura está doblada/empaquetada de
forma eficaz para formar una configuración enrollada bien
definida. Las diversas ventajas e inconvenientes asociadas con
tales tipos de doblado se han explicado anteriormente en relación
con las figura 2(a), (b).
En la figura 9 se muestra de forma esquemática
otra estructura 30 de antena preferida que se incorpora a la
invención cuando está en configuración desplegada. Como se muestra
en la figura, la estructura 30 tiene una configuración de la
superficie curvada de interconexión bien definida en la que los
bordes curvados de dos láminas están hechos para coincidir en dos
puntos extremos. Como resultado, se forma un sólido hueco en
condición desplegada que está delimitado por dos líneas (como las
formadas por los bordes de dos láminas) en vez de dos rectángulos.
Observe también que la estructura descrita se basa en el mecanismo
de despliegue de dos fases como se explicó anteriormente.
En la figura 10 se muestra de forma esquemática
otra estructura 40 de antena sólida hueca de sección decreciente
que se incorpora a la invención cuando está en configuración
desplegada. Como se muestra en la figura, la estructura tiene una
configuración de la superficie curvada de interconexión bien
definida que es diferente de la estructura de antena de la figura 6
descrita anteriormente porque la estructura hueca resultante es de
sección decreciente (en contraposición a ser de sección no
decreciente).
La figura 11 muestra el modelo de corte
correspondiente para la estructura de sección decreciente de la
figura 10.
La figura 12 muestra otra estructura 50 de
antena sólida hueca que se incorpora a la presente invención
cuando está en configuración desplegada. Como se muestra, la
estructura 50 tiene cuatro superficies de interconexión que juntas
forman un sólido hueco bien definido y la superficie inferior
señalada (en contraposición a la superficie superior) está
desplegada como una superficie reflectante (RF). Esta estructura 50
se basa en el mecanismo de despliegue de dos fases como se explicó
anteriormente.
En referencia ahora a las figuras 14 a 17, la
definición geométrica de la estructura de antena sólida hueca de la
figura 3 se explica con mayor detalle.
La figura 14(a) muestra una superficie
cilíndrica (correspondiente a la lámina B en la explicación anterior
de la figura 3). Se debe apreciar que el perfil del borde de la
lámina A se determina considerando la forma requerida de la lámina
B. Esta superficie se puede generar considerando la curva
bidimensional z = f (x) y trasladando esta curva a lo largo de un
segmento generador que es paralelo al eje y, por ejemplo BC.
Observe que en la figura 14(a) un punto
general sobre z = f (x) es el punto B; observe también que el eje
x empieza en el origen O y pasa por el punto final A de la curva.
Finalmente, observe que todos los puntos sobre BC tienen la misma
distancia de longitud de arco s desde O y la misma distancia d
desde el plano xy.
Si F y D son las proyecciones de B y E sobre el
plano xy, queda claro que
Ahora considere aplanar la superficie sobre el
plano xy mientras se mantiene su borde fijado a lo largo del eje
y. Durante este proceso, BC se mueve en las direcciones "x" y
"z", mientras permanece paralelo al eje y. La altura d de E
por encima del plano xy se hace cero.
A continuación, considere acoplar la superficie
B curvada a otra superficie A curvada, como se muestra en la
figura 15(a). Se requiere que
\bullet la superficie B tenga una forma
curvada concreta, definida por f(x) como anteriormente, y
que
\bullet las dos superficies se puedan aplanar
juntas.
\vskip1.000000\baselineskip
Ahora se buscará el lugar geométrico de los
puntos E en la superficie B que definen el perfil curvado de la
superficie A y, por tanto, la curva a lo largo de la cual se
acoplan las dos superficies. Se supondrá que el generador BC es
perpendicular a la superficie A en la configuración curvada (es
decir, en la configuración desplegada), aunque se podría considerar
una situación más general. También se supondrá que las dos
superficies están unidas entre sí en el punto E general y que no hay
movimiento relativo de los puntos de unión durante el aplanamiento
o despliegue.
