ES2869299T3 - Reflector espacial desplegable - Google Patents

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Abstract

Un reflector espacial desplegable que comprende: un bastidor de soporte periférico desplegable (1), una superficie reflectante y un bastidor tensor (4) para dar forma a la superficie reflectante, un mecanismo de despliegue y un mecanismo de cierre, en donde - el bastidor de soporte periférico comprende: dos anillos poligonales periféricos desplegables (2) que constan de varillas interconectadas (9, 10, 14), el bastidor de soporte periférico comprende además bielas (3), en donde las bielas (3) proporcionan una separación predeterminada de los anillos poligonales, - las varillas interconectadas (9, 10, 14) del primero de los anillos poligonales tienen varillas transversales completas (9, 10), las varillas interconectadas del segundo de los anillos poligonales son varillas individuales interconectadas (14), en donde cada lado del primer anillo poligonal comprende dos varillas transversales completas (9, 10) y cada lado del segundo anillo poligonal comprende una sola varilla interconectada (14), - las varillas transversales completas (9, 10) comprenden accesorios (11), - cada una de las varillas interconectadas (9, 10, 14) se coloca en un plano diferente y cada una de las varillas interconectadas (9, 10, 14) se conecta a dos varillas de conexión paralelas (3), - un extremo de cada una de las varillas transversales completas (9, 10) del primer anillo poligonal comprende una bisagra fija y está conectado a una de las dos bielas paralelas (3) con la bisagra fija y el otro extremo de cada una de las varillas transversales completas (9, 10) comprende una bisagra y está conectada a la otra biela paralela (3) por la bisagra configurada para permitir la traslación sobre la longitud de la otra biela paralela (3), - un extremo de cada una de las varillas individuales interconectadas (14) se articula con bisagras fijado a una de las dos bielas paralelas (3) y el otro extremo de cada una de las varillas individuales interconectadas (14) se articula y se configura para permitir la traslación a lo largo de la biela (3), - los accesorios (11) se montan en los extremos de cada una de las varillas transversales completas (9, 10).

Description

DESCRIPCIÓN
Reflector espacial desplegable
Campo de la invención
La presente invención se refiere a la técnica de radio, concretamente a estructuras espaciales, por ejemplo, grandes reflectores espaciales desplegables (reflectores simétricos, asimétricos, de desplazamiento y de otro tipo), radiotelescopios y ópticos, concentradores de energía y otras estructuras con finalidad análoga.
Descripción del arte relacionado
El reflector espacial desplegable según la patente US6323827, 2001, comprende un bastidor de soporte periférico con dos anillos poligonales periféricos desplegables que consisten en varillas interconectadas, bielas de los anillos que proporcionan una cierta separación de los anillos, una superficie reflectante y un bastidor tensor para dar forma a la superficie reflectante, un mecanismo de despliegue y un mecanismo de cierre.
Este reflector se caracteriza por una baja rigidez y estabilidad, mientras que dos anillos poligonales y bielas de los anillos forman facetas de anillo rectangulares que necesitan medios adicionales para la rigidez - varillas o cables diagonales en la patente.
El otro reflector espacial desplegable conocido [Novel large deployable antenna backing structure concepts for foldable reflectors, ESA/ESTEC, NOORDWIJK, Países Bajos, 2-3 de octubre de 2012, V. Fraux, M. Lawton, Reveles, Z. You] comprende un bastidor de soporte periférico con dos anillos poligonales periféricos desplegables de varillas interconectadas, y bielas de los anillos que proporcionan una cierta separación de los anillos. Uno de los anillos de la estructura de soporte tiene un par de varillas transversales articuladas y el otro anillo, varillas articuladas interconectadas de varillas de plegado en V.
Este reflector también se caracteriza por una baja rigidez y estabilidad, mientras que tiene una fila de varillas de plegado en V como uno de los anillos del bastidor periférico de soporte. Además, se caracteriza por un paquete replegado no compacto, mientras que el otro anillo del bastidor tiene varillas transversales anguladas y las varillas de plegado en V se pliegan dentro del paquete, lo que limita el plegado.
La complejidad de alcanzar el estado desplegado de las varillas de plegado en V es un inconveniente característico del mencionado bastidor periférico.
