空间绳系可展开面装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种空间绳系可展开面装置，主要解决现有技术成型难和稳定性差问题。它包括：多个反射面或透射面(1)、多根柔性牵引索(2)、卫星平台(4)和多个牵引索控制机构(3)。每个反射面或透射面(1)，由折叠环(4)和环连接关节(5)构成，并按口径大小排列层叠放置；每根柔性牵引索(2)的一端穿过口径最大的反射面或透射面的折叠环(4)的相应开孔,打死结固定，再依次穿过其他反射面或透射面的折叠环(4)打死结固定，另一端接卫星平台上相应的牵引索控制机构(3)，将反射面或透射面按层次连接，形成卫星平台与所有反射面或透射面组成的层叠放置结构，组成空间绳系系统。本发明专利技术可实现展开结构有效成型和整个系统自主轨道、姿态稳定，可用于太空中大型天线或望远镜。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于航天
，具体是一种空间通过绳索牵引连接的可展开表面装置，可用于太空中的大型反射面或透镜天线、大型望远镜、大型太阳能汇聚器。
技术介绍
随着人类航天运载能力的不断增强和航天技术的不断发展，空间大型可展开装置如大型可展开天线、大型太阳能帆板等得到了越来越多的应用，空间大型可展开天线已经在空间通信领域产生了巨大的经济和社会效益。空间大型、超大型可展开结构在其它领域也有着诱人的应用前景，如空间太阳光反射镜、太阳能轨道站、太空电梯、太空轨道转移器等，甚至成为卫星应用成功与否的关键部件之一。由于人类运载火箭容纳尺寸、运载能力的限制，航天应用高成本、高风险的特点，地面研制环境与太空工作环境的显著差异，使得空间大型、超大型可展开结构的设计成为未来航天应用的关键技术之一。由于空间大型、超大型可展开结构的尺寸庞大，其质量与承载的卫星平台相当甚至更大，而卫星平台的操控能源有限，因此其形状、位置、姿态的稳定与控制成为相当棘手 的问题之一，进而也制约了大型、超大型可展开结构的广泛应用。根据公开报道，迄今为止人类成功在轨应用的最大可展开结构是美国2010年11月21日发射的世界上最大间谍卫星上的索网结构大型可展开天线。其技术细节未公开，估计其面密度约O. 30Kg/m2，口径在50米 65米之间。美国的Wilkie等人在2007年4月23-26 日召开的48th AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASCStructures, Structural Dynamics, and Materials Conference 国际会议上，探讨了主镜口径达150米的对地观测光学望远镜的构想，其主镜由9276块组件构成，总质量32971kg。这种尺寸的结构需要依赖于空间机器人，采用空间装配技术才能实现。其技术可行性差。中国专利公开的一种“固定桁架结构的可展开面装置”，由于采用环连接关节与采用由矩形空心直杆或正三角形空心直杆组成的固定桁架结构相连，降低了整个装置的质量，减小了装置的面密度，降低了其结构复杂度，使得整个装置展开运动简单，展开可靠性显著提高。且该专利技术构建的反射面焦径比较大，能够远距离传输或会聚电磁波。该结构的面密度彡O. 25Kg/m2，口径可以做到上百米甚至更大。但该专利技术中，并未考虑其稳定与控制问题，即在太空中如何实现其结构的有效成型以及整个卫星系统的轨道、姿态的自主稳定，造成可展开结构无法在太空中稳定展开和平稳工作的缺陷。
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，提出一种能在太空中稳定展开和平稳工作的空间绳系可展开面装置，保证整个卫星系统的轨道和姿态的自主稳定。为实现上述目的，本专利技术包括N个大焦径比反射面或透射面I、M根柔性牵弓I索2和M个位于卫星平台4上的牵引索控制机构3，1<N<9，3<M< 192，卫星平台4上设有定位部件，反射面或透射面通过柔性牵引索与牵引索控制机构连接，形成展开、收拢机构，其特征在于牵引索控制机构3，由电机301和转盘302构成，采用电机驱动转盘，用以控制柔性牵引索的长度；反射面或透射面I，采用由复数个折叠环4和环连接关节5构成的固定桁架结构，每个折叠环4上设有开孔，每两个折叠环4之间通过一个环连接关节5连接；N个反射面或透射面按口径大小排列层叠放置，每根柔性牵引索2的一端穿过口径最大的反射面或透射面上的折叠环4的相应开孔，打死结固定，然后依次穿过其他N-I个反射面或透射面上的折叠环4的相应开孔，同样打死结固定，最终将N个反射面或透射面按层次连接，形成单个卫星平台与所有N个反射面或透射面一起组成的层叠放置结构；每根柔性牵引索2的另一端连接卫星平台上相应的牵引索控制机构3，使所有M 根柔性牵引索2和单个卫星平台以及所有N个反射面或透射面I三者一起构成中心对称形式，组合成空间绳系系统；N个反射面或透射面处于收拢状态时，按口径大小依次嵌套，即口径小的反射面或透射面嵌套在口径稍大的反射面或透射面里面，构成一个嵌套圆柱体，放置在卫星平台4的定位部件内。