Se aplican las condiciones siguientes
\bulletCondición 1: La longitud de
arco de E, medida sobre la superficie B, es igual a la longitud de
arco OE medida en la superficie A. Esta condición necesita ser
satisfecha en las dos configuraciones extremas mostradas en la
figura 15 y también en cualquier configuración intermedia (pero las
configuraciones intermedias no se considerarán aquí).
\bulletCondición 2: Cuando las
superficies se aplanar, ambos puntos B y D se mueven hacia el punto
F y, de esta forma, B y D coinciden cuando las superficies se
aplanan, véase la figura 15(b). Por tanto, se deduce que
Las condiciones anteriores definen el perfil del
borde requerido de la superficie A. Este perfil está definido por
s (x) y d (x). Dada una curva bidimensional z = f (x), s (x) será
la longitud de arco a lo largo de esta curva, y d (x) = z.
Observe que, de la ecuación 1.1 anterior, ambas
láminas tienen la misma forma curvada una sola vez en la
configuración desplegada.
Para facilidad de fabricación, la estructura
entera debe hacerse a partir de láminas planas. Las superficies
cóncavas y convexas se obtendrán curvando estas láminas.
El perfil parabólico requerido para la
superficie reflectante se muestra en la figura 16. Siguiendo la
explicación anterior, el modelo de corte para las láminas planas
requiere que se calcule la longitud de arco s (x) y la distancia
perpendicular desde la línea de la cuerda hasta la parábola d (x).
Estas dos funciones son invariables en caso de una estructura de
soporte de sección decreciente; por tanto este caso más general se
ha mostrado en la figura 17.
La ecuación de una parábola con vértice en (0,
0) viene dada por
donde a es la distancia focal. La
ecuación 1.2 se puede re-escribir
como
donde k=2\surda. La longitud de
arco desde el punto excéntrico (x_{0}, y_{0}) hasta un punto
genérico (x, y) de la parábola se calcula a partir
de
Sustituyendo la ecuación 1.3 en la ecuación 1.4
y realizando la integración da
Sustituyendo el punto final de la parábola
(x_{f} = 4177 mm, y_{f} = 7184 mm) en la ecuación 1.3 da k =
111,2 mm^{1/2} correspondiente a una longitud focal a = 3089 mm.
Esto proporciona las coordenadas del punto inicial para la
superficie reflectante como x_{0} = 38 mm en y_{0} = 684 mm.
Sustituyendo x_{0} y k en la ecuación 1.5 da
La ecuación de la línea de la cuerda del
reflector, que se une a los puntos inicial y final de la superficie
reflectante, se escribe como donde
\vskip1.000000\baselineskip
donde
a_{0} =
(y_{0}x_{f}-x_{0}y_{f})/(x_{f}-x_{0})
= 624 mm y a_{1} =
(y_{f}-y_{0})/(x_{f}-x_{0})
= 1.57 mm/mm. Considere un punto genérico sobre la parábola, A (x,
y), y un punto en la línea de la cuerda, B (x_{c}, y_{c}).
La distancia entre A v B es
\vskip1.000000\baselineskip
Sustituyendo y = k\sqrt{x} y y_{c} =
a_{0} + a_{1}x_{c} en la ecuación 1.8 obtenemos
\vskip1.000000\baselineskip
La distancia más corta d (x) entre y (x) y la
línea de la cuerda se puede obtener minimizando dAB. Por tanto,
hacemos igual a cero la derivada primera de dAB respecto a x_{c}
y resolvemos para x_{c}.
La distancia más corta d (x) se obtiene
sustituyendo la ecuación 1.11 en la ecuación 1.9.
Finalmente, sustituyendo los valores numéricos
para k, a_{0} y a_{1} en la ecuación 1.12 da
Habiendo por tanto descrito la presente
invención en referencia a las diversas formas de realización
preferidas, se debe apreciar que las formas de realización son en
todos los aspectos ejemplares y que son posibles modificaciones y
variaciones sin apartarse del alcance de la invención. Por ejemplo,
las superficies de la estructura inventiva pueden tener grados de
curvatura variables y formas y tamaños variables.