El reflector espacial desplegable según la patente US5680145 1997, comprende un bastidor de soporte periférico con dos anillos poligonales periféricos desplegables de varillas interconectadas, y bielas de los anillos que proporcionan una cierta separación de los anillos, una superficie reflectante y un bastidor tensor para dar forma a la superficie reflectante, un mecanismo de despliegue y un mecanismo de cierre.
Este reflector también se caracteriza con inconvenientes como una baja rigidez y estabilidad de la configuración desplegada, así como una gran altura del paquete replegado debido a un esquema de plegado de este tipo en el que la altura es una suma de las longitudes de la varilla del anillo y la biela de los anillos. Este reflector también se caracteriza por la complejidad o incluso la imposibilidad de alcanzar los grandes tamaños desplegados del reflector. Este inconveniente es el resultado de la presencia del bastidor tensor, que tiene una forma de lente cóncava de doble faceta. Debido al carácter de la lente doble cóncava, incluso si tiene un espesor cercano a cero en el centro, puede alcanzar alturas mayores en la periferia con diámetros grandes, este hecho limita la altura del reflector bajo el concepto descrito para los tamaños pequeños.
El reflector espacial desplegable según el "Concept of the Tension Truss Antenna", Koryo Miura y Yasuyuki Miyazaki, Instituto de Ciencias Espaciales y Astronáuticas, Yoshidai, Sagamihara, Kanagawa, Japón, AIAA Journal, vol. 28, N° 6, consiste en un bastidor de soporte, una superficie reflectante, el bastidor tensor forma la superficie reflectante, un mecanismo de despliegue y un mecanismo de cierre. El bastidor tensor está hecho de redes de cables delantera y trasera, que están interconectadas por bridas flexibles WO03/003517 A1, US2002/063660 A1, WO2012/065619 A1 describen también estructuras desplegables que comprenden varillas interconectadas.
Este reflector se caracteriza por inconvenientes similares al anterior, a saber, baja rigidez desplegada y estabilidad provocada por el bastidor de soporte radial, así como gran altura del paquete replegado del reflector para grandes diámetros. Este último es provocado nuevamente por la presencia del bastidor tensor, que tiene forma de lente cóncava de doble faceta.
Descripción resumida de la invención
Las ventajas de esta invención son el aumento de la rigidez y la estabilidad desplegadas, así como el aumento de la fiabilidad del despliegue, logrando una gran precisión en tamaños desplegados grandes de la realización del reflector y en la disminución de la altura del paquete replegado del reflector.
Las ventajas mencionadas se han logrado por las características de la reivindicación 1, es decir, por el hecho de que la estructura del reflector espacial desplegable, que comprende un bastidor de soporte periférico desplegable con dos anillos poligonales periféricos desplegables que consisten en varillas interconectadas, bielas de los anillos que proporcionan una cierta separación de los anillos, una superficie reflectante y un bastidor tensor para dar forma a la superficie reflectante, un mecanismo de despliegue y un mecanismo de cierre, han recibido nuevas características. Es decir, uno de los anillos poligonales periféricos desplegables de la estructura de soporte desplegable del reflector está formado por varillas transversales completas articuladas colocadas en diferentes planos y están conectadas a las bielas de los anillos con posibilidades de rotación en dichos planos, de modo que un extremo de una de las varillas está conectado al extremo de una de las bielas de los anillos con una bisagra fija mientras que el otro extremo de la varilla está conectado a la otra biela de los anillos con una bisagra y con la posibilidad de traslación a lo largo de su longitud, y un extremo de la varilla del otro anillo periférico se articula con bisagras fijado al otro extremo de una de las bielas de los anillos mientras que el otro extremo de la varilla se articula con la otra biela de los anillos con traslación a lo largo de la biela, o ambos anillos periféricos del bastidor de soporte periférico consisten en una sola fila de estas últimas bielas y bielas de los anillos que están inclinados al eje del reflector formando bahías en forma de trapecio del bastidor de soporte piramidal así formado para aumentar su rigidez.
Otras realizaciones ventajosas de la invención se describen con las características de las reivindicaciones dependientes.
En otra configuración del reflector espacial desplegable, las ventajas se logran por el hecho de que las varillas transversales completas del bastidor de soporte periférico, que están colocadas en diferentes planos, no están interconectadas.
El logro de las ventajas es posible también debido a la siguiente configuración, para reducir la altura del paquete replegado, al menos cada segunda biela de los anillos poligonales periféricos del bastidor de soporte periférico se fabrica con partes interiores y exteriores de modo que las varillas transversales de un anillo están conectadas a las partes interior y exterior de las bielas de los anillos, mientras que los extremos de las varillas del otro anillo poligonal están conectados a las partes interior o exterior de las bielas de los anillos.
