内凹剪铰式周边桁架可展开天线机构制造技术

本发明专利技术涉及一种内凹剪铰式周边桁架可展开天线机构，包括N个内凹剪铰式机构单元，每个内凹剪铰式机构单元均包括四个外层节点花盘、四个内层节点花盘、两个内部节点花盘、四个中间剪式杆、两个连杆组、两个对称剪式杆和四个内部剪式杆，相邻内凹剪铰式机构单元通过共用两个外层节点花盘、两个内层节点花盘和两个中间剪式杆连接，共同组成多面式周边桁架机构。本发明专利技术提供的内凹剪铰式周边桁架可展开天线机构具有自由度少、结构简单以及折叠比较大等优点，可以广泛地应用于航空航天等现代工业领域，以满足不同航天任务的需求。

Deployable antenna mechanism with concave shear hinged peripheral truss

The invention relates to an expandable antenna mechanism of an inner concave shear hinge peripheral truss, which comprises N inner concave shear hinge mechanism units. Each inner concave shear hinge mechanism unit includes four outer node discs, four inner node discs, two inner node discs, four intermediate shear rods, two connecting rod groups, two symmetrical shear rods and four inner shear rods, and adjacent inner concave shear hinge machines. The structural unit is connected by sharing two outer node disks, two inner node disks and two intermediate shear bars to form a polyhedral peripheral truss mechanism. The concave shear hinged peripheral truss deployable antenna mechanism provided by the invention has the advantages of less freedom, simple structure and relatively large folding, and can be widely used in modern industrial fields such as aerospace to meet the needs of different space missions.

