基于复合四面体单元的单自由度双环桁架可展开天线机构制造技术

本发明专利技术提供一种基于复合四面体单元的单自由度双环桁架可展开天线机构，其包括N个复合四面体单元，N为大于等于3的正整数，复合四面体单元间通过共用的内层花盘、同步杆、连接杆、棱柱和外层花盘连接，复合四面体单元包括两个结构相同的四面体单元，四面体单元中各构件均通过转动副连接，复合四面体单元间因排列方式不同且彼此之间的连接方式也不同，复合四面体单元能根据可展开天线口径的需求而任意改变，其同步杆、连接杆和棱柱根据可展开天线的口径及折叠比调整，解决了现有可展开天线结构复杂、重量大和刚度强度差的问题，具有制造工艺优化、刚度高和折叠比大等优点，较好的应用于大口径星载天线、通讯卫星和空间探测器上。上。上。

【技术实现步骤摘要】
基于复合四面体单元的单自由度双环桁架可展开天线机构


[0001]本专利技术涉及折展天线机构
，具体涉及一种基于复合四面体单元的单自由度双环桁架可展开天线机构。

技术介绍

[0002]空间天线在发射过程中必须以折展状态收拢在运载火箭整流罩内，待发射到指定位置后平稳展开，这就要求天线机构具有较大的折展率，即折展状态时较小的包络体积及展开状态时较大的包络体积。空间可展开天线可以按照收拢与展开方式分为桁架式折展开天线、弹性变形可展开天线、固面可展开天线和充气式可展开天线。桁架式折展天线机构是应用最为广泛的一类展开机构，在展开过程中为机构，完全展开后则形成桁架结构，具有结构刚度大和空间定位精度高的特点，同时该类天线具有若干个相同或相似的折展机构单元，整体折展率大，是大口径星载天线的理想形式。
[0003]随着技术要求的不断提高，空间天线的性能也不断向长距离，大容量，高增益以及高分辨率的方向发展，随之对可展开天线提出了大口径、高刚度、高精度以及大折叠比等要求。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