En otra configuración del reflector espacial desplegable, para compacidad del paquete replegado, las varillas de los anillos poligonales, que están articuladas a las bielas de los anillos, ya sean fijas o con posibilidades de traslación, se unen por pares con posibilidad de rotación alrededor de los ejes de las bielas de los anillos, con los soportes limitadores del ángulo de giro, que al final define la consecución de las ventajas de la invención.
Breve descripción de los dibujos, 23 dibujos en total
La Figura 1 ilustra una vista general de la configuración esquemática (estructura de cable) del reflector espacial desplegable.
Las Figuras 2-4 muestran vistas cercanas de las bahías de la estructura de soporte periférica.
Las Figuras 5 y 6 muestran vistas laterales en detalle de la estructura de soporte periférica de configuración cónica, desplegada y parcialmente plegada, donde el anillo superior consiste en varillas transversales completas y el anillo inferior consiste en una fila de varillas interconectadas.
Las Figuras 7 y 8 muestran vistas laterales en detalle de la estructura de soporte periférica de configuración cónica, desplegada y parcialmente plegada, donde el anillo superior consiste en varillas transversales completas y el anillo inferior consiste en una fila de varillas interconectadas. En estas figuras, las varillas transversales muestran un alto ángulo de despliegue, hacia la posición casi paralela a las varillas inferiores.
Las Figuras 9 y 10 muestran vistas laterales de detalle de la estructura de soporte periférica de configuración cónica (esquema de bastidor de cable), desplegada y parcialmente plegada, donde el anillo inferior consiste en varillas transversales completas y el anillo superior consiste en una fila de varillas interconectadas.
La Figura 11 muestra un ajuste de extremo de las varillas transversales completas que se colocan en diferentes planos, permitiendo la rotación de las varillas en esos planos en una vista general.
Las Figuras 12 y 13 muestran vistas laterales de detalle de la estructura de soporte periférica de configuración cónica (esquema de bastidor de cable), desplegada y parcialmente plegada, donde ambos anillos consisten en una fila de varillas interconectadas, que no forma parte de la invención.
Las Figuras 14-16 muestran diferentes vistas de la bisagra de conexión de las varillas transversales completas, colocadas en diferentes planos, del bastidor periférico del reflector.
Las Figuras 17 y 18 muestran vistas laterales de la estructura de soporte periférica del reflector en estados desplegado y parcialmente plegado.
Las Figuras 19 y 20 muestran vistas generales de la estructura de soporte periférica del reflector en configuraciones cilíndricas y cónicas, respectivamente.
La Figura 21 muestra una vista lateral de la estructura de soporte periférica con su mecanismo de despliegue que comprende, por ejemplo, dos motores y un sistema de poleas y cables.
Las Figuras 22 y 23 muestran las uniones de la conexión de las bielas de los anillos a las dos partes de las bielas de los anillos con las partes interior y exterior.
Descripción detallada del invento
Un reflector espacial desplegable comprende un bastidor de soporte periférico desplegable 1. La estructura de soporte 1 tiene dos anillos 2 poligonales periféricos desplegables que consisten en varillas interconectadas y bielas 3 de los anillos 2 que proporcionan una cierta separación de los anillos 2. El reflector espacial desplegable tiene un bastidor tensor 4 para dar forma a la superficie reflectante, que comprende una red del lado frontal 5, una red del lado trasero 6 y bridas de conexión 7. Una superficie reflectante 8 está unida al bastidor tensor 4. Para aumentar la rigidez, la estabilidad y la fiabilidad de despliegue del reflector espacial desplegable, uno de los anillos poligonales periféricos desplegables 2 del bastidor de soporte desplegable 1 del reflector está hecho de varillas transversales completas abisagradas 9 y 10 colocadas en diferentes planos. Las varillas transversales 9 y 10 están conectadas a las bielas 3 de los anillos 2 con las posibilidades de rotación en dichos planos y están provistas de accesorios angulares 11 para permitir la rotación de las varillas transversales 9 y 10 en dichos planos, estos accesorios 11 pueden fabricarse como los accesorios que se conocen por la patente US5680145, H01Q15/16, 1997. Un extremo de las varillas 9 está conectado al extremo de una de las bielas 3 de los anillos 2 con una bisagra fija 12 mientras que el otro extremo de las varillas 9 está conectado a la otra biela 3 de los anillos 2 por la unión 13 con bisagra y con posibilidad de traslación en toda su longitud. Un extremo de la varilla 14 del otro anillo periférico 2 se fija de manera articulada 12 al otro extremo de una de las bielas 3 de los anillos 2 mientras que el otro extremo de la varilla 14 está articulado 13 a la otra biela 3 de los anillos 2 con posibilidad de traslación a lo largo de la biela 3. La estructura de soporte 1 en una configuración cónica ofrece algunas ventajas más como alta rigidez y menor masa que la forma cilíndrica. Estos se pueden enfatizar logrando el tamaño del ángulo de apertura de las varillas de anillo 9 y 10 cerca de cero grados en la configuración desplegada (Figura 1-11).
