基于V型剪式单元体的周边桁架可展开天线机构制造技术

本实用新型专利技术涉及一种基于V型剪式单元体的周边桁架可展开天线机构，包含N个V型剪式单元体，V型剪式单元体由四个内部花盘、四个外部花盘、两个中间花盘、一个内部剪式连杆、两个折叠杆、两个中间剪式连杆和两个外部剪式连杆转动连接组成，N个V型剪式单元体阵列布置，相邻两个V型剪式单元体之间通过共用两个内部花盘、两个外部花盘和一个中间剪式连杆彼此连接，N个V型剪式单元体构成封闭的可展开天线机构；整体机构具有较高的结构对称性，通过改变整体机构中V型剪式单元体的数量以及其中杆件的长度，可以形成不同尺度的周边桁架式空间可展开机构，可以较好的应用于大口径星载天线中。

Deployable Antenna Mechanism of Peripheral Truss Based on V-type Shear Element

【技术实现步骤摘要】
基于V型剪式单元体的周边桁架可展开天线机构
本技术属于天线机构
，具体的，涉及一种基于V型剪式单元体的周边桁架可展开天线机构。
技术介绍
随着空间科学技术的不断进步，各类航天任务逐渐向多样化、复杂化发展，卫星作为空间探测与对地通讯的重要工具，其功能要求不断提高，星载天线作为卫星对地通讯和数据传输的一个重要载荷，其性能的好坏直接关系到卫星任务的整体完成情况，相关研究人员针对星载天线进行了大量研究，已逐渐成为航空航天领域的研究热点之一。受制于运载火箭有效空间容舱的限制，星载天线多采用发射和运载收拢，在轨展开的方式实现其功能，其展开与收拢依托于空间可展开支撑机构，因此空间可展开机构的设计是星载天线研发中的一项重要任务。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。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
针对现有技术的不足，本技术提供一种基于V型剪式单元体的周边桁架可展开天线机构，其自由度少、结构简单，刚度较高，折叠比较大且制作工艺性较好，能满足不同的航天任务的需求。本技术是这样实现的：一种基于V型剪式单元体的周边桁架可展开天线机构，其包括N个V型剪式单元体，其中，N为大于等于3的整数，所述V型剪式单元体包括四个内部花盘、四个外部花盘、两个中间花盘、一个内部剪式连杆、两个折叠杆、两个中间剪式连杆和两个外部剪式连杆，所述内部花盘设有三个支叉，所述外部花盘设有三个支叉，所述中间花盘设有两个支叉，所述外部剪式连杆的相邻的两个端部分别与两个所述中间花盆的其中一个支叉转动连接，所述中间花盘的两个支叉分别与两个所述外部剪式连杆转动连接，所述外部剪式连杆的另外两个端部分别与两个所述外部花盘的最外侧的支叉转动连接，所述中间剪式连杆的相邻两个端部分别与两个所述外部花盘的中间支叉转动连接，所述中间剪式连杆的另外两个端部分别与两个所述内部花盘的中间支叉转动连接，所述内部花盘的侧部支叉与所述连杆的端部转动连接；所述内部剪式连杆的四个端部分别与四个所述内部花盘的侧部支叉转动连接；相邻两个所述V型剪式单元体之间通过共用两个内部花盘、两个外部花盘和一个中间剪式连杆彼此连接，N个所述V型剪式单元体构成封闭的可展开天线机构。优选地，所述内部花盘的中间支叉上开有一个槽口，整体结构以中间支叉的槽口对称面为对称，两侧支叉上各开有两个槽口，中间支叉用于插入所述中间剪式连杆的端部并通过转动副连接，两侧支叉中靠近中间对称平面的槽口用于插入所述内部剪式连杆的端部并通过转动副连接，两侧支叉中远离中间对称平面的槽口用于插入所述折叠杆的端部并通过转动副连接。优选地，所述外部花盘的三个支叉上均开有一个槽口，整体结构以中间支叉槽口对称面为对称，中间支叉用于插入中间剪式连杆的端部并通过转动副连接，两个侧部的支叉用于插入外部剪式连杆的端部并通过转动副连接。优选地，所述中间花盘整体为面对称结构，两个支叉上各开有一个槽口，用于插入所述外部剪式连杆的端部并通过转动副连接。优选地，所述内部花盘中的侧部支叉与中间支叉之间的夹角为(90+180/N)°，内部花盘各个支叉上转动副轴线与内部花盘中心轴线之间的距离均相同；所述外部花盘中的侧部支叉和中间支叉的夹角设为夹角为α，其中，0°＜α＜180°，外部花盘各个支叉上转动副轴线与外部花盘中心轴线之间的距离均相同；所述中间花盘上的两个支叉之间的夹角为(2α+360/N)°，中间花盘各个支叉上转动副轴线与中间花盘中心轴线之间的距离均相同；所述内部花盘各支叉转动副轴线与内部花盘中心轴线之间的距离和外部花盘各支叉转动副轴线与外部花盘中心轴线之间的距离之比为((1-sin(180/N))/(1+sin(180/N)))；所述外部花盘各支叉转动副轴线与外部花盘中心轴线之间的距离和中间花盘各支叉转动副轴线与中间花盘中心轴线之间的距离之比为(cos(90-180/N-α)/(1-cos(90-180/N-α)))。优选地，所述中间剪式连杆与内部花盘相连的一段的长度和所述中间剪式连杆与外部花盘相连的一段的长度之比为((1-sin(180/N))/(1+sin(180/N)))；所述外部剪式连杆与外部花盘相连的一段的长度和所述外部剪式连杆与中间花盘相连的一段的长度之比为(cos(90-180/N-α)/(1-cos(90-180/N-α)))；所述中间剪式连杆中和内部花盘相连的一段的长度等于所述内部剪式杆长度的一半；所述外部剪式连杆中和外部花盘相连的一段的长度与所述中间剪式杆和外部花盘相连的一段的长度相同；所述折叠杆的长度小于所述内部剪式杆的长度。优选地，所述内部剪式连杆上所连接的各个转动副轴线均平行；所述中间剪式连杆上所连接的各个转动副轴线均平行；所述外部剪式杆上所连接的各个转动副轴线均平行；所述折叠杆上所连接的各个转动副轴线均平行。与现有技术相比，本技术具有以下有益效果：1、在整个基于V型剪式单元体的周边桁架可展开天线机构中，通过改变整体机构中V型剪式单元体的数量以及其中杆件的长度，可以改变整体基于V型剪式单元体的周边桁架可展开天线机构完全展开后口径的大小；当折叠杆完全展开时，整体机构达到完全展开状态，此时其处于边界奇异位形状态，机构退化为自由度为0的结构，可依靠结构中的杆件自身抵消外力的作用，而不需要提供额外的驱动力矩，整体机构具有较好的结构刚度和力学性能。2、本技术结构简单，整体只有一个自由度，仅需要一个驱动便可以完全展开。3、本技术所含运动副均为转动副，装配制造工艺性较好且可靠性较高。4、本技术运动灵活且整体折叠比较大。5、本技术具有较高的结构对称性，通过改变整体机构中V型剪式单元体的数量以及其中杆件的长度，可以形成不同尺度的周边桁架式空间可展开机构，可以较好的应用于大口径星载天线中。附图说明图1是本技术的基于V型剪式单元体的周边桁架可展开天线机构完全展开的立体示意图；图2是本技术的基于V型剪式单元体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于V型剪式单元体的周边桁架可展开天线机构，其特征在于：其包括N个V型剪式单元体，其中，N为大于等于3的整数，所述V型剪式单元体包括四个内部花盘、四个外部花盘、两个中间花盘、一个内部剪式连杆、两个折叠杆、两个中间剪式连杆和两个外部剪式连杆，所述内部花盘设有三个支叉，所述外部花盘设有三个支叉，所述中间花盘设有两个支叉，所述外部剪式连杆的相邻的两个端部分别与两个所述中间花盘的其中一个支叉转动连接，所述中间花盘的两个支叉分别与两个所述外部剪式连杆转动连接，所述外部剪式连杆的另外两个端部分别与两个所述外部花盘的最外侧的支叉转动连接，所述中间剪式连杆的相邻两个端部分别与两个所述外部花盘的中间支叉转动连接，所述中间剪式连杆的另外两个端部分别与两个所述内部花盘的中间支叉转动连接，所述内部花盘的侧部支叉与所述连杆的端部转动连接；所述内部剪式连杆的四个端部分别与四个所述内部花盘的侧部支叉转动连接；相邻两个所述V型剪式单元体之间通过共用两个内部花盘、两个外部花盘和一个中间剪式连杆彼此连接，N个所述V型剪式单元体构成封闭的可展开天线机构。