作为优选，所述的卫星平台4上的定位部件，采用定位槽401或定位挂钩402，定位槽401设置在卫星平台的顶面或侧面，定位挂钩402设置在卫星平台的四个面。作为优选，所述的环连接关节5由一对圆锥齿轮501，502和一对夹板503，504组成，夹板503，504分别固定在一对圆锥齿轮的内外，圆锥齿轮上安装有扭簧506，夹板503，504的端面上设有定位导槽507，通过扭簧506控制每个环的收拢和展开，通过定位导槽控制507所有环展开到位后自动锁定。作为优选，所述的一对圆锥齿轮501，502和一对夹板503，504均设有120 180度的角度，使折叠环4由收拢到展开过程中绕固定的轴线作平面转动。作为优选，所述的折叠环4采用矩形式空心直杆单列桁架结构或正三角式空心直杆单列桁架结构或复式空心直杆单列桁架结构。本专利技术较现有相关技术相比具有如下优点(I)本专利技术的反射面或透射面由于采用开孔式的固定桁架结构，显著降低了整个展开机构的复杂度，减小了装置的面密度。该固定桁架结构具有焦径比可以远大于I的特点，为大型可展开结构与卫星平台的远距离分离提供了保障。(2)本专利技术由于反射面或透射面与卫星平台之间采用牵引索连接成层叠放置结构，并且柔性牵引索和单个卫星平台以及所有反射面或透射面三者一起构成中心对称形式的绳系系统，使得空间重力梯度效应得到应用，从而实现可展开结构的有效成型以及整个卫星系统的轨道、姿态的自主稳定。附图说明图I是本专利技术实施例I的展开态结构示意图；图2是本专利技术实施例2的展开态结构示意图；图3是本专利技术的牵引索控制机构示意图；图4是单个固定桁架结构的收拢态结构示意图5是两个固定桁架结构的收拢态结构示意图；图6是本专利技术的卫星平台定位部件示意图；图7是单个反射面或透射面固定在卫星平台上的收拢态示意图；图8是固定桁架结构的环连接关节示意图；图9是二种折置环放大不意图；图10是空间绳系可展开面装置的展开过程示意图；图11对固定桁架结构一根折叠环质心的运动仿真 图12对固定桁架结构另一根折叠环质心的运动仿真图。具体实施例方式实施例I参照图1，本专利技术包括反射面I和柔性牵引索2以及位于卫星平台4的牵引索控制机构3。其中反射面或透射面的个数N，其取值范围为I < N < 9，当为透射面时，其取值根据大型望远镜或大型太阳能汇聚器的设计要求确定，当为反射面时，N=I,因此本实例反射面个数N=l。反射面结构采用开孔式的固定桁架结构，该结构由图4所示的环连接关节5和折叠环4构成，每两个折叠环4之间通过一个环连接关节5连接，两者均为复数，具体数目根据展开曲面口径的大小确定。环连接关节5的结构如图8 (a)和图8 (b)所示，该结构是由一对圆锥齿轮501、502和一对夹板503、504组成，一对夹板分别固定在一对圆锥齿轮的内外，且在一对圆锥齿轮和一对夹板处均设置120 180度的角度，以使环结构由收拢到展开过程中绕固定的轴线作平面转动。角度的大小与环杆数目有关，即按照公式θ =180* (l-2/n)确定，其中η为环杆数目，η > 6。圆锥齿轮的齿轮轴505上安装有扭簧506，圆锥齿轮的端面上设有定位导槽507，通过扭簧506本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空间绳系可展开面装置,包括：N个大焦径比反射面或透射面（1）、M根柔性牵引索（2）和M个位于卫星平台（4）上的牵引索控制机构（3），1≤N≤9，3≤M≤192，卫星平台（4）上设有定位部件，反射面或透射面通过柔性牵引索与牵引索控制机构连接，形成展开、收拢机构，其特征在于：牵引索控制机构（3），由电机（301）和转盘（302）构成，采用电机驱动转盘，用以控制柔性牵引索的长度；反射面或透射面（1），采用由复数个折叠环（4）和环连接关节（5）构成的固定桁架结构，每个折叠环（4）上设有开孔，每两个折叠环（4）之间通过一个环连接关节（5）连接；N个反射面或透射面按口径大小排列层叠放置，每根柔性牵引索（2）的一端穿过口径最大的反射面或透射面上的折叠环（4）的相应开孔,打死结固定，然后依次穿过其他N？1个反射面或透射面上的折叠环（4）的相应开孔，同样打死结固定，最终将N个反射面或透射面按层次连接，形成单个卫星平台与所有N个反射面或透射面一起组成的层叠放置结构；每根柔性牵引索（2）的另一端连接卫星平台上相应的牵引索控制机构（3），使所有M根柔性牵引索（2）和单个卫星平台以及所有N个反射面或透射面（1）三者一起构成中心对称形式，组合成空间绳系系统；N个反射面或透射面处于收拢状态时，按口径大小依次嵌套，即口径小的反射面或透射面嵌套在口径稍大的反射面或透射面里面，构成一个嵌套圆柱体，放置在卫星平台（4）的定位部件内。...

