星载天线可展开机构制造技术

本发明专利技术开关的一种星载天线可展开机构，旨在提供一种定位精度高、工作稳定可靠的展开机构。本发明专利技术通过下述技术方案予以实现：在伸展臂上安装有对应无源驱动铰链的解锁机构和位于伸展臂下方，对应关节铰链旋转轴的锁定机构，在收纳状态下，天线反射器通过无源驱动铰链连接关节旋转后，通过解锁机构固定在伸展臂上；启动锁定指令，锁定机构执行解锁动作，同步齿轮传动关节铰链的弹性势能驱动伸展臂，绕同步齿轮传动关节铰链轴线缓慢转动，锁定机构通过解锁机构连接的拉索，触发解锁机构的解锁动作，拉索联动解锁机构解锁，释放伸展臂；解锁后，无源驱动铰链按照旋转方向缓慢转动到预定角度，逐步完成伸展臂和天线的展开动作，锁定并保持为工作状态。

Deployable mechanism of satellite antenna

【技术实现步骤摘要】
星载天线可展开机构
本专利技术涉及宇航星载用机构，特别涉及了一种星载天线的可展开机构。
技术介绍
航空航天领域可展开机构有着不可替代的地位，已用作太阳帆板、可展示空间站雷达天线、空间射电望远镜发射天线、空间操作平台以及伸展臂等。空间可展开机构是由柔索、杆系、梁和板，通过系固、铰链、滑动配合、折叠等连接方式组成的结构单元，以叠压缩状送入太空，在马达(动力型)或弹簧释放(储能型)驱动下展开。空间可展机构的主要指标是收纳率、质量和展开可靠度以及结构刚度等。高的收纳率使机构能折叠成较小的体积而置于有效载荷舱中；质量轻，能降低发射成本；展开可靠度高，尽可能地降低风险；刚度较高，结构具有较好的稳定性。星载天线广泛应用于空间对地观测和通信。由于火箭有效运载空间、运载力的限制，要求天线在发射阶段以折叠状固定在运载工具有效载荷舱内，待航天器进入轨道后，再由地面控制中心指令其在空间轨道按设计要求，逐步完成展开动作，然后锁定并保持为工作状态。因此，天线的可展开性成为现代空间天线的一个显著特征。星载天线作为卫星有效载荷，是完成探测、数据通信和测控等活动必要的装备。随着观测分辨率、指向精度要求的提高,作为保证星载天线刚度和传递展开动力的核心部件,可展开支撑桁架机构向着高刚度、大面积和展开，运动简单的方向发展。为提高卫星发射的效费比，需要尽可能减少卫星整星体积和重量，这需要在发射状态时将天线折叠在一个狭小的空间里；为防止卫星天线工作时对星上其他天线的信号干扰或信号遮挡，当卫星进入预定轨道后，卫星天线锁定机构解除锁定，伸展臂和天线反射面按照预定的速度展开，使得星载天线同卫星本体保持一定距离并达到可工作状态；此外，为了能够和地面顺畅联系，保证要求的覆盖范围，定向天线还对天线展开机构展开到位后有确定性的指向，并且对定向精度有较高要求。可展开卫星天线经过近几十年的发展，为了适应不同的需求，其形式可谓是多种多样，并且随着新型宇航材料、加工装配技术的提高、各学科领域不断提出更高的要求。新的形式不断涌现，然而，尽管形式众多，驱动方式的各异而衍生出不同的具体形式。仍然可以分为三种基本类型：固面展开天线、充气硬化展开天线、网格状展开天线。固面展开天线的典型特点是天线的反射面由几块刚性曲板组成，在收纳状态下，刚性曲板折叠包围在一个中央圆筒周围，固面展开天线的优点是可以达到很高的型面精度，缺点是收纳率不高，重量大，因而使其口径的进一步增大受到限制。充气硬化展开天线主要由柔性材料(经过化学树脂处理的Kevlar膜材或Mylar膜材)制造，其展开原理是民用建筑中的充气膜结构相同，通过内部气体使结构膨胀至所需要的形状位置，与民用膜结构不同的是，膨胀到指定位置后，在太阳紫外光的照射下，经过化学处理的膜材发生化学硬化作用，固定在指定位置，这时，即使内部气体泄漏，也不会造成天线型面精度的损失。从结构方面看，该类天线主要由充气硬化支撑杆、充气硬化支撑环、充气硬化中心体构成。充气硬化中心体在展开硬化后成为扁豆状，一面为透明，另一面涂抹反射性材料，形成天线的反射面。但是，充气展开天线也存在一些缺点，比如：在各类星载展开天线中，空间环境对充气式天线结构的影响最大。而且充气式展开天线材料(特别是膜面材料)要求极高，其反射面精度通常难以得到保证。网格状展开天线结构比较简单，收缩率较大，即使天线口径达到100m也能够满足收拢要求。但其刚度、抗振性、反射面精度都比较差。另外，在每种基本类型下，根据天线反射器结构形式的不同,星载可展开天线大致分为板状反射面天线、网状反射面天线以及薄膜型反射面天线三大类,板状反射面可展开天线板状反射面可展开天线主要是由大量刚性金属板或碳纤维增强塑料由于实体面板可通过精加工提高反射曲面精度,完全能够满足天线高精度的要求。因此,实体反射面天线的最大优点是精度高。