Según la otra variante alternativa de las Figuras 12 y 13, que no forman parte de la invención, los dos anillos periféricos 2 del bastidor de soporte periférico 1 constan de una única fila de varillas 14. El bastidor de soporte 1 tiene bielas 3 de los anillos que están inclinados al eje del reflector formando bahías en forma de trapecio 141 (Figuras 12 y 13) del bastidor de soporte piramidal de múltiples lados así formado para aumentar su rigidez. Para aumentar la fiabilidad del despliegue del bastidor de soporte periférico 1, las varillas de diferentes longitudes 14 de las bahías en forma de trapecio 141 tienen sincronizadores de despliegue del reflector, por ejemplo, como se conoce por la patente US5680145, H01Q15/16, 1997, Figura 20 y fabricado como un juego de engranajes.
Las varillas transversales completas 9 y 10 del bastidor de soporte periférico 1 se unen entre sí mediante una bisagra 15 que proporciona alta rigidez, transferencia de grandes momentos de torsión y flexión entre las varillas 9 y 10, y una rotación sin holguras. La bisagra 15 consiste en partes, fabricadas por ejemplo como aros 16, que se fijan en las varillas 9 y 10 y tienen bloques de tope 17 en los lados internos de las mismas. Un bloque de tope 17 tiene un alojamiento 18, otro bloque de tope 17, tiene el cojinete 19 (Figura 15-16) para la rotación en el alojamiento y el dispositivo de fijación entre las varillas 9 y 10, fabricado por ejemplo como un perno dentro del orificio (que se conocen del estado de la técnica y no se muestran en las figuras).
En una configuración particular, las varillas cruzadas 9 y 10 del bastidor de soporte periférico 1, que están colocadas en diferentes planos, no están interconectadas (Figuras 17 y 18).
Según otra realización del reflector espacial desplegable, la estructura de soporte periférica está inscrita en formas cilíndricas 20 o cónicas 21 (Figuras 19 y 20).
Un mecanismo de despliegue del bastidor de soporte periférico 1 consiste en rodillos 22 que están instalados en los extremos de las varillas 14 en las uniones fijas 12 y móviles 13 (los rodillos 22 no se muestran en las uniones 13), y un cable 23 que está pasando a través de los rodillos 22 transmitidos en una de las bahías del bastidor de soporte periférico 1 a lo largo de los extremos de las varillas 14, y por analogía transmitida en cada bahía siguiente. Los cables 23 están provistos de tambores de desenrollado/enrollado 24 con unidades de accionamiento, que están montadas en al menos una biela 3 de los anillos 2 del bastidor de soporte periférico 1. El mecanismo de despliegue consta además de rodillos 25 que están montados en los extremos de las varillas 9, 10 en las uniones fijas 12 y móviles 13 (los rodillos 25 no se muestran en las uniones 13), y un cable 26 que pasa a través de los rodillos 25 y se transmite en cada tramo del bastidor de soporte periférico 1 a lo largo de las varillas transversales 9, 10, por ejemplo, primero desde una unión fija 12 a la unión móvil 13, luego a lo largo de la varilla 9 a la unión fija 12, luego a la unión móvil 13 y de vuelta a la unión fija 12, luego a lo largo de las varillas 10 y por analogía el cable 26 se transmite en cada uno de los siguientes tramos. Los cables 26 también están provistos por los tambores de desenrollado/enrollado 24 con unidades de accionamiento, que se colocan en la al menos una biela 3 de los anillos 2 del bastidor de soporte periférico 1 (Figura 21). El mecanismo de cierre es conocido por la técnica anterior y se puede fabricar como dientes de resorte en las uniones móviles 13 y respectivos orificios en las bielas 3 de los anillos 2 del bastidor de soporte 1 del reflector (no mostrado en los dibujos).
