一种空间平面薄膜天线可展开机构及其展开方法技术

本发明专利技术公开了一种空间平面薄膜天线可展开机构，包括可展开机构，以及通过牵连索连接在可展开机构上的平面薄膜，在可展开机构上设有首尾相互铰接的刚架、连接刚架的一对短同步杆、一对连杆、一对相互铰接的长同步杆，构成可展开机构骨架；一对刚架、一对短同步杆和一对长同步杆分别通过环向接头铰接，长同步杆与刚架、短同步杆与刚架之间通过径向接头铰接；环向接头和径向接头上装有滑轮，拉索依次绕过环向接头和径向接头上的滑轮形成一闭合回路；拉索首尾端连接到卫星的电机轴上，通过卫星上的电机收卷拉索驱动可展开机构展开。该机构采用面外折叠的二维折叠方式收拢，收纳比与展开口径面积大幅提高，更适用于大型甚至超大型平面薄膜天线应用。

A space plane deployable mechanism of thin film antenna

The invention discloses a space plane film antenna deployable mechanism, including deployable mechanism, and connected to the deployable planar film mechanism through the cable in the deployable mechanism involved, which are hinged and rigid frame, connecting frame of a short rod, a connecting rod, the synchronization of a pair of mutually hinged the synchronous long rod, constitute a deployable mechanism framework; rigid frame, a pair of short and long pole synchronous synchronous rod respectively through the circumferential joint hinge, long rod and frame synchronization, short rod and frame synchronization between the radial joint hinge; circumferential joints and radial joints are provided with pulleys and cables in order to bypass the circumferential and radial pulley joint joint to form a closed loop; the cable connected to the motor shaft end and the tail end of the satellite, the satellite through the motor winding cable driven deployable mechanism. The mechanism is folded by two dimensional folding outside the surface, and the area of the receiving and expanding aperture is greatly improved. It is more suitable for large or even super large planar thin-film antenna applications.