【技术实现步骤摘要】
内凹剪铰式周边桁架可展开天线机构
本专利技术涉及一种可展开天线机构，特别是涉及一种内凹剪铰式周边桁架可展开天线机构。
技术介绍
随着卫星通信、对地遥感以及深空探测等空间科学技术的不断发展，各类航天任务逐渐向多样化、复杂化发展，受制于运载火箭有效空间容舱的限制，航天器多采用发射和运载收拢，在轨工作展开的方式实现其功能，空间可展开机构逐渐成为航天领域的研究热点之一。空间可展开机构的一个重要应用领域就是作为大口径空间可展开天线的支撑机构，目前已经研制成功的大口径空间可展开天线包括构架式、周边桁架式、径向肋式以及折叠肋式等等，这些天线机构各具特点，在空间通讯和数据传输方面起到了重要的作用。周边桁架式可展开天线由金属索网与周边桁架展开支撑机构组成，与其他天线结构形式相比，周边桁架式可展开天线结构具有折叠比大以及质量较小的特点，且结构形式简单，在一定范围内口径的增大不会改变天线的结构形式，质量也不会成比例的增加，是目前大型可展开天线理想的结构形式。美国NGST公司制造的周边桁架式可展开天线又称为AstroMesh天线，由多个平面对角伸缩单元相互连接而成，其最早是为北美移动通信卫星MAST所研制，该类天线从最初的2.5米到现在运用较多的12.5米口径天线经历了七代产品升级，进行了350次以上的连续无故障地面展开试验，先后在Inmarsat-4系列、Thuraya系列和MBSAT等通信广播卫星上成功运用。随着技术要求的不断提高，空间天线的性能也不断向长距离、大容量、高增益以及高分辨率的方向发展，随之对天线展开机构提出了大口径、高刚度、高精度以及大折叠比等要求。周边桁架可展开天线在空间大口径以及超大口径可展开天线领域具有良好的性能优势，各国相关科研人员在周边桁架可展开天线的展开机构、索网成形以及展开控制等方面做了大量的研究，但是整体而言，目前在轨运行的周边桁架可展开天线机构类型仍然较少，并且随着天线口径的增大，整体结构刚度下降较为严重。因此，亟需提出结构简单、刚度较高、折叠比较大以及制造工艺性较好等性能优良的周边桁架式可展开天线机构，以满足不同航天任务的需求。
技术实现思路
针对以上情况，本专利技术提供一种内凹剪铰式周边桁架可展开天线机构，克服了现有技术中周边桁架机构刚度不高，并且随着天线口径的增大整体结构刚度下降较为严重的问题，内凹剪铰式周边桁架可展开天线机构具有自由度少、结构简单以及折叠比较大等优点，可以广泛地应用于航空航天等现代工业领域，以满足不同航天任务的需求。本专利技术采用的技术方案是，一种内凹剪铰式周边桁架可展开天线机构，包括N个内凹剪铰式机构单元，其中，N为大于等于3的整数，所述每个内凹剪铰式机构单元均包括四个外层节点花盘、四个内层节点花盘、两个内部节点花盘、四个中间剪式杆、两个连杆组、两个对称剪式杆和四个内部剪式杆，所述四个外层节点花盘结构完全相同，所述每个外层节点花盘均设有外层中间支叉和两个外层侧支叉，且其关于所述外层中间支叉的中间截面对称，所述外层中间支叉的中间位置设有外层中间支叉槽口，且所述两个外层侧支叉上均设有第一外层槽口和第二外层槽口，所述四个中间剪式杆的第一端分别设于所述外层中间支叉槽口中并通过转动副连接，所述两个连杆组的四个自由端分别设于所述第一外层槽口中并通过转动副连接，所述两个对称剪式杆的四个自由端分别设于所述第二外层槽口中并通过转动副连接；所述四个内层节点花盘结构完全相同，所述每个内层节点花盘均设有内层中间支叉和两个内层侧支叉，且其关于所述内层中间支叉的中间截面对称，所述内层中间支叉的中间位置设有内层中间支叉槽口，且所述两个内层侧支叉上均设有第一内层槽口，所述四个中间剪式杆的第二端分别设于所述内层中间支叉槽口中并通过转动副连接，所述四个内部剪式杆的第一端分别设于所述第一内层槽口中并通过转动副连接；所述两个内部节点花盘结构完全相同，所述每个内部节点花盘均设有两个内部侧支叉，且其关于所述两个内部侧支叉的中间截面对称，所述两个内部侧支叉上均设有第一内部槽口，所述四个内部剪式杆的第二端分别设于所述第一内部槽口中并通过转动副连接；以及所述N个内凹剪铰式机构单元结构完全相同，且所述相邻内凹剪铰式机构单元通过共用所述两个外层节点花盘、两个内层节点花盘和两个中间剪式杆连接，共同组成多面式周边桁架机构。进一步地，所述两个对称剪式杆结构完全相同，且其中间通过转动副连接，所述两个连杆组的结构完全相同，且每个连杆组中两个连杆的第一端通过转动副连接，所述四个中间剪式杆结构完全相同，两两一组，且每组中两个中间剪式杆在靠近其第二端的位置通过转动副连接，所述四个内部剪式杆结构完全相同，两两一组，且每组中两个内部剪式杆在靠近其第一端的位置通过转动副连接。进一步地，所述内层中间支叉与所述内层侧支叉之间的夹角为α，所述两个外层侧支叉之间的夹角为(180-360/N)°，所述两个内部侧支叉之间的夹角为(2α-360/N)°。优选地，所述外层节点花盘的外层中间支叉转动副轴线到所述外层节点花盘中心轴线的垂直距离与所述外层节点花盘的两个外层侧支叉转动副轴线到所述外层节点花盘中心轴线的垂直距离相等，所述内层节点花盘的内层中间支叉转动副轴线到所述内层节点花盘中心轴线的垂直距离与所述内层节点花盘的两个内层侧支叉转动副轴线到所述内层节点花盘中心轴线的垂直距离相等，所述内部节点花盘的两个内部侧支叉转动副轴线到所述内部节点花盘的中心轴线的垂直距离相等。优选地，所述内层节点花盘的内层中间支叉转动副轴线和两个内层侧支叉转动副轴线到所述内层节点花盘中心轴线的垂直距离与所述外层节点花盘的外层中间支叉转动副轴线和两个外层侧支叉转动副轴线到所述外层节点花盘中心轴线的垂直距离之比为((1-sin(180/N))/(1+sin(180/N)))，所述内部节点花盘的两个内部侧支叉转动副轴线到所述内部节点花盘的中心轴线的垂直距离与所述内层节点花盘的内层中间支叉转动副轴线和两个内层侧支叉转动副轴线到所述内层节点花盘中心轴线的垂直距离之比为((1-cos(90+180/N-α))/cos(90+180/N-α))。优选地，所述连杆的长度小于所述对称剪式杆长度的一半，所述中间剪式杆中与所述外层节点花盘相连一段的长度与所述对称剪式杆长度的一半相等，所述内部剪式杆中与所述内层节点花盘相连一段的长度和与所述中间剪式杆中与所述内层节点花盘相连一段的长度相等。优选地，所述中间剪式杆中与所述内层节点花盘相连一段的长度和与所述外层节点花盘相连一段的长度之比为((1-sin(180/N))/(1+sin(180/N)))，所述内部剪式杆中与所述内部节点花盘相连一段的长度和与所述内层节点花盘相连一段的长度之比为((1-cos(90+180/N-α))/cos(90+180/N-α))。优选地，通过转动副连接的所述两个对称剪式杆上所连接的各个转动副轴线均平行，通过转动副相连的所述两个中间剪式杆上所连接的各个转动副轴线均平行，通过转动副相连的所述两个内部剪式杆上所连接的各个转动副轴线均平行，位于同一平面的所述四个连杆上所连接的各个转动副轴线均平行。本专利技术的特点和有益效果是：1、本专利技术提供的内凹剪铰式周边桁架可展开天线机构，具有结构简单，整体只有一个自由度，仅需要一个驱动便可以完全展开的优点本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种内凹剪铰式周边桁架可展开天线机构，其特征在于，包括N个内凹剪铰式机构单元，其中，N为大于等于3的整数，所述每个内凹剪铰式机构单元均包括四个外层节点花盘、四个内层节点花盘、两个内部节点花盘、四个中间剪式杆、两个连杆组、两个对称剪式杆和四个内部剪式杆，所述四个外层节点花盘结构完全相同，所述每个外层节点花盘均设有外层中间支叉和两个外层侧支叉，且其关于所述外层中间支叉的中间截面对称，所述外层中间支叉的中间位置设有外层中间支叉槽口，且所述两个外层侧支叉上均设有第一外层槽口和第二外层槽口，所述四个中间剪式杆的第一端分别设于所述外层中间支叉槽口中并通过转动副连接，所述两个连杆组的四个自由端分别设于所述第一外层槽口中并通过转动副连接，所述两个对称剪式杆的四个自由端分别设于所述第二外层槽口中并通过转动副连接；所述四个内层节点花盘结构完全相同，所述每个内层节点花盘均设有内层中间支叉和两个内层侧支叉，且其关于所述内层中间支叉的中间截面对称，所述内层中间支叉的中间位置设有内层中间支叉槽口，且所述两个内层侧支叉上均设有第一内层槽口，所述四个中间剪式杆的第二端分别设于所述内层中间支叉槽口中并通过转动副连接，所述四个内部剪式杆的第一端分别设于所述第一内层槽口中并通过转动副连接；所述两个内部节点花盘结构完全相同，所述每个内部节点花盘均设有两个内部侧支叉，且其关于所述两个内部侧支叉的中间截面对称，所述两个内部侧支叉上均设有第一内部槽口，所述四个内部剪式杆的第二端分别设于所述第一内部槽口中并通过转动副连接；以及所述N个内凹剪铰式机构单元结构完全相同，且所述相邻内凹剪铰式机构单元通过共用所述两个外层节点花盘、两个内层节点花盘和两个中间剪式杆连接，共同组成多面式周边桁架机构。...