Según la siguiente realización del reflector espacial desplegable para disminuir la altura de almacenamiento, al menos cada segunda biela 3 de los anillos 2 del bastidor de soporte periférico 1 se fabrica con partes interiores y exteriores 28 y 29 que tienen varillas de acoplamiento 30. Las varillas transversales 9 y 10 de un anillo 2 están conectados a la parte interior 28 de las varillas de conexión 3 de los anillos 2, mientras que los extremos de las varillas 14 del otro anillo poligonal 2 están conectados al exterior 29 de las bielas 3 (Figura 22).
Para compacidad del paquete replegado del reflector espacial desplegable, las varillas 9, 10 y 14 de los anillos poligonales 2 que están articuladas a las bielas 3 de los anillos, ya sean fijas 12 o con posibilidades de traslación 13, se unen por pares con posibilidad de giro alrededor de los ejes de las bielas de los anillos, con los soportes limitadores del ángulo de giro 31 (Figura 23).

Claims (1)

  1. REIVINDICACIONES
    Un reflector espacial desplegable que comprende: un bastidor de soporte periférico desplegable (1), una superficie reflectante y un bastidor tensor (4) para dar forma a la superficie reflectante, un mecanismo de despliegue y un mecanismo de cierre,
    en donde
    - el bastidor de soporte periférico comprende: dos anillos poligonales periféricos desplegables (2) que constan de varillas interconectadas (9, 10, 14), el bastidor de soporte periférico comprende además bielas (3), en donde las bielas (3) proporcionan una separación predeterminada de los anillos poligonales,
    - las varillas interconectadas (9, 10, 14) del primero de los anillos poligonales tienen varillas transversales completas (9, 10), las varillas interconectadas del segundo de los anillos poligonales son varillas individuales interconectadas (14),
    en donde cada lado del primer anillo poligonal comprende dos varillas transversales completas (9, 10) y cada lado del segundo anillo poligonal comprende una sola varilla interconectada (14),
    - las varillas transversales completas (9, 10) comprenden accesorios (11),
    - cada una de las varillas interconectadas (9, 10, 14) se coloca en un plano diferente y cada una de las varillas interconectadas (9, 10, 14) se conecta a dos varillas de conexión paralelas (3),
    - un extremo de cada una de las varillas transversales completas (9, 10) del primer anillo poligonal comprende una bisagra fija y está conectado a una de las dos bielas paralelas (3) con la bisagra fija y el otro extremo de cada una de las varillas transversales completas (9, 10) comprende una bisagra y está conectada a la otra biela paralela (3) por la bisagra configurada para permitir la traslación sobre la longitud de la otra biela paralela (3),
    - un extremo de cada una de las varillas individuales interconectadas (14) se articula con bisagras fijado a una de las dos bielas paralelas (3) y el otro extremo de cada una de las varillas individuales interconectadas (14) se articula y se configura para permitir la traslación a lo largo de la biela (3),
    - los accesorios (11) se montan en los extremos de cada una de las varillas transversales completas (9, 10).
    El reflector espacial desplegable de acuerdo con la reivindicación 1, en donde las dos varillas transversales completas (9, 10) de cada uno de los lados del primer anillo poligonal se unen entre sí mediante una bisagra fabricada como aros (16) que tiene bloques de tope (17) en los lados interiores de los aros (16) en los que un bloque de tope (17) tiene un alojamiento (18) y el otro bloque de tope (17) tiene un cojinete (19) para girar en el alojamiento.
    El reflector espacial desplegable de acuerdo con las reivindicaciones 1 y 2, en donde al menos cada segunda biela (3) del bastidor de soporte periférico (1) está hecha con partes interiores y exteriores (28, 29) que tienen varillas de acoplamiento (30) de modo que las varillas interconectadas (9, 10) del primer anillo poligonal están conectadas a las partes interiores y exteriores (28, 29) de la al menos cada segunda biela (3), mientras que los extremos de las varillas individuales interconectadas (14) del segundo anillo poligonal están conectados a la parte exterior o interior (29, 28) de la al menos cada segunda biela (3).
    Un reflector espacial desplegable de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde los accesorios comprenden un casco que se coloca sobre las varillas de interconexión (9, 10, 14).
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