【技术实现步骤摘要】
一种空间平面薄膜天线可展开机构
本专利技术属于空间柔性天线可展开机构领域，具体是一种空间平面薄膜天线可展开机构设计方案。
技术介绍
天基雷达能够远距离、高精度、全天候探测目标，是十分重要的国防装备。随着雷达技术的不断进步，大口径是其发展的重要方向。薄膜结构重量轻、收拢体积小，已成为天基雷达的首选结构，目前已得到了世界发达国家的广泛研究。其中，大收纳比、高可靠性的展开机构是保证薄膜天线正常工作的重要基础，因此，开展具有大收纳比的可展开机构设计工作具有十分深远的意义。当前的薄膜可展开机构主要有充气刚化式、豆荚杆卷曲式及桁架折叠式等。通过对国内外研究现状的了解和分析，发现当前的可展开机构存在以下两点不足：1、绝大部分机构仅做一维收拢。即薄膜仅在某一方向卷曲或折叠，一维收拢使得天线体积难以大幅降低，机构收纳比受到限制；少数机构结合了折叠与卷曲两种收拢方式，虽实现了二维收拢，但随着面内横向折叠次数的增加，薄膜在纵向将无法卷曲，因此该收拢方式难以应用于大型薄膜天线。2、薄膜收拢和展开均需要框架直接辅助。薄膜以框架为轴心进行卷曲，或以框架为导轨进行折叠。上述机构中，框架的宽度决定了薄膜的展开宽度，薄膜与框架之间存在明显制约关系，导致天线展开口径难以扩大。为解决上述问题，预先考虑对薄膜与框架采用二维收拢，以提高天线整体收纳比；其次将薄膜与框架独立收拢与展开，解除彼此之间的制约关系，以扩大天线口径。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对当前空间平面薄膜天线展开口径有限、可展开机构收纳比较低的问题，提出一种具有大收纳比的空间平面薄膜天线可展开机构设计方法。本专利技术是通过下述技术方案来实现的。一种空间平面薄膜天线可展开机构，包括可展开机构，以及通过牵连索连接在可展开机构上的平面薄膜，在可展开机构上设有首尾相互铰接的刚架、连接在刚架上的一对短同步杆，一对短同步杆分别连接一对连杆，一对连杆分别连接一对相互铰接的长同步杆，一对长同步杆分别铰接在一对刚架上；一对长同步杆分别连接到相邻的一对连杆上，下一级一对连杆再连接到下一级短同步杆上，依次类推，构成可展开机构桁架；一对刚架、一对短同步杆和一对长同步杆分别通过一对环向接头铰接，长同步杆与刚架、短同步杆与刚架之间通过径向接头铰接；在一对环向接头和径向接头上装有滑轮，拉索依次绕过一对环向接头和径向接头上的滑轮形成一闭合回路；拉索首尾端连接到卫星的电机轴上，通过卫星上的电机收卷拉索驱动可展开机构展开。进一步，所述可展开机构由刚架a和刚架b首尾相铰接构成环形结构，在靠近刚架a和刚架b的铰接端两侧分别连接有相互铰接的短同步杆a和短同步杆b，短同步杆a和短同步杆b上分别铰接有连杆a和连杆b，连杆a和连杆b分别连接一对相互铰接的长同步杆a和长同步杆b，长同步杆a和长同步杆b分别铰接在刚架a和刚架b上；长同步杆a和长同步杆b分别连接到相邻的连杆b和连杆a上，下一级连杆b和连杆a再连接到下一级短同步杆b和短同步杆a上，依次类推，构成铰接式刚性正多边形可展开机构桁架。进一步，所述刚架a与刚架b通过环向接头a铰接，长同步杆a与长同步杆b、短同步杆a与短同步杆b通过环向接头b铰接；长同步杆a与刚架a、长同步杆b与刚架b、短同步杆a与刚架b、短同步杆b与刚架a之间通过径向接头铰接；连杆a与长同步杆b、连杆a与短同步杆a、连杆b与短同步杆b、连杆b与长同步杆a之间通过铰接接头铰接。进一步，所述相邻两刚架与相邻两同步杆之间构成一铰接式同步四边形机构，该同步四边形机构中刚架a、刚架b的铰接部分长度不大于同步杆铰接部分的长度，且短同步杆的长度与长同步杆在同步四边形机构中的长度相等；可展开机构展开过程中，刚架之间的夹角由0°不断增大，当两相邻刚架与环向接头a位于同一平面内时，四边形机构将构成空间三角形机构。进一步，所述一对环向接头均为一“V”形槽状结构，所述环向接头两端通孔分别与一对刚架一端通孔通过螺栓及螺母铰接；环向接头“V”形槽根端通孔与滑轮轴连接；安装于环向接头a的滑轮在其“V”形槽内部，安装于环向接头b的滑轮在其侧面，环向接头a和环向接头b上的滑轮在同一个四边形机构中的安装位置的中心连线与可展开机构展开态圆环的垂线平行；所述径向接头为一实心圆杆，圆杆两端沿轴向各伸出一个细短杆，细短杆末端分别与刚架、短同步杆或长同步杆相连。进一步，可展开机构收拢后的空心圆柱体为三层杆件嵌套而成，其中内层为刚架结构，中间层为同步杆结构，最外层为连杆结构。进一步，所述刚架、连杆、长同步杆和短同步杆均为空心圆管结构，其空心圆管上在其两端分别沿径向各开有一个与所述接头连接相配合的通孔。进一步，在可展开机构骨架上连接有拉索，拉索依次绕过刚架a与长同步杆a连接处径向接头的滑轮、环向接头b上的滑轮、环向接头a上的滑轮、刚架b与长同步杆b连接处径向接头的滑轮、刚架b与短同步杆a连接处径向接头的滑轮、环向接头b上的滑轮、环向接头a上的滑轮、刚架a与短同步杆b连接处径向接头的滑轮，拉索再连接到下一级刚架a与长同步杆a连接处径向接头的滑轮上，依次类推，形成一闭合回路；拉索首尾端连接到卫星的电机轴上。进一步，所述平面薄膜为带有花边状的圆形结构，在平面薄膜上分布有多条折叠线，折叠线为一个沿中心向圆周边呈弧形放射状结构；在平面薄膜花边的顶点处通过牵连索连接在可展开机构上的刚架的中部。本专利技术相应地给出了空间平面薄膜天线可展开机构的展开方法，包括下述过程：1)完全收拢状态下，一对刚架、一对连杆、一对长同步杆及一对短同步杆之间的夹角均为0°，可展开机构外形为一三层杆件嵌套而成的圆柱体；可展开机构展开前依靠扭簧驱动刚架绕环向接头a上的铰接螺栓轴线转动，并带动长同步杆及短同步杆绕刚架与其自身铰接位置的螺栓轴线作反向转动，一对连杆连接一对长同步杆与一对短同步杆作同步运动，从而使环向接头a与环向接头b之间距离减小，圆柱体高度不断降低，口径面积不断扩大；2)可展开机构展开后期依靠卫星的电机收卷拉索进行驱动，拉索通过张拉环向接头a与环向接头b使其间距不断减小，直至刚架a、环向接头a及刚架b均位于同一平面内时，环向接头a与环向接头b间距达到最小值，机构完全展开，展开态为一桁架铰接式刚性正多边形。本专利技术的有益效果是：1)针对平面薄膜天线收纳比低、展开口径小的问题提出一种具有大收纳比的可展开机构，该机构采用面外折叠方法进行二维收拢，与同类平面薄膜可展开机构相比，可提高机构的收纳比与天线展开口径都将大幅提高。2)针对二维可展开机构机构提出一种同步机构，采用铰接式连杆保证机构展开过程的同步性。与同步齿轮相比，同步效果更佳；与曲柄滑块等滑动式同步机构相比，机构展开过程摩擦力减小且消除了在太空中可能出现冷焊的风险。3)基于该机构的运动特点，提出一种扭簧—拉索驱动方案，机构展开前期，依靠机构关节处的扭簧展开一定角度，此后电机收卷拉索驱动机构完全展开并锁定。该驱动方案稳定、可靠，并可合理设计连杆长度以控制索长变化量。附图说明图1(a)、图1(b)和图1(c)为薄膜二维收拢方案示意图；图2(a)、图2(b)和图2(c)为刚架二维展开方案示意图；图3(a)为可展开机构完全收拢状态示意图；图3(b)为可展开机构各杆件连接关系示意图；图4(a)为驱动方案示意图(机构展开中间态)；图4(b)为驱动方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空间平面薄膜天线可展开机构，包括可展开机构(2)，以及通过牵连索(3)连接在可展开机构(2)上的平面薄膜(1)，其特征在于，在可展开机构(2)上设有首尾相互铰接的刚架、连接在刚架上的一对短同步杆，一对短同步杆分别连接一对连杆，一对连杆分别连接一对相互铰接的长同步杆，一对长同步杆分别铰接在一对刚架上；一对长同步杆分别连接到相邻的一对连杆上，下一级一对连杆再连接到下一级短同步杆上，依次类推，构成可展开机构(2)桁架；一对刚架、一对短同步杆和一对长同步杆分别通过一对环向接头铰接，长同步杆与刚架、短同步杆与刚架之间通过径向接头(19)铰接；在一对环向接头和径向接头(19)上装有滑轮(16)，拉索(15)依次绕过一对环向接头和径向接头(19)上的滑轮形成一闭合回路；拉索(15)首尾端连接到卫星(4)的电机轴上，通过卫星(4)上的电机收卷拉索(15)驱动可展开机构(2)展开。

