三伸缩杆驱动的环柱型索网反射系统技术方案

本发明专利技术公开了一种三伸缩杆驱动的环柱型索网反射系统，主要解决现有反射系统面密度大，结构复杂的问题，其包括网面索(1)、紧固索(4)、中心支柱(6)、可展开外圆环单元(7)、上平台(8)、三根伸缩杆(10)、下平台(12)和支撑平台(13)；中心支柱顶部设有馈源(5)；中心支柱和外圆环之间通过上下支撑索(2)连接；网面索与紧固索之间连接有调节索(3)，通过改变其长度控制反射面形变；三根伸缩杆上端通过球铰连接结构(9)与上平台连接，下端通过转动副连接结构(11)与下平台连接；改变三根伸缩杆的长度，实现对反射装置的姿态控制。本发明专利技术结构简单，轻便灵活，姿态控制精确，可用于光、电能量的反射或汇聚。

Three telescopic rod drive ring cable net reflection system

The invention discloses a telescopic rod driven three ring cable net reflector system, mainly to solve the existing system reflecting surface density, the problem of complicated structure, which includes network cable (1), (4), the fastening cable center pillar (6), deployable ring unit (7), was flat Taiwan (8), three (10), telescopic rod platform (12) and a support platform (13); the center pillar is arranged at the top of the feed (5); between the center pillar and the outer ring through the upper and lower support cable (2) is connected with the fastening cable; cable network is connected between the adjusting cable (3) by changing the length of the control, reflecting surface deformation; three telescopic rod is connected with the upper end of the structure through the spherical hinge (9) is connected with the lower end of the platform, connected by a rotary pair structure (11) is connected with the lower platform; three telescopic rod length, the reflection of the attitude control device. The invention has the advantages of simple structure, portability and flexibility, accurate attitude control, and can be used for reflection or convergence of light and electric energy.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于机械结构
，具体是一种跟踪定位的环柱型索网反射系统，可用于电磁能或光能的反射或汇聚。
技术介绍
大型反射器系统不仅在电子信息
得到了广泛的应用，而且也逐渐在太阳能应用