【技术特征摘要】
1.一种内凹剪铰式周边桁架可展开天线机构，其特征在于，包括N个内凹剪铰式机构单元，其中，N为大于等于3的整数，所述每个内凹剪铰式机构单元均包括四个外层节点花盘、四个内层节点花盘、两个内部节点花盘、四个中间剪式杆、两个连杆组、两个对称剪式杆和四个内部剪式杆，所述四个外层节点花盘结构完全相同，所述每个外层节点花盘均设有外层中间支叉和两个外层侧支叉，且其关于所述外层中间支叉的中间截面对称，所述外层中间支叉的中间位置设有外层中间支叉槽口，且所述两个外层侧支叉上均设有第一外层槽口和第二外层槽口，所述四个中间剪式杆的第一端分别设于所述外层中间支叉槽口中并通过转动副连接，所述两个连杆组的四个自由端分别设于所述第一外层槽口中并通过转动副连接，所述两个对称剪式杆的四个自由端分别设于所述第二外层槽口中并通过转动副连接；所述四个内层节点花盘结构完全相同，所述每个内层节点花盘均设有内层中间支叉和两个内层侧支叉，且其关于所述内层中间支叉的中间截面对称，所述内层中间支叉的中间位置设有内层中间支叉槽口，且所述两个内层侧支叉上均设有第一内层槽口，所述四个中间剪式杆的第二端分别设于所述内层中间支叉槽口中并通过转动副连接，所述四个内部剪式杆的第一端分别设于所述第一内层槽口中并通过转动副连接；所述两个内部节点花盘结构完全相同，所述每个内部节点花盘均设有两个内部侧支叉，且其关于所述两个内部侧支叉的中间截面对称，所述两个内部侧支叉上均设有第一内部槽口，所述四个内部剪式杆的第二端分别设于所述第一内部槽口中并通过转动副连接；以及所述N个内凹剪铰式机构单元结构完全相同，且所述相邻内凹剪铰式机构单元通过共用所述两个外层节点花盘、两个内层节点花盘和两个中间剪式杆连接，共同组成多面式周边桁架机构。2.根据权利要求1所述的内凹剪铰式周边桁架可展开天线机构，其特征在于，所述两个对称剪式杆结构完全相同，且其中间通过转动副连接，所述两个连杆组的结构完全相同，且每个连杆组中两个连杆的第一端通过转动副连接，所述四个中间剪式杆结构完全相同，两两一组，且每组中两个中间剪式杆在靠近其第二端的位置通过转动副连接，所述四个内部剪式杆结构完全相同，两两一组，且每组中两个内部剪式杆在靠近其第一端的位置通过转动副连接。3.根据权利要求2所述的内凹剪铰式周边桁架可展开天线机构，其特征在于，所述内层中间支叉与所述内层侧支叉之间的夹角为α，所述两个外层侧支叉之间的夹角为(180-360/N)°，所述两个内部侧支叉之间的夹角为(2α-360/N)°。4...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵永生，韩博，唐艳华，张硕，陈阳，郭路瑶，李永杰，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北,13