但这种天线具有结构重量大,收缩比小的缺点,一般不能应用于大型可展开天线。网状反射面可展开天线这种天线反射器为索网结构,这种天线的装配和调整难度都比较大。而且展开的可靠性也比较低。薄膜型反射面天线薄膜型反射面天线,首先将能够反射电波的涂料涂在薄膜上,制成充气式结构,发射入轨后,经气体膨胀成型,然后再利用紫外线的照射使反射膜硬化成型。这种天线有几个比较明显的优点:飞行硬件的成本低构重量轻以及工作寿命比较长。这种天线的反射器采用具有一定柔性和一定自回弹性能的薄膜材料制成,反射面既可以是网状的也可以是实体面的,因此,它可以满足网状天线不能适应的高频段要求,又可以省去面板天线中的活动关节等复杂机械结构,降天线重量低。薄膜反射面天线的展开可靠性，制造成本，结构重量及收拢体积比较优越，但对膜面材料求极高,其反射面精度通常难以得到保证,所能达到的形面精度不高，固面天线的只能满足形面精度的要求，其他方面的特性都比较差。目前这类天线还处于研究阶段。空间可展开机构应根据具体情况选择不同的驱动形式。目前，国内外运用于空间可展开天线的主要驱动形式有：微电机驱动、气压液压驱动、自伸展驱动和弹簧驱动。微电机驱动主要是利用微型电机驱动主动件或者通过传动使结构逐渐展开。这种驱动形式主要运用于整体结构逐级展开的可展开天线形式中，其主要特点是天线展开过程平稳，展开过程易于控制，展开精度高，对结构的冲击比较小。但在结构中增加了电机、电源等设备，使得结构比较复杂。气压液压驱动主要是指两种情况，一是对于充气薄膜天线，这种结构采用充气产生气压驱动可展开天线部件或反射面展开；另外，液压驱动通常是指由液压系统推动杆件或构件运动，从而带动整个天线系统展开。其中，气压液压驱动形式运用于星载可展开天线还处于研究阶段，仍然存在许多问题。自伸展驱动形式主要是将空间可展开天线的部分构件或者某些特定构件的中点，甚至整个结构采用记忆合金或者其它特殊材料制成，使其能够在特定环境下按照设计要求自动展开。弹簧驱动主要分为拉压弹簧和扭转弹簧(扭簧)。对于拉压弹簧驱动，一般将其安装在展开过程中长度尺寸需要改变的杆件中，结构收拢折叠时，弹簧处于拉伸或压缩状态而存储弹性能量；当解锁后，弹簧收缩或伸展驱动天线展开。对于扭簧驱动，通常是在天线各节点或杆件关节按照特定要求进行设置，天线处于收拢折叠状态时，扭簧受预应力作用存储弹性变形能，当结构解锁后扭簧释放应变能，驱动天线结构展开。弹簧驱动形式的优点是系统相对独立，展开可靠性高。采用弹簧驱动形式，在关节中设置扭簧，折叠时扭簧受到预应力存储弹性变形势能，当天线结构解锁后，扭簧释放弹性能，驱动环、肋关节展开，从而使整个结构展开。将齿轮主体设计为腔体结构，将扭簧设置在其中。扭簧的一端固定在齿轮上，另一端与销轴相连，销轴与关节央板固定，不能转动而齿轮以销轴为中心轴旋转。试验证明，以上三个方案都能完成驱动要求。但是，其中方案一由于驱动扭簧加载在齿轮内部，所以无形中加大了齿轮的厚度，也同时增大了关节的重量：而方案二、三两个方案中将扭簧加载在齿轮外部，不仅可以减小齿轮的重量，同时方案二中将扭簧装配在齿轮上下表面上，这样扭簧旋转产生的力量平均施加在齿轮上下表面上，因此在轴向上不会产生偏移，保证了精度，方案三用同一根扭簧的两个力臂分别驱动左、右齿轮转动，这样两个齿轮同时承本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种星载天线可展开机构，包括，安装在底座(1)上的无源驱动同步齿轮传动关节铰链(2)和一端通过同步齿轮传动关节铰链(2)铰接固定在卫星本体(14)上的伸展臂(3)，另一端通过天线旋转轴连接的天线(8)，以及安装在天线(8)连杆自由端天线反射器(9)上的无源驱动铰链(6)，其特征在于：在伸展臂(3)上安装有对应所述无源驱动铰链(6)的解锁机构(5)和位于伸展臂(3)下方，对应关节铰链(2)旋转轴的锁定机构(4)，在收纳状态下，天线反射器(9)通过无源驱动铰链(6)连接关节旋转后，通过解锁机构(5)固定在伸展臂(3)上，所述伸展臂(3)通过锁定机构(4)固定卫星本体(14)侧面上；当卫星到达预定轨道并收到展开指令后，启动锁定指令，锁定机构(4)执行解锁动作，同步齿轮传动关节铰链(2)的弹性势能驱动伸展臂(3)，绕同步齿轮传动关节铰链(2)轴线缓慢转动，锁定机构(4)通过解锁机构(5)连接的拉索(7)，触发解锁机构(5)的解锁动作，拉索(7)联动解锁机构(5)解锁，释放伸展臂(3)；解锁后，无源驱动同步齿轮传动关节铰链(2)和无源驱动铰链(6)按照旋转方向缓慢转动到预定角度，逐步完成伸展臂(3)和天线(8)的展开动作，然后锁定并保持为工作状态。/n...