得到了扩展和应用。大型反射器系统一般包括反射面，支撑背架，俯仰角和方位角调整控制装置。其中，反射面的型面精度是保证反射器有效工作的重要指标。由于地表环境下重力、风雨等载荷的作用，为保证反射面的型面精度，目前大型反射器结构中其反射面板多采用实面面板。对大型反射器而言，要保证型面精度就需增加反射器面板和支撑背架的刚度，但提高刚度必然增加了质量，而质量增加又会增大重力变形，为减小重力变形就需进一步增大反射器跟踪定位支承座的刚度。因此，现有反射器系统的研制成本、研制周期都是相对较高，难以广泛使用。尽管也有反射面为网孔结构的反射器，但其口径面密度仍然远大于10.0Kg/m2。我国将于2016年完成建造的500m口径球面射电望远镜采用了基于主动反射面技术、柔索牵引馈源技术等系统级的创新设计思路，其口径面密度仍然为6.6Kg/m2，不仅建造成本和材料成本高，而且不利于大范围的推广使用。在太空中，索网结构大型可展开天线得到了普遍应用，由于太空环境的重力近乎为零，这种刚柔组合的轻柔结构可以成型期望的型面精度，并且质量超轻，通常其口径面密度不超过0.4Kg/m2，但这种在无重力作用下的索网结构不能直接用于地面上。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述已有技术的不足，提供一种三伸缩杆驱动的环柱型索网反射系统，以在保证地面反射器中反射面理想型面精度的情况下，显著减小反射器的质量和建造成本，同时简化其跟踪定位的支撑结构，使其反射口径的面密度小于2.0Kg/m2，实现整个系统的综合优化和优良的性价比。本专利技术的技术方案是这样实现的：一、技术原理在地面环境中，大尺寸的物体越重，其受重力影响也越大。而相反的，越轻的物体，其受重力的影响反而越小。例如，轻柔的蜘蛛网由于其质量超轻，其受重力的影响微乎其微。再结合蜘蛛丝的相对强度，蜘蛛网在风雨载荷等作用下仍然可以很好地成形和发挥功效。随着人类科技的不断发展，一些高强度的轻型材料如碳纤维管、凯夫拉线等逐渐得到推广应用，而且其成本也显著下降，已经由航天应用推广到众多民用产品，如钓鱼杆、风筝线等。本专利技术采用高强度轻型材料，通过灵巧的索网结构形成可承受外部载荷的大型反射面；然后再用简单的三伸缩杆结构支撑控制该超轻的大型反射面的姿态。整个反射面系统在保证反射面型面精度、外部载荷作用下刚强度要求等的前提下，结构尽可能轻便，所用的材料也将尽可能少，从而其研制成本和维护成本也将尽可能低，进而可以广泛使用。二.技术方案根据上述专利技术原理，本专利技术的三伸缩杆驱动的环柱型索网反射系统，包括反射装置和姿态控制装置，该反射装置，包括网面索、上下支撑索、调节索、紧固索、馈源或集热器、中心支柱和可展开外圆环单元；网面索、调节索和紧固索三者组成柔性索网；其特征在于：所述可展开外圆环单元，包括复数个径向钻孔的空心圆管和复数个连接关节，每两个空心圆管通过一个连接关节相互连接，形成可折叠空心圆环，每个空心圆管的径向孔上下两端分别安装有复数个上销钉和复数个下销钉；所述馈源或集热器，安装在中心支柱的顶部；所述姿态控制装置，包括上平台、三个球面副连接结构、三根伸缩杆、三个转动副连接结构、下平台、支撑平台；三根伸缩杆的结构相同，且位置呈正三角形分布；每根伸缩杆的上端通过球面副连接结构与上平台相连，下端通过转动副连接结构与下平台相连；中心支柱固定在上平台上，支撑平台固定安装在地面上；通过改变三根伸缩杆的长短驱动上平台运动，实现对反射装置的姿态控制。上述系统，其特征在于：网面索，由多根柔性绳索纵横交错形成，安装在上销钉与中心支柱之间，其上绑定用以反射电磁波的金属丝网，或用以汇聚太阳光的柔性金属薄膜，形成第一层网面；紧固索，由多根柔性绳索纵横交错形成，安装在下销钉与中心支柱之间，形成第三层网面；调节索，由多根可伸缩的柔性绳索组成，每根可伸缩柔性绳索的两端分别与网面索和紧固索的对应绳索节点连接，形成第二层网面，通过改变纵向调节索的长度控制第一层网面的形变。上述系统，其特征在于：中心支柱上端与上销钉之间连接的上支撑索，和中心支柱下端与下销钉之间连接的下支撑索，均采用交错方式连接，且上下支撑索连接个数均取三的倍数，以获得稳定的三角形结构，避免外圆环单元与中心支柱之间发生相对转动。上述系统，其特征在于：每个球面副连接结构包括夹紧结构和空心球体；夹紧结构包括左右对称的两部分，每一部分均由一个半圆台和一个球壳形结构组成，半圆台上钻有螺纹孔，用来将夹紧结构固定在上平台上；空心球体的底端与伸缩杆的上端固定连接。本专利技术具有如下优点：1.本专利技术外圆环单元采用径向钻孔的空心圆管连接而成，并在径向孔内安装销钉，索网通过销钉与中心支柱连接，使得本系统的主要质量集中在中心支柱上，极大地降低了反射装置的质量，减小重力变形。2.本专利技术采用简单的三伸缩杆驱动结构实现对反射装置的姿态控制，省去了现有实面面板反射系统庞大的支撑结构，极大地简化了反射系统的结构，降低了研制、运作和维护成本，缩短了研制周期。3.本专利技术采用球面副连接结构可以方便快速地将反射装置和三根伸缩杆连接起来，同时增大了反射装置的工作范围，可以圆满地解决现有的俯仰方位型跟踪装置存在“盲锥区”的问题。4.本专利技术采用底部的支撑平台来支撑整个反射系统，结构简单，占地面积少，减小了对反射系统安装空间的限制，适用性强。5.本专利技术整个反射系统质量轻且结构简单，可以采用自动展开或者手动组装两种形式，适合快速组装，可显著降低反射系统的移动运输成本，提升抗毁坏和重装能力。