Además, se debe apreciar que la estructura
inventiva tiene utilidad en diversas aplicaciones espaciales así
como en aplicaciones terrestres; por ejemplo, la estructura se
podría desplegar en aplicaciones de reflexión así como en
aplicaciones de absorción (tipo disposición solar). La estructura
de antena también se podría usar posiblemente para aplicaciones del
tipo fabricación de MEMS siempre que las superficies de la
estructura estén formadas adecuadamente por material de lámina fina
(espesor de tamaño micrométrico).
Claims (16)
1. Una estructura (10) de antena desplegable en
dos fases que comprende: cuatro superficies (A, A', B,
B')inter-
conectadas; medios que definen cuatro líneas (11, 11', 12, 12') de articulación curvadas a lo largo de las cuales dichas superficies se interconectan; siendo dichas superficies movibles entre una primera posición replegada, en la que las superficies proporcionan un bloque (5, 6) de forma y tamaño predeterminados, y una primera posición desplegada en la que dos de dichas superficies están dobladas a lo largo de sus respectivas líneas centrales de forma que las superficies (A, A', B, B') están en una condición básicamente plana; y siendo dichas superficies movibles adicionalmente entre dicha primera posición desplegada y una segunda posición desplegada en la que dos de las superficies (B, B') son de forma cóncava enfrentadas y las otras dos superficies (A, A') son superficies de forma convexa enfrentadas, formando las cuatro superficies curvadas una estructura bien definida.
conectadas; medios que definen cuatro líneas (11, 11', 12, 12') de articulación curvadas a lo largo de las cuales dichas superficies se interconectan; siendo dichas superficies movibles entre una primera posición replegada, en la que las superficies proporcionan un bloque (5, 6) de forma y tamaño predeterminados, y una primera posición desplegada en la que dos de dichas superficies están dobladas a lo largo de sus respectivas líneas centrales de forma que las superficies (A, A', B, B') están en una condición básicamente plana; y siendo dichas superficies movibles adicionalmente entre dicha primera posición desplegada y una segunda posición desplegada en la que dos de las superficies (B, B') son de forma cóncava enfrentadas y las otras dos superficies (A, A') son superficies de forma convexa enfrentadas, formando las cuatro superficies curvadas una estructura bien definida.
2. Una estructura de antena según la
reivindicación 1, en la que una de las superficies (15) curvadas
está configurada para proporcionar una superficie reflectante.
3. Una estructura de antena según la
reivindicación 2, en la que dicha superficie (15) reflectante tiene
una forma parabólica.
4. Una estructura de antena según la
reivindicación 1, en la que una de las superficies curvadas está
configurada para proporcionar una superficie absorbente.
5. Una estructura de antena según cualquiera de
las reivindicaciones precedentes, en la que dicho bloque (5) tiene
una forma doblada tipo Z en condición replegada.
6. Una estructura de antena según cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 4, en la que dicho bloque (6) tiene una
forma enrollada en condición replegada.
7. Una estructura de antena según cualquiera de
las reivindicaciones precedentes, que comprende además medios de
alimentación de articulación para aplicar en las líneas de
articulación para alimentar el despliegue en dos fases de la
estructura.
8. Una estructura de antena según la
reivindicación 7, en la que dicho medio de alimentación de
articulación está dotado con varias articulaciones de resorte de
cinta añadidas de forma selectiva a las paredes de la
estructura.
9. Una estructura de antena según cualquiera de
las reivindicaciones precedentes, que comprende además medios de
enclavamiento para enclavar la estructura en posición
replegada.
10. Una estructura de antena según cualquiera de
las reivindicaciones precedentes, en la que la estructura está
formada por material compuesto ligero.
11. Una estructura de antena según la
reivindicación 10, en la que el material compuesto ligero comprende
material compuesto de fibra de carbono.
12. Una estructura de antena según cualquiera de
las reivindicaciones precedentes, en la que las superficies
curvadas están formadas por material de lámina fina de espesor de
tamaño micrométrico.
