本发明专利技术公开了一种索膜组合结构可展开卫星天线，由外侧的环形桁架和内部的索摸组合结构构成。环形桁架为由可动关节和杆件构成的可折叠结构，其结构内部环形阵列布置有多根气动杆，通过供气系统进行并联驱动实现其展开。环形桁架内部圆柱体空间内连接有由反射膜、膜网、纵向拉索和后网面构成的柔性索膜组合结构，在桁架展开后内部柔性结构随之展开，网膜利用自身的弹性变形将下边缘纵向拉索的集中作用力在膜片内部扩散为均匀力场，使网膜上边缘形成所需的抛物线，反射膜附着在网膜的上边缘形成连续曲面对旋转抛物面进行拟合。本发明专利技术利用膜网上边缘的曲线网面对旋转抛物面进行拟合，相对于现有的直线拟合技术很大程度上提高了设计精度。
A deployable satellite antenna with cable-membrane composite structure
【技术实现步骤摘要】
一种索膜组合结构可展开卫星天线
本专利技术涉及卫星天线，本专利技术尤其涉及可展开卫星天线。
技术介绍
随着航天科技的发展，许多科学应用领域对大口径天线提出了的需求，其目的在于获取微小发射功率的信号。通信卫星、中继卫星、军用侦察卫星以及太空攻防微波武器均需要口径十米以上的天线，射电天文学科需要的长基线干涉仪的口径也在十米以上，太阳能动力站卫星为传输高能微波至地球也需要口径百米以上的巨型天线；另一方面，火箭发射舱的运载重量和容量十分有限；这要求卫星天线必须具备轻质、口径大、可展开和高精度的特性。世界各国对此均高度重视，并取得了诸多相应成果。其中环形桁架展开天线与其它形式的可展开天线形式相比，具有随口径增大天线重量的增加相对较小的特征，因此成为了目前大型卫星天线比较理想的形式。环形析架式天线的索网结构主要由前索网、后索网、纵向调节索组成。金属反射面网缝制在前索网反射面索网上完成电波反射任务。要提高此类天线提高设计精度，现有的方法是增加前索网的网格密度；这将导致索网节点增多，天线在太空的展开过程中索网发生相互缠绕无法正常展开的概率大大增加。为了索网反射面的精度能够较好地保持，索网结构的也应具有一定的预应力使自身的刚度需达到预定的指标。预应力越大，索网天线结构的刚度越好，但对天线结构的展开驱动力要求也就越大，由于卫星天线驱动电机功率有限，这将导致天线结构的展开较为困难或展不开。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服已有技术的缺陷，提供一种在不增加网格密度的前提下提高了天线的设计精度的索膜组合结构可展开卫星天线。本专利技术的索膜组合结构可展开卫星天线，包括圆环柱体形桁架，所述的桁架包括沿竖直方向设置的多根气动杆，所述的多根气动杆沿桁架圆周方向均匀间隔设置，每根气动杆均包括气杆壳体，在所述的气杆壳体内安装有能够沿气杆壳体内壁上下滑移的活塞，所述的活塞上部的气杆壳体内的空腔为第二空腔，所述的活塞下部的气杆壳体内的空腔为第三空腔；所述的活塞的顶壁上设置有一个空心滑杆，所述的空心滑杆的中间空腔为第一空腔，所述的空心滑杆伸出气杆壳体顶部设置，在所述的空心滑杆的底部侧壁上开有侧孔；一个密封盖包括中间具有空腔的主体，在所述的主体外壁上沿圆周方向设置有轴肩，所述的主体环套在空心滑杆外且轴肩以下部分的主体插在气杆壳体的第二空腔内并与第二空腔处的气杆壳体内壁螺纹连接，所述的轴肩压紧设置在气杆壳体的顶壁上，所述的空心滑杆能够沿主体的中间空腔内壁上下滑移，在所述的主体上部外壁上套有能够与主体上下滑动连接的套锁环，在所述的锁环和轴肩之间的主体上套有弹簧，所述的弹簧上端和锁环底壁接触并且下端和轴肩顶壁接触，在所述密封盖的主体上部外壁上沿主体径向对称开有两个径向孔，在锁环的内腔设置有从上至下直径从大变小且两者之间通过倒角过渡的二级环形槽，沿空心滑杆径向在所述的空心滑杆外壁上沿圆周方向开有一圈弧形圆环槽，当弧形圆环槽在钢球所在位置下方时，所述的钢球限制在锁环直径较大的环形槽、主体的径向孔和空心滑杆圆柱外壁构成的空间内；当弧形圆环槽处于钢球所在位置时，两个钢球处于锁环直径较小的环形槽、主体的径向孔和弧形圆环槽构成的空间内，两个钢球分别嵌入空心滑杆上的弧形圆环槽配合锁定空心滑杆运动；在与第三空腔对应位置处的所述的气杆壳体的下部外壁上开有与第二气嘴连通的气孔，在与第一空腔对应位置处的所述的主体上部外壁上开有与第一气嘴连