【技术特征摘要】
1.一种星载天线可展开机构，包括，安装在底座(1)上的无源驱动同步齿轮传动关节铰链(2)和一端通过同步齿轮传动关节铰链(2)铰接固定在卫星本体(14)上的伸展臂(3)，另一端通过天线旋转轴连接的天线(8)，以及安装在天线(8)连杆自由端天线反射器(9)上的无源驱动铰链(6)，其特征在于：在伸展臂(3)上安装有对应所述无源驱动铰链(6)的解锁机构(5)和位于伸展臂(3)下方，对应关节铰链(2)旋转轴的锁定机构(4)，在收纳状态下，天线反射器(9)通过无源驱动铰链(6)连接关节旋转后，通过解锁机构(5)固定在伸展臂(3)上，所述伸展臂(3)通过锁定机构(4)固定卫星本体(14)侧面上；当卫星到达预定轨道并收到展开指令后，启动锁定指令，锁定机构(4)执行解锁动作，同步齿轮传动关节铰链(2)的弹性势能驱动伸展臂(3)，绕同步齿轮传动关节铰链(2)轴线缓慢转动，锁定机构(4)通过解锁机构(5)连接的拉索(7)，触发解锁机构(5)的解锁动作，拉索(7)联动解锁机构(5)解锁，释放伸展臂(3)；解锁后，无源驱动同步齿轮传动关节铰链(2)和无源驱动铰链(6)按照旋转方向缓慢转动到预定角度，逐步完成伸展臂(3)和天线(8)的展开动作，然后锁定并保持为工作状态。


2.展臂(3)一端通过同步齿轮传动关节铰链(2)铰接固定在卫星本体(14)上，当处于收藏状态时，另一端通过锁定机构(4)固定在天线收纳状态固定面(10)上，无源驱动铰链(6)通过解锁机构(5)固定在伸展臂(3)上实现天线(8)上天线反射器(9)的固定。


3.如权利要求1所述的星载天线可展开机构，其特征在于：伸展臂(3)根据地面控制指令逐步展开到预定目标形状尺寸后锁定并保持为工作状态，伸展臂(3)在驱动源驱动下，对展开位置进行定位；当伸展臂(3)从天线收纳状态固定面(10)展开至天线展开状态固定面(12)；铰链(2)关节中的定位系统阻止伸展臂(3)继续展开，同时锁定系统对伸展臂()3肋杆进行锁定。


4.如权利要求1所述的星载天线可展开机构，其特征在于：所述天线(8)的天线旋转轴(16)垂直于所述卫星本体(14)的天线...

【专利技术属性】
技术研发人员：冷献春，官正涛，
申请(专利权)人：西南电子技术研究所中国电子科技集团公司第十研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51