【技术特征摘要】
1.一种基于V型剪式单元体的周边桁架可展开天线机构，其特征在于：其包括N个V型剪式单元体，其中，N为大于等于3的整数，所述V型剪式单元体包括四个内部花盘、四个外部花盘、两个中间花盘、一个内部剪式连杆、两个折叠杆、两个中间剪式连杆和两个外部剪式连杆，所述内部花盘设有三个支叉，所述外部花盘设有三个支叉，所述中间花盘设有两个支叉，所述外部剪式连杆的相邻的两个端部分别与两个所述中间花盘的其中一个支叉转动连接，所述中间花盘的两个支叉分别与两个所述外部剪式连杆转动连接，所述外部剪式连杆的另外两个端部分别与两个所述外部花盘的最外侧的支叉转动连接，所述中间剪式连杆的相邻两个端部分别与两个所述外部花盘的中间支叉转动连接，所述中间剪式连杆的另外两个端部分别与两个所述内部花盘的中间支叉转动连接，所述内部花盘的侧部支叉与所述连杆的端部转动连接；所述内部剪式连杆的四个端部分别与四个所述内部花盘的侧部支叉转动连接；相邻两个所述V型剪式单元体之间通过共用两个内部花盘、两个外部花盘和一个中间剪式连杆彼此连接，N个所述V型剪式单元体构成封闭的可展开天线机构。2.根据权利要求1所述的基于V型剪式单元体的周边桁架可展开天线机构，其特征在于：所述内部花盘的中间支叉上开有一个槽口，整体结构以中间支叉的槽口对称面为对称，两侧支叉上各开有两个槽口，中间支叉用于插入所述中间剪式连杆的端部并通过转动副连接，两侧支叉中靠近中间对称平面的槽口用于插入所述内部剪式连杆的端部并通过转动副连接，两侧支叉中远离中间对称平面的槽口用于插入所述折叠杆的端部并通过转动副连接。3.根据权利要求1所述的基于V型剪式单元体的周边桁架可展开天线机构，其特征在于：所述外部花盘的三个支叉上均开有一个槽口，整体结构以中间支叉槽口对称面为对称，中间支叉用于插入中间剪式连杆的端部并通过转动副连接，两个侧部的支叉用于插入外部剪式连杆的端部并通过转动副连接。4.根据权利要求1所述的基于V型剪式单元体的周边桁架可展开天线机构，其特征在于：所述中间花盘整体为面对称结构，两个支叉上各开有一个槽口，用于插入所述外部剪式连杆的端部并通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵永生，韩博，丰宗强，郑东，张硕，郭路瑶，郭金伟，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：新型
国别省市：河北,13