基于無源驅動的雙層環(huán)形桁架天線機構制造技術

基于無源驅動的雙層環(huán)形桁架天線機構，它涉及一種雙層環(huán)形桁架式可展開天線機構，以解決現有的大口徑單環(huán)環(huán)形桁架天線剛度較小，無法達到使用剛度要求以及現有環(huán)形桁架天線機構的驅動結構復雜、重量大、采用拉索展開容易發(fā)生纏繞和展開可靠性較低的問題，它包括多個內外桁架式可折展單元模塊、多個內過渡折展組件和多個外過渡折展組件；每個內外桁架式可折展單元模塊包括內折展單元模塊、外折展單元模塊和兩個內外連接桁架組件；正對的內支撐豎桿和外支撐豎桿之間通過內外連接桁架組件連接，多個內外桁架式可折展單元模塊展開后為一個內外雙層環(huán)形桁架式多面體。本發(fā)明專利技術用于衛(wèi)星、空間站和空間探測器上。

【技術實現步驟摘要】
基于無源驅動的雙層環(huán)形桁架天線機構
本專利技術涉及一種雙層環(huán)形桁架式可展開天線機構，屬于航天器材與設備

技術介紹
隨著技術的發(fā)展以及應用的推廣，在衛(wèi)星通信、無線廣播系統、地球觀測、陸地遙感、深空探測和深空通信等領域，星載大型可展開天線已被廣泛應用于導航衛(wèi)星、通信衛(wèi)星、中繼衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星和偵查衛(wèi)星等方面。為了滿足多功能、多波段、大容量、大功率、長壽命等需要，對衛(wèi)星天線提出了大口徑化、高精度、輕質量及高剛性的要求，但由于火箭有效運載空間及運載力的限制,要求天線在發(fā)射階段折疊起來固定在運載工具有效載荷艙內,待航天器進入軌道后,再由地面控制中心指令其在空間軌道按設計要求,逐步完成展開動作,然后鎖定并保持為工作狀態(tài)。因此，衛(wèi)星天線需做成可折疊式的。隨著宇航空間研究計劃的逐步發(fā)展和空間系統的復雜化程度升級，空間折展機構已從過去簡單單一的形式向復雜、多自由度、模塊化方向發(fā)展，大型空間折展機構成為近年來宇航科學與技術研究領域的熱點。大型可展開天線的研究成為了衛(wèi)星研制工作中的關鍵技術，對天線的口徑要求越來越大，但單環(huán)環(huán)形桁架機構隨天線口徑的增大，天線剛度下降，達不到實際的使用要求剛度，而如何提高天線整體剛度，還沒有很好的解決方案。現有的環(huán)形桁架可展開天線大多采用電機拉動驅動繩索從而實現整個機構的展開，電機驅動雖然可以有效的控制展開速度，減少機構展開過程中的沖擊振動，但復雜的驅動機構不但增加了結構的重量，也降低了結構的可靠性，容易引起環(huán)形桁架可展開天線展開失敗，導致空間探測任務無法實現，從而造成巨大的經濟損失。現有的環(huán)形桁架可展開天線大多采用張緊拉索實現天線機構整體剛度的提高，但張緊拉索在展開過程中容易發(fā)生纏繞，導致展開失敗。
技術實現思路
本專利技術是為解決現有的大口徑單環(huán)環(huán)形桁架天線剛度較小，無法達到使用剛度要求以及現有環(huán)形桁架天線機構的驅動結構復雜、重量大、采用拉索展開容易發(fā)生纏繞和展開可靠性較低的問題，進而提供一種基于無源驅動的雙層環(huán)形桁架天線機構。本專利技術為解決上述技術問題采取的技術方案是：本專利技術的基于無源驅動的雙層環(huán)形桁架天線機構包括多個內外桁架式可折展單元模塊、多個內過渡折展組件和多個外過渡折展組件；每個內外桁架式可折展單元模塊包括內折展單元模塊、外折展單元模塊和兩個內外連接桁架組件；內折展單元模塊包括中心連接豎桿、上連接接頭、下連接接頭、兩個內上弦桿、兩個內下弦桿、兩個內支撐彈性桿、兩個曲柄、兩個滑塊、兩個內支撐豎桿、四個自鎖鉸鏈和四個弦桿展開驅動彈性鉸鏈；兩個內支撐豎桿的上端和下端各連接有一個自鎖鉸鏈，兩個內支撐豎桿的上端之間布置有上連接接頭、兩個內上弦桿和兩個弦桿展開驅動彈性鉸鏈，兩個內支撐豎桿的下端之間布置有下連接接頭、兩個內下弦桿和兩個弦桿展開驅動彈性鉸鏈；上連接接頭和下連接接頭之間布置有與二者連接的中心連接豎桿，上連接接頭的兩端各通過一個弦桿展開驅動彈性鉸鏈與一個內上弦桿的一端連接，內上弦桿的另一端與自鎖鉸鏈鉸接，下連接接頭的兩端各通過一個弦桿展開驅動彈性鉸鏈與一個內下弦桿的一端連接，內下弦桿的另一端與自鎖鉸鏈鉸接；每個內支撐豎桿的下部滑動安裝有一個滑塊，每個滑塊與相對應的內下弦桿之間布置有與二者鉸接的曲柄；內上弦桿和內下弦桿之間布置有兩個內支撐彈性桿，兩個內支撐彈性桿呈倒八字型排布，內支撐彈性桿的一端與下連接接頭鉸接，內支撐彈性桿的另一端與設置在內支撐豎桿的上端的自鎖鉸鏈鉸接；外折展單元模塊包括中心