13. Un sistema reflector para aplicaciones
espaciales que incorpora una estructura (10) de antena desplegable
para el reflector según cualquiera de las reivindicaciones
precedentes.
14. Un vehículo espacial que incorpora un
sistema reflector según la reivindicación 13.
15. Un satélite con radar de apertura sintética
(SAR) que incorpora un sistema reflector según la reivindicación
13.
16. Un procedimiento de despliegue de una
estructura de antena en dos fases que comprende las etapas de:
(a) proporcionar un bloque de forma y tamaño
predeterminados en condición replegada, cuyo bloque comprende
cuatro superficies interconectadas con medios que definen cuatro
líneas de articulación a lo largo de las cuales se interconectan
las superficies;
(b) desdoblar las superficies del bloque para el
despliegue de la primera fase en el que dos de las superficies
están dobladas a lo largo de sus líneas centrales respectivas para
formar una estructura básicamente plana; y
(c) desdoblar las superficies de la estructura
básicamente plana sobre las líneas de articulación curvadas para el
despliegue de la segunda fase mediante el cual dos de las
superficies (B, B') se vuelven superficies de forma cóncava
enfrentadas y las otras dos superficies (A, A') se vuelven
superficies de forma convexa enfrentadas, formando las cuatro
superficies curvadas una estructura bien definida.
Applications Claiming Priority (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB0316734A GB0316734D0 (en) | 2003-07-17 | 2003-07-17 | Improvements relating to a deployable support structure |
| EP03254474 | 2003-07-17 | ||
| GB0316734 | 2003-07-17 | ||
| EP03254474 | 2003-07-17 | ||
| GB0330015A GB0330015D0 (en) | 2003-12-24 | 2003-12-24 | Improvements relating to a deployable support structure |
| GB0330015 | 2003-12-24 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2308197T3 true ES2308197T3 (es) | 2008-12-01 |
Family
ID=34108334
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES04743412T Active ES2308197T3 (es) | 2003-07-17 | 2004-07-15 | Estructura de soporte desplegable. |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7588214B2 (es) |
| EP (1) | EP1647073B1 (es) |
| AT (1) | ATE400072T1 (es) |
| CA (1) | CA2532291C (es) |
| DE (1) | DE602004014775D1 (es) |
| ES (1) | ES2308197T3 (es) |
| WO (1) | WO2005011056A1 (es) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012082957A1 (en) | 2010-12-15 | 2012-06-21 | Skybox Imaging, Inc. | Ittegrated antenna system for imaging microsatellites |
| CN110518328A (zh) * | 2019-09-27 | 2019-11-29 | 天津航天机电设备研究所 | 一种星载雷达天线及其所用的展开铰链 |
Family Cites Families (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB127067A (en) | 1918-02-22 | 1919-05-29 | Linton Chorley Hope | Improvements in the Construction of Boats or Floats for Aircraft. |
| GB796271A (en) * | 1956-11-09 | 1958-06-11 | Hugh Stevenson & Sons Ltd | Improvements in or relating to boxes or cartons formed of cardboard or like sheet material |
| GB1217067A (en) * | 1968-06-18 | 1970-12-23 | Mardon Son & Hall Ltd | Blank and display pack made therefrom |
| JP2562488B2 (ja) | 1988-08-04 | 1996-12-11 | 富士重工業株式会社 | 展開構造物 |
| CA2106580C (en) | 1991-04-01 | 1995-02-07 | Hadi A. Akeel | Method and system for the flexible assembly of assemblies |
| US5239793A (en) | 1991-06-03 | 1993-08-31 | General Electric Company | Hinge element and deployable structures including hinge element |
| US5778915A (en) * | 1996-12-26 | 1998-07-14 | Patent Category Corporation | Collapsible structures |