[0004]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种基于复合四面体单元的单自由度双环桁架可展开天线机构，通过改变复合四面体单元的数量和各杆件的长度，从而形成不同口径的可展开天线机构，整体结构简单，为单自由度机构，添加一个驱动便可使可展开天线机构展开，解决了现有可展开天线结构复杂、重量大和刚度强度差的问题，较好的应用于大口径星载天线、通讯卫星和空间探测器上。
[0005]本专利技术提供了一种基于复合四面体单元的单自由度双环桁架可展开天线机构，其包括N个结构相同的复合四面体单元，N为大于等于3的整数，所述复合四面体单元，其包括四面体单元和棱柱，所述四面体单元呈面对称设置，且所述四面体单元间通过棱柱连接，所述四面体单元包括内层花盘、同步杆、连接杆、Y形花盘、外层花盘和T形花盘，相邻所述内层花盘间通过同步杆转动连接，且多个所述内层花盘呈等边或等腰三角形设置，所述Y形花盘位于三角形中心的上方，所述内层花盘分别通过连接杆与所述Y形花盘连接，所述外层花盘间通过同步杆依次首尾连接，所述外层花盘通过连接杆与所述T 形花盘连接，所述外层花盘呈面对称设置，且通过棱柱连接，所述复合四面体单元间因排列方式不同，其之间的连接方式也不同，所述复合四面体单元间通过共用的内层花盘、同步杆、连接杆、棱柱和外层花
盘连接，整体构成双环桁架可展开天线机构。
[0006]可优选的是，所述内层花盘位于内环面上，且所述内层花盘和外层花盘均为双层面对称结构，所述内层花盘的第一层设有四个双槽口支叉，且槽口上开设有通孔，用于插入所述同步杆的端部并通过转动副连接，两个所述同步杆为一组，且所述同步杆间通过转动副连接，两个槽口为一组，同一组槽口间的夹角为四面体单元底面等腰或等边三角形的底角，底角为θ1＝a
°
，等腰或等边三角形的顶角为θ2＝(360
°‑
(180
°‑
360/N)
‑
2a)
°
，所述内层花盘的第二层设有三个双槽口支叉，用于插入所述连接杆的端部并通过转动副连接，且三个槽口的中心线与第一层的四个槽口间夹角的等分线重合，第二层槽口间的夹角为 1/2(a+(360
‑
(180
‑
360/N)
‑
2a)
°
，所述内层花盘的第一层上还开设有凹槽，所述棱柱的第一端与所述内层花盘上的凹槽固定连接，所述棱柱的第二端与呈面对称设置所述内层花盘上设有的凹槽固定连接。
[0007]可优选的是，所述外层花盘位于外环面上，所述外层花盘的第一层设有四个双槽口支叉，所述外层花盘以中间对称面将双槽口支叉分为两组，同一组双槽口支叉间的夹角为θ3＝1/2(180
‑
(360
‑
(180
‑
360/N)
‑
2a)
°
，相邻两组槽口间的夹角为等腰或等边三角形的顶角为θ4＝(180
‑
2a)
°
，所述外层花盘的第二层设有三个槽口，槽口间的夹角为1/2((180
‑
2a)+(360
‑
(180
‑
360/N)
‑
2a))
°
。
[0008]可优选的是，所述Y形花盘和T形花盘上均设有三个双槽口支叉，且槽口上均开设有通孔，所述Y形花盘和T形花盘整体均为面对称结构，所述Y 形花盘和T形花盘的中间对称平面与中间支叉对称面重合，中间对称平面两侧各有一个支叉，各两侧支叉对称面与中间对称平面之间的夹角为θ5＝2a
°
，两侧支叉的对称面间夹角为θ6＝360
‑
4a
°
。
[0009]可优选的是，所述四面体单元中同步杆、连接杆和棱柱均应满足特定比例关系，所述同步杆、连接杆和棱柱的尺寸根据所述内层花盘、Y形花盘、外层花盘和T形花盘上支叉间的夹角合理调整。
[0010]可优选的是，所述复合四面体单元的排列方式有三种，排列方式一：相邻所述复合四面体单元A和复合四面体单元B，复合四面体单元A的柱面朝向环心，复合四面体单元B的柱面朝向环外，所有朝向环心的柱面共同组成内环面，所有朝向环心外的柱面共同组成外环面，相邻所述复合四面体单元A 与复合四面体单元B间通过共用的两个内层花盘、两个外层花盘、两根棱柱和4根同步杆连接；排列方式二：相邻所述复合四面体单元A的棱柱都朝向环心，即复合四面体单元A朝向环心的柱面共同组成内环面，相邻所述复合四面体单元A间共用两个内层花盘、一根棱柱，通过四根同步杆连接；排列方式三：所述复合四面体单元B的其中一棱边均朝向环心，与棱边相对的柱面朝向环外，即所有朝环外的柱面共同组成外环面，相邻所述复合四面体单元 B间共用一根棱柱和两个外层花盘，通过四根同步杆连接。
[0011]可优选的是，通过调整所述同步杆、连接杆和棱柱实现可展开天线机构的半收拢与完全收拢，可展开天线机构处于半收拢状态下，所述Y形花盘或T 形花盘间的距离逐渐减小，所述复合四面体单元的体积有所减小，可展开天线机构处于完全收拢状态下，所述内层花盘和外层花盘所在平面保持水平，各所述同步杆和连接杆相互靠拢，处于最小体积状态，整体收缩成圆柱体结构。
[0012]可优选的是，所述同步杆、连接杆和棱柱均由碳钎维复合材料或航空铝合金材料制成。
[0013]本专利技术与现有技术相比，具有如下优点：
[0014]1.本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于复合四面体单元的单自由度双环桁架可展开天线机构，其特征在于，其包括N个结构相同的复合四面体单元，其中N为大于等于3的整数，所述复合四面体单元，其包括四面体单元和棱柱，所述四面体单元呈面对称设置，且所述四面体单元间通过棱柱连接，所述四面体单元包括内层花盘、同步杆、连接杆、Y形花盘、外层花盘和T形花盘，相邻所述内层花盘间通过同步杆转动连接，且多个所述内层花盘呈等边或等腰三角形设置，所述Y形花盘位于三角形中心的上方，所述内层花盘分别通过连接杆与所述Y形花盘连接，所述外层花盘间通过同步杆依次首尾连接，所述外层花盘通过连接杆与所述T形花盘连接，所述外层花盘呈面对称设置，且通过棱柱连接，所述复合四面体单元间因排列方式不同所述连接方式不同，所述复合四面体单元间通过共用的内层花盘、同步杆、连接杆、棱柱和外层花盘连接，整体构成双环桁架结构。2.根据权利要求1所述的基于复合四面体单元的单自由度双环桁架可展开天线机构，其特征在于，所述内层花盘位于内环面上，且所述内层花盘和外层花盘均为双层面对称结构，所述内层花盘的第一层设有四个双槽口支叉，且槽口上开设有通孔，用于插入所述同步杆的端部并通过转动副连接，两个所述同步杆为一组，且所述同步杆间通过转动副连接，两个槽口为一组，同一组槽口间的夹角为四面体单元底面等腰或等边三角形的底角，底角为θ1＝a
°
，等腰或等边三角形的顶角为θ2＝(360
°‑
(180
°‑
360/N)
‑
2a)
°
，所述内层花盘的第二层设有三个双槽口支叉，用于插入所述连接杆的端部并通过转动副连接，且三个槽口的中心线与第一层的四个槽口间夹角的等分线重合，第二层槽口间的夹角为1/2(a+(360
‑
(180
‑
360/N)
‑
2a)
°
，所述内层花盘的第一层上还开设有凹槽，所述棱柱的第一端与所述内层花盘上的凹槽固定连接，所述棱柱的第二端与呈面对称设置所述内层花盘上设有的凹槽固定连接。3.根据权利要求1所述的基于复合四面体单元的单自由度双环桁架可展开天线机构，其特征在于，所述外层花盘位于外环面上，所述外层花盘的第一层设有四个双槽口支叉，所述外层花盘以中间对称面将双槽口支叉分为两组，同一组双槽口支叉间的夹角为θ3＝1/2(180
‑
(360
‑
(180
‑
360/N)
‑
2a)
°
，相邻两组槽口间的夹角为等腰或等边三角形的顶角为θ4＝(180
‑
2a)
°

【专利技术属性】
技术研发人员：韩博，高超，刘秉谦，李祥鲲，刘恩博，李康，赵永生，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：