通的气孔，所述的第一空腔通过侧孔与位于空心滑杆和活塞上部之间的第二空腔连通，所述的空心滑杆上部与同步铰链的螺纹连接，空心滑杆下部与锁紧铰链预留的接口螺纹连接；一个膜网设置在桁架内的上部，所述的膜网展开时在连接件的拉力作用下上边缘形成抛物线网状结构拟合旋转抛物面形，所述的膜网为由多道具有一定的弹性膜片交叉设置形成的空间网格结构，膜网的每个网格为三角空心棱柱形，膜网完全打开状态下每个网格的顶边均为抛物线，所述的膜网边缘处构成同一个网格的两道膜片通过一个连接器相连；在所述的桁架内的底部设置有一个后网面，所述的后网面为由多道拉索构成的三角形网格结构，所述的后网面的边缘处构成同一个网格的两道拉索通过一个连接器相连；所述的连接器包括一个轴线沿水平方向设置的空心连接管，在所述的空心连接管的侧壁上沿水平方向设置有凸台，在所述的凸台上沿竖直方向分别固定有一个轴承，在每个轴承的外圈上均固定有一个拉耳，在每道膜片的外边缘均固定有一个加强圈，同一个网格的两道膜片固定有加强圈的外边缘的连接点分别与一个连接器的两个拉耳一一对应固定相连，同一个网格的两道拉索的外边缘的连接点分别与一个连接器的两个拉耳一一对应固定相连；一个与所述的膜网顶壁形状吻合的反射膜固定在膜网的顶壁上，膜网的每一个网格面均平行于展开后的膜网所拟合的旋转抛物面的转轴；每个上部的连接器套在一根上部的横杆上并且两者之间粘接固定，每根上部的横杆的两端分别设置在两个同步铰链之间且与两个同步铰链铰接相连，多根上部的横杆通过同步铰链彼此相连构成闭合结构，每个下部的连接器套在一根下部的横杆上，每根下部的横杆的两端分别设置在两个锁紧铰链之间且与两个锁紧铰链铰接相连，多根横杆通过锁紧铰链彼此相连构成闭合结构，相邻的两根空心滑杆之间沿斜向连接有一根斜杆，所述的斜杆的一端与两根空心滑杆中的一根空心滑杆的同步铰链之间铰接相连并且另一端与两根空心滑杆中的另一根空心滑杆的锁紧铰链之间铰接相连，全部斜杆成W形设置；一根环形上导气管安装在多根上部的横杆内部空腔中，一根环形下导气管安装在多根下部的横杆内部空腔中，所述的环形上导气管和环形下导气管采用柔性材料制造，所述的环形上导气管通过多根支管与每个气动杆的第一气嘴连通，所述的环形下导气管通过多根支管与每个第二气嘴连通，所述的环形上导气管和环形下导气管分别通过安装有电磁节流阀和压力传感器的管道与一个储气罐连通，两个储气罐分别通过管道与一个双向泵的泵口连接，所述的双向泵的泵轴与电动机相连；在所述的膜网的多道膜片交叉节点处以及后网面的节点处之间分别一一对应的设置有一个连接件，所述的连接件沿竖直方向设置，每个连接件包括空心螺柱，所述的空心螺柱的上下两端分别螺纹连接有一个螺纹套筒，在上部的螺纹套筒的上端内以及下部的螺纹套筒的下端内分别设置有定位台，在每个螺纹套筒内分别滑动连接有一个中空滑动销，所述的中空滑动销通过一端的定位轴肩与定位台能够压紧配合，在每个中空滑动销内粘接固定有一根纵向拉索，每个连接件上端的纵向拉索与膜网底面处的交叉节点处固定相连并且下端的纵向拉索与后网面的节点处固定相连。本专利技术的有益效果是：1.采用弹性薄膜连接形成的网状结构代替前网面，利用薄膜网状结构在多点集中力的作用下的连续弹性变形的特点，使膜的边缘形成曲线对抛物线进行拟合；这使附着在薄膜网状结构前网面的金属薄被划分为许多三边均为抛物线的空间三角形，通过这些空间三角形对抛物面进行拟合，最终达到了在不增加网格密度的前提下提高天线的设计精度的目的。2.由于本专利技术内部特殊的索膜组合结构，在折叠装配到运载火箭内部的过程中可将后网面与纵向拉索形成的连接节点放入薄膜网状结构的三角棱柱的空间内折叠装配，利用膜将节点相互隔离，防止索网在运输过程中由于振动相互缠绕导致天线无法展开，可有效降低天线在太空展开的故障率。3.