| US5520747A (en) | 1994-05-02 | 1996-05-28 | Astro Aerospace Corporation | Foldable low concentration solar array |
| ES2144258T3 (es) | 1995-08-18 | 2000-06-01 | Pethick & Money Ltd | Mejoras introducidas en paquetes de mercancias. |
| JPH1051215A (ja) | 1996-08-05 | 1998-02-20 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | アンテナ装置 |
| EP0926068A1 (en) | 1997-12-24 | 1999-06-30 | Fokker Space B.V. | Solar panel assembly |
| US5909860A (en) * | 1998-02-26 | 1999-06-08 | Hughes Electronics Corporation | Deployment sequencer |
| US6624796B1 (en) * | 2000-06-30 | 2003-09-23 | Lockheed Martin Corporation | Semi-rigid bendable reflecting structure |
| US6910304B2 (en) | 2002-04-02 | 2005-06-28 | Foster-Miller, Inc. | Stiffener reinforced foldable member |
-
2004
- 2004-07-15 ES ES04743412T patent/ES2308197T3/es active Active
- 2004-07-15 EP EP04743412A patent/EP1647073B1/en not_active Not-in-force
- 2004-07-15 CA CA2532291A patent/CA2532291C/en not_active Expired - Fee Related
- 2004-07-15 WO PCT/GB2004/003071 patent/WO2005011056A1/en active IP Right Grant
- 2004-07-15 AT AT04743412T patent/ATE400072T1/de not_active IP Right Cessation
- 2004-07-15 US US10/504,594 patent/US7588214B2/en not_active Expired - Fee Related
- 2004-07-15 DE DE602004014775T patent/DE602004014775D1/de active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP1647073B1 (en) | 2008-07-02 |
| ATE400072T1 (de) | 2008-07-15 |
| US20050230561A1 (en) | 2005-10-20 |
| DE602004014775D1 (de) | 2008-08-14 |
| EP1647073A1 (en) | 2006-04-19 |
| CA2532291A1 (en) | 2005-02-03 |
| US7588214B2 (en) | 2009-09-15 |
| WO2005011056A1 (en) | 2005-02-03 |
| CA2532291C (en) | 2010-09-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Pellegrino | Deployable structures in engineering | |
| EP3614487B1 (en) | Folded rip truss structure for reflector antenna with zero over stretch | |
| ES2717249T3 (es) | Dispositivo de despliegue y de repliegue de una estructura flexible, estructura desplegable flexible y satélite provistos de un dispositivo de este tipo | |
| US5016418A (en) | Synchronously deployable double fold beam and planar truss structure | |
| ES2319526T3 (es) | Dispositivo de soporte de elementos de un equipo espacial, con laminas flexibles desplegables. | |
| US8616502B1 (en) | Deployable solar panel assembly for spacecraft | |
| ES2917885T3 (es) | Reflector de malla con estructura de celosía | |
| US10427805B2 (en) | Deployable inflatable wing | |
| US20080111031A1 (en) | Deployable flat membrane structure | |
| US20100163684A1 (en) | Self opening hinges | |
| CN107482322A (zh) | 一种基于张拉结构的可展开抛物柱面天线 | |
| EP2355247A1 (en) | Extendable rib reflector | |
| US20130186011A1 (en) | Collapsible longeron structures | |
| JP2003531544A (ja) | 所定の表面幾何学形状にアンテナ面を展開且つ維持するラジアル及び円周方向剛性を有するコンパクトに収容可能な薄い連続表面に基づいたアンテナ | |
| CA3122445C (en) | Deployable system with flexible membrane | |
| US7782530B1 (en) | Deployable telescope having a thin-film mirror and metering structure | |
| JP4876941B2 (ja) | 展開型アンテナ | |
| ES2308197T3 (es) | Estructura de soporte desplegable. | |
| JP7459237B2 (ja) | アンテナ用展開式アセンブリ | |
| US6975282B2 (en) | Integrated symmetrical reflector and boom | |
| US6919863B2 (en) | Integrated reflector and boom | |
| JP3095392B2 (ja) | メッシュアンテナ | |
| US11183768B1 (en) | Dual boom deployable parabolic trough reflector | |
| JP4443506B2 (ja) | 宇宙展開型構造物およびその展開方法 | |
| JP2642591B2 (ja) | 展開型アンテナ反射鏡 |