【技术特征摘要】
1.一种空间绳系可展开面装置，包括N个大焦径比反射面或透射面(I)、M根柔性牵引索(2)和M个位于卫星平台(4)上的牵引索控制机构(3)，I ^N^9,3^M^ 192，卫星平台(4 )上设有定位部件，反射面或透射面通过柔性牵弓丨索与牵引索控制机构连接，形成展开、收拢机构，其特征在于 牵弓I索控制机构(3 )，由电机(301)和转盘(302 )构成，采用电机驱动转盘，用以控制柔性牵引索的长度； 反射面或透射面(1)，采用由复数个折叠环(4)和环连接关节(5)构成的固定桁架结构，每个折叠环(4)上设有开孔，每两个折叠环(4)之间通过一个环连接关节(5)连接； N个反射面或透射面按口径大小排列层叠放置，每根柔性牵引索(2)的一端穿过口径最大的反射面或透射面上的折叠环(4)的相应开孔，打死结固定，然后依次穿过其他N-I个反射面或透射面上的折叠环(4)的相应开孔，同样打死结固定，最终将N个反射面或透射面按层次连接，形成单个卫星平台与所有N个反射面或透射面一起组成的层叠放置结构； 每根柔性牵引索(2)的另一端连接卫星平台上相应的牵引索控制机构(3)，使所有M根柔性牵弓丨索(2 )和单个卫星平台以及所有N个反射面或透射面(I)三者一起构成中心对称形式，组合成空间绳系系统； N个反射面或透射面处于收拢状态时，按口径大小依次嵌套，即口径小的反射面或透射面嵌套在口径稍大的反射面或透射面里面，构成一个嵌套圆柱体，放置在卫星平台(4)的定位部件内。2.根据权利要求I所述的空间绳系可展开面装置，其特征在于卫星平台(4)上的定位部件，采用定位槽(401)或定位挂钩(402)，定位槽(401)设置在卫星平台的顶面或侧面，定位挂钩(402)设置在卫星平台的四个面。3.根据权利要求I所述的大焦径比可展开反射面或透射面，其特征在于环连接关节(5)由一对圆锥齿轮(501，502)和一对夹板(503，504)组成，夹板(503，504)分别固定在一对圆锥齿轮的内外，圆锥齿轮上安装有扭簧(506)，夹板(503，504)的端面上设有定位导槽(507)，通过扭簧(506)控制每个环的收拢和展开，通过定位导槽控制(507)所有环展开到位后自动锁定。4.根据权利要求3所述的大焦径比可展开反射面或透射面，其特征在于一对圆锥齿轮(501，502)和一对夹板(503，504)均设有120 180度的角度，使折叠环(4)由收拢到展开过程中绕固定的轴线作平面转动。5.根据权利要求I所述的大焦径比可展开反射面或透射面，其特征在于折叠环(4)采用矩形式空心直杆单列桁架结构或正三角式空心直杆单列桁架结构或复式空心直杆单列祐1架结构。6.根据权利要求5所述的大焦径比可展开反射面或透射面，其特征在于矩形式空心直杆单列桁架结构的折叠环(4)，由空心直杆(201)、(202)、(203)、(204)、(205)和(206)组成，该直杆(203)、(204)、(205)和(206)的上端分别通过四个螺纹孔(213)、(209)、(210)及(214)与直杆(201)固定在一起，该直杆(203)、(204)、(205)和(206)的下端分别通过螺纹孔(215)、(211)、(212)及(216)与直杆(202)固定在一起，使直...

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