本专利技术提出了一种新型的可展开本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种索膜组合结构可展开卫星天线，包括圆环柱体形桁架(5)，其特征在于：所述的桁架包括沿竖直方向设置的多根气动杆(14)，所述的多根气动杆沿桁架圆周方向均匀间隔设置，每根气动杆均包括气杆壳体(21)，在所述的气杆壳体内安装有能够沿气杆壳体内壁上下滑移的活塞，所述的活塞上部的气杆壳体内的空腔为第二空腔，所述的活塞下部的气杆壳体内的空腔为第三空腔；所述的活塞的顶壁上设置有一个空心滑杆(17)，所述的空心滑杆的中间空腔为第一空腔(24)，所述的空心滑杆伸出气杆壳体(21)顶部设置，在所述的空心滑杆的底部侧壁上开有侧孔(26)；一个密封盖(20)包括中间具有空腔的主体，在所述的主体外壁上沿圆周方向设置有轴肩，所述的主体环套在空心滑杆外且轴肩以下部分的主体插在气杆壳体的第二空腔内并与第二空腔处的气杆壳体内壁螺纹连接，所述的轴肩压紧设置在气杆壳体的顶壁上，所述的空心滑杆能够沿主体的中间空腔内壁上下滑移，在所述的主体上部外壁上套有能够与主体上下滑动连接的套锁环(18)，在所述的锁环和轴肩之间的主体上套有弹簧(19)，所述的弹簧上端和锁环底壁接触并且下端和轴肩顶壁接触，在所述密封盖(20)的主体上部外壁上沿主体径向对称开有两个径向孔，在锁环的内腔设置有从上至下直径从大变小且两者之间通过倒角过渡的二级环形槽，沿空心滑杆径向在所述的空心滑杆外壁上沿圆周方向开有一圈弧形圆环槽，当弧形圆环槽在钢球所在位置下方时，所述的钢球(25)限制在锁环直径较大的环形槽、主体的径向孔和空心滑杆(17)圆柱外壁构成的空间内；当弧形圆环槽处于钢球(25)所在位置时，两个钢球(25)处于锁环(18)直径较小的环形槽、主体的径向孔和弧形圆环槽构成的空间内，两个钢球(25)分别嵌入空心滑杆上的弧形圆环槽配合锁定空心滑杆运动；在与第三空腔(28)对应位置处的所述的气杆壳体的下部外壁上开有与第二气嘴22连通的气孔，在与第一空腔对应位置处的所述的主体上部外壁上开有与第一气嘴(16)连通的气孔，所述的第一空腔通过侧孔与位于空心滑杆(17)和活塞上部之间的第二空腔(27)连通，所述的空心滑杆上部与同步铰链(12)的螺纹连接，空心滑杆下部与锁紧铰链(23)预留的接口螺纹连接；一个膜网(2)设置在桁架(5)内的上部，所述的膜网2展开时在连接件的拉力作用下上边缘形成抛物线网状结构拟合旋转抛物面形，所述的膜网为由多道具有一定的弹性膜片交叉设置形成的空间网格结构，膜网的每个网格为三角空心棱柱形，膜网完全打开状态下每个网格的顶边均为抛物线，所述的膜网边缘处构成同一个网格的两道膜片通过一个连接器(6)相连；在所述的桁架(5)内的底部设置有一个后网面(4)，所述的后网面为由多道拉索构成的三角形网格结构，所述的后网面的边缘处构成同一个网格的两道拉索通过一个连接器相连；所述的连接器包括一个轴线沿水平方向设置的空心连接管，在所述的空心连接管的侧壁上沿水平方向设置有凸台，在所述的凸台上沿竖直方向分别固定有一个轴承，在每个轴承的外圈上均固定有一个拉耳(7)，在每道膜片(2‑1)的外边缘均固定有一个加强圈(8)，同一个网格的两道膜片固定有加强圈的外边缘的连接点分别与一个连接器的两个拉耳一一对应固定相连，同一个网格的两道拉索的外边缘的连接点分别与一个连接器的两个拉耳一一对应固定相连；一个与所述的膜网(2)顶壁形状吻合的反射膜(1)固定在膜网(2)的顶壁上，膜网(2)的每一个网格面均平行于展开后的膜网所拟合的旋转抛物面的转轴；每个上部的连接器(6)套在一根上部的横杆(13)上并且两者之间粘接固定，每根上部的横杆(13)的两端分别设置在两个同步铰链之间且与两个同步铰链铰接相连，多根上部的横杆通过同步铰链彼此相连构成闭合结构，每个下部的连接器(6)套在一根下部的横杆(13)上，每根下部的横杆(13)的两端分别设置在两个锁紧铰链之间且与两个锁紧铰链铰接相连，多根横杆通过锁紧铰链彼此相连构成闭合结构，相邻的两根空心滑杆(17)之间沿斜向连接有一根斜杆(15)，所述的斜杆(15)的一端与两根空心滑杆(17)中的一根空心滑杆(17)的同步铰链之间铰接相连并且另一端与两根空心滑杆(17)中的另一根空心滑杆(17)的锁紧铰链之间铰接相连，全部斜杆成W形设置；一根环形上导气管(30)安装在多根上部的横杆(13)内部空腔中，一根环形下导气管(29)安装在多根下部的横杆(13)内部空腔中，所述的环形上导气管(30)和环形下导气管(29)采用柔性材料制造，所述的环形上导气管(30)通过多根支管与每个气动杆(14)的第一气嘴(16)连通，所述的环形下导气管(29)通过多根支管与每个第二气嘴(22)连通，所述的环形上导气管(30)和环形下导气管(29)分别通过安装有电磁节流阀和压力传感器的管道与一个储气罐连通，两个储气罐分别通过管道与一个双...