附图说明图1是本专利技术的运动状态结构图；图2是本专利技术的初始状态结构图；图3是本专利技术的可展开外圆环单元结构图；图4是本专利技术第一实施例口径为5m的环柱型索网反射系统中，中心支柱上端与上销钉之间六根支撑索的反对称交错连接关系图；图5是本专利技术第一实施例口径为5m的环柱型索网反射系统中，中心支柱下端与下销钉之间六根支撑索的反对称交错连接关系图；图6是本专利技术的球面副连接结构图；图7是本专利技术的转动副连接结构图；图8是本专利技术第二实施例口径为15m的环柱型索网反射系统中，中心支柱上端与上销钉之间十二根支撑索的正对称交错连接关系图；图9是本专利技术第二实施例口径为15m的环柱型索网反射系统中，中心支柱下端与下销钉之间十二根支撑索的正对称交错连接关系图；图10是本专利技术中口径为5m的环柱型索网反射系统，其在无重力作用工况下的变形云图；图11是本专利技术中口径为5m的环柱型索网反射系统，其在重力作用下呈仰天位置放置工况下的变形云图；图12是本专利技术中口径为5m的环柱型索网反射系统，其在重力作用下俯仰角为60度工况下的变形云图；图13是本专利技术中口径为15m的环柱型索网反射系统，其在无重力作用工况下的变形云图；图14是本专利技术中口径为15m的环柱型索网反射系统，其在重力作用下呈仰天位置放置工况下的变形云图；图15是本专利技术中口径为15m的环柱型索网反射系统，其在重力作用下俯仰角为60度工况下的变形云图。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细描述：实施例1：口径为5m的环柱型索网反射系本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三伸缩杆驱动的环柱型索网反射系统，包括反射装置和姿态控制装置，该反射装置，包括网面索(1)、上下支撑索(2)、调节索(3)、紧固索(4)、馈源或集热器(5)、中心支柱(6)和可展开外圆环单元(7)；网面索(1)、调节索(3)和紧固索(4)三者组成柔性索网；其特征在于：所述可展开外圆环单元(7)，包括复数个径向钻孔的空心圆管(71)和复数个连接关节(74)，每两个空心圆管通过一个连接关节相互连接，形成可折叠空心圆环，每个空心圆管的径向孔上下两端分别安装有复数个上销钉(72)和复数个下销钉(73)；所述馈源或集热器(5)，安装在中心支柱(6)的顶部；所述姿态控制装置，包括上平台(8)、三个球面副连接结构(9)、三根伸缩杆(10)、三个转动副连接结构(11)、下平台(12)、支撑平台(13)；三根伸缩杆(10)的结构相同，且位置呈正三角形分布；每根伸缩杆的上端通过球面副连接结构与上平台(8)相连，下端通过转动副连接结构与下平台(12)相连；中心支柱(6)固定在上平台(8)上，支撑平台(13)固定安装在地面上；通过改变三根伸缩杆(10)的长短驱动上平台(8)运动，实现对反射装置的姿态控制。

【技术特征摘要】
1.一种三伸缩杆驱动的环柱型索网反射系统，包括反射装置和姿态控制装置，该反射装置，包括网面索(1)、上下支撑索(2)、调节索(3)、紧固索(4)、馈源或集热器(5)、中心支柱(6)和可展开外圆环单元(7)；网面索(1)、调节索(3)和紧固索(4)三者组成柔性索网；其特征在于：所述可展开外圆环单元(7)，包括复数个径向钻孔的空心圆管(71)和复数个连接关节(74)，每两个空心圆管通过一个连接关节相互连接，形成可折叠空心圆环，每个空心圆管的径向孔上下两端分别安装有复数个上销钉(72)和复数个下销钉(73)；所述馈源或集热器(5)，安装在中心支柱(6)的顶部；所述姿态控制装置，包括上平台(8)、三个球面副连接结构(9)、三根伸缩杆(10)、三个转动副连接结构(11)、下平台(12)、支撑平台(13)；三根伸缩杆(10)的结构相同，且位置呈正三角形分布；每根伸缩杆的上端通过球面副连接结构与上平台(8)相连，下端通过转动副连接结构与下平台(12)相连；中心支柱(6)固定在上平台(8)上，支撑平台(13)固定安装在地面上；通过改变三根伸缩杆(10)的长短驱动上平台(8)运动，实现对反射装置的姿态控制。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：网面索(1)，由多根柔性绳索纵横交错形成，安装在上销钉(72)与中心支柱(6)之间，其上绑定用以反射电磁波的金属丝网，或用以...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑飞，陈梅，芮喜，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61