【技术特征摘要】
1.一种空间平面薄膜天线可展开机构，包括可展开机构(2)，以及通过牵连索(3)连接在可展开机构(2)上的平面薄膜(1)，其特征在于，在可展开机构(2)上设有首尾相互铰接的刚架、连接在刚架上的一对短同步杆，一对短同步杆分别连接一对连杆，一对连杆分别连接一对相互铰接的长同步杆，一对长同步杆分别铰接在一对刚架上；一对长同步杆分别连接到相邻的一对连杆上，下一级一对连杆再连接到下一级短同步杆上，依次类推，构成可展开机构(2)桁架；一对刚架、一对短同步杆和一对长同步杆分别通过一对环向接头铰接，长同步杆与刚架、短同步杆与刚架之间通过径向接头(19)铰接；在一对环向接头和径向接头(19)上装有滑轮(16)，拉索(15)依次绕过一对环向接头和径向接头(19)上的滑轮形成一闭合回路；拉索(15)首尾端连接到卫星(4)的电机轴上，通过卫星(4)上的电机收卷拉索(15)驱动可展开机构(2)展开。2.根据权利要求1所述的空间平面薄膜天线可展开机构，其特征在于，所述可展开机构(2)由刚架a(5)和刚架b(6)首尾相铰接构成环形结构，在靠近刚架a(5)和刚架b(6)的铰接端两侧分别连接有相互铰接的短同步杆a(11)和短同步杆b(12)，短同步杆a(11)和短同步杆b(12)上分别铰接有连杆a(9)和连杆b(10)，连杆a(9)和连杆b(10)分别连接一对相互铰接的长同步杆a(7)和长同步杆b(8)，长同步杆a(7)和长同步杆b(8)分别铰接在刚架a(5)和刚架b(6)上；长同步杆a(7)和长同步杆b(8)分别连接到相邻的连杆b(10)和连杆a(9)上，下一级连杆b(10)和连杆a(9)再连接到下一级短同步杆b(12)和短同步杆a(11)上，依次类推，构成铰接式刚性正多边形可展开机构(2)桁架。3.根据权利要求2所述的空间平面薄膜天线可展开机构，其特征在于，所述刚架a(5)与刚架b(6)通过环向接头a(17)铰接，长同步杆a(7)与长同步杆b(8)、短同步杆a(11)与短同步杆b(12)通过环向接头b(18)铰接；长同步杆a(7)与刚架a(5)、长同步杆b(8)与刚架b(6)、短同步杆a(11)与刚架b(6)、短同步杆b(12)与刚架a(5)之间通过径向接头(19)铰接；连杆a(9)与长同步杆b(9)、连杆a(9)与短同步杆a(11)、连杆b(10)与短同步杆b(12)、连杆b(10)与长同步杆a(7)之间通过铰接接头(20)铰接。4.根据权利要求3所述的空间平面薄膜天线可展开机构，其特征在于，相邻两刚架与相邻两同步杆之间构成一铰接式同步四边形机构，该同步四边形机构中一对刚架的铰接部分长度不大于同步杆铰接部分的长度，且短同步杆的长度与长同步杆在同步四边形机构中的长度相等；可展开机构(2)展开过程中，刚架之间的夹角由0°不断增大，当两相邻刚架与其之间的环向接头位于同一平面内时，四边形机构将构成空间三角形机构。5.根据权利要求4所述的空间平面薄膜天线可展开机构，其特征在于，所述一对环向接头均为一“V”形槽状结构，所述环向接头两端...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹鹏，保宏，段宝岩，张逸群，
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