【技术特征摘要】
1.一种索膜组合结构可展开卫星天线，包括圆环柱体形桁架(5)，其特征在于：所述的桁架包括沿竖直方向设置的多根气动杆(14)，所述的多根气动杆沿桁架圆周方向均匀间隔设置，每根气动杆均包括气杆壳体(21)，在所述的气杆壳体内安装有能够沿气杆壳体内壁上下滑移的活塞，所述的活塞上部的气杆壳体内的空腔为第二空腔，所述的活塞下部的气杆壳体内的空腔为第三空腔；所述的活塞的顶壁上设置有一个空心滑杆(17)，所述的空心滑杆的中间空腔为第一空腔(24)，所述的空心滑杆伸出气杆壳体(21)顶部设置，在所述的空心滑杆的底部侧壁上开有侧孔(26)；一个密封盖(20)包括中间具有空腔的主体，在所述的主体外壁上沿圆周方向设置有轴肩，所述的主体环套在空心滑杆外且轴肩以下部分的主体插在气杆壳体的第二空腔内并与第二空腔处的气杆壳体内壁螺纹连接，所述的轴肩压紧设置在气杆壳体的顶壁上，所述的空心滑杆能够沿主体的中间空腔内壁上下滑移，在所述的主体上部外壁上套有能够与主体上下滑动连接的套锁环(18)，在所述的锁环和轴肩之间的主体上套有弹簧(19)，所述的弹簧上端和锁环底壁接触并且下端和轴肩顶壁接触，在所述密封盖(20)的主体上部外壁上沿主体径向对称开有两个径向孔，在锁环的内腔设置有从上至下直径从大变小且两者之间通过倒角过渡的二级环形槽，沿空心滑杆径向在所述的空心滑杆外壁上沿圆周方向开有一圈弧形圆环槽，当弧形圆环槽在钢球所在位置下方时，所述的钢球(25)限制在锁环直径较大的环形槽、主体的径向孔和空心滑杆(17)圆柱外壁构成的空间内；当弧形圆环槽处于钢球(25)所在位置时，两个钢球(25)处于锁环(18)直径较小的环形槽、主体的径向孔和弧形圆环槽构成的空间内，两个钢球(25)分别嵌入空心滑杆上的弧形圆环槽配合锁定空心滑杆运动；在与第三空腔(28)对应位置处的所述的气杆壳体的下部外壁上开有与第二气嘴22连通的气孔，在与第一空腔对应位置处的所述的主体上部外壁上开有与第一气嘴(16)连通的气孔，所述的第一空腔通过侧孔与位于空心滑杆(17)和活塞上部之间的第二空腔(27)连通，所述的空心滑杆上部与同步铰链(12)的螺纹连接，空心滑杆下部与锁紧铰链(23)预留的接口螺纹连接；一个膜网(2)设置在桁架(5)内的上部，所述的膜网2展开时在连接件的拉力作用下上边缘形成抛物线网状结构拟合旋转抛物面形，所述的膜网为由多道具有一定的弹性膜片交叉设置形成的空间网格结构，膜网的每个网格为三角空心棱柱形，膜网完全打开状态下每个网格的顶边均为抛物线，所述的膜网边缘处构成同一个网格的两道膜片通过一个连接器(6)相连；在所述的桁架(5)内的底部设置有一个后网面(4)，所述的后网面为由多道拉索构成的三角形网格结构，所述的后网面的边缘处构成同一...
【专利技术属性】
技术研发人员：何柏岩，焦彪彪，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12
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