連接豎桿、上連接接頭、下連接接頭、兩個外上弦桿、兩個外下弦桿、兩個外支撐彈性桿、兩個曲柄、兩個滑塊、兩個外支撐豎桿、四個自鎖鉸鏈和四個弦桿展開驅動彈性鉸鏈；兩個外支撐豎桿的上端和下端各連接有一個自鎖鉸鏈，兩個外支撐豎桿的上端之間布置有上連接接頭、兩個外上弦桿和兩個弦桿展開驅動彈性鉸鏈，兩個外支撐豎桿的下端之間布置有下連接接頭、兩個外下弦桿和兩個弦桿展開驅動彈性鉸鏈；上連接接頭和下連接接頭之間布置有與二者連接的中心連接豎桿，上連接接頭的兩端各通過一個弦桿展開驅動彈性鉸鏈與一個外上弦桿的一端連接，外上弦桿的另一端與外支撐豎桿鉸接，下連接接頭的兩端各通過一個弦桿展開驅動彈性鉸鏈與外下弦桿的一端連接，外下弦桿的另一端與外支撐豎桿鉸接；每個外支撐豎桿的上部滑動安裝有一個滑塊，每個滑塊與相對應的外上弦桿之間布置有與二者鉸接的曲柄；外上弦桿和外下弦桿之間布置有兩個外支撐彈性桿，兩個外支撐彈性桿呈八字型排布，外支撐彈性桿的一端與上連接接頭鉸接，外支撐彈性桿的另一端與設置在外支撐豎桿下端的自鎖鉸鏈鉸接；內上弦桿的長度小于外上弦桿的長度，內下弦桿的長度小于外下弦桿的長度，正對的內支撐豎桿和外支撐豎桿之間通過內外連接桁架組件連接，內外桁架式可折展單元模塊展開后為一個六面體形可折展單元模塊，相鄰兩個內外桁架式可折展單元模塊的內折展單元模塊通過內過渡折展組件連接，相鄰兩個內外桁架式可折展單元模塊的外折展單元模塊通過外過渡折展組件連接，多個內外桁架式可折展單元模塊展開后為一個內外雙層環(huán)形桁架式多面體。本專利技術與現有技術相比具有以下效果：1、本專利技術采用內外桁架式可折展單元模塊、內折展單元模塊、外折展單元模塊和彈性桿，天線機構的整體剛度較高，滿足空間大口徑天線的使用剛度要求。2、本專利技術收攏后體積小，重量輕，收納率高達35％。3、本專利技術中加入了彈性桿，克服了對角拉索纏繞及運動不規(guī)律的問題，同時加強了支撐臂的整體剛度、重復展開精度和可靠性。4、本專利技術的基于無源驅動的雙層環(huán)形桁架天線機構依靠彈性鉸鏈實現無源動力驅動，不需要增加額外的驅動機構，減輕了整個機構的重量；本專利技術展開運動簡單、可靠性高，隨著模塊化單元拓展后不需要刻意增加另外的驅動組件，本專利技術展開控制簡單，穩(wěn)定性好。5、本專利技術的基于無源驅動的雙層環(huán)形桁架天線機構展開過程通過釋放彈性鉸鏈的彈性勢能實現，彈性鉸鏈展開后恢復立直狀態(tài)，該狀態(tài)為穩(wěn)定狀態(tài)，需要較大的力矩使其彎曲變形，因此折疊展開后不需要鎖定裝置，實施方式簡單、工作穩(wěn)定可靠。6、本專利技術采用模塊化單元設計思想，模塊單元數量可以根據天線口徑的需求而擴展，模塊擴展性強，可實現模塊化生產，降低制造成本和難度。7、本專利技術所有結構都是由航天常用材料加工制造，材料資源豐富，加工工藝成熟，便于機構的順利實施。8、本專利技術也滿足其它可展開天線機構的探測基本要求，便于展開技術的推廣。本專利技術的彈性鉸鏈可以實現自驅動展開，省去了驅動系統，大大減輕了整個雙層環(huán)形桁架式可展開天線機構的重量。本專利技術的節(jié)點整體性好、強度高、運動機構與控制系統簡單。本專利技術用于衛(wèi)星、空間站、空間探測器以及大型空間反射器支撐桁架上。附圖說明圖1是本專利技術的基于無源驅動的雙層環(huán)形桁架天線機構的展開結構示意圖，圖2是本專利技術的基于無源驅動的雙層環(huán)形桁架天線機構收攏結構示意圖，圖3是本專利技術的內外桁架式可折展單元模塊的整體結構示意圖，圖4是內折展單元模塊的整體結構示意圖，圖5是外折展單元模塊的整體結構示意圖，圖6是圖5收攏結構示意圖，圖7是內過渡折展組件的整體結構示意圖，圖8是外過渡折展組件的整體結構示意圖，圖9是具體實施方式三的內外連接桁架組件的整體結構示意圖，圖10是具體實施方式四的內外連接桁架組件的整體結構示意圖，圖11是自鎖鉸鏈的立體結構示意圖，圖12是滑塊的立體結構示意圖，圖本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于無源驅動的雙層環(huán)形桁架天線機構，其特征在于：它包括多個內外桁架式可折展單元模塊(A)、多個內過渡折展組件(B1)和多個外過渡折展組件(B2)；每個內外桁架式可折展單元模塊(A)包括內折展單元模塊(A1)、外折展單元模塊(A2)和兩個內外連接桁架組件(3)；內折展單元模塊(A1)包括中心連接豎桿(5)、上連接接頭(9)、下連接接頭(14)、兩個內上弦桿(7)、兩個內下弦桿(16)、兩個內支撐彈性桿(4)、兩個曲柄(10)、兩個滑塊(11)、兩個內支撐豎桿(13)、四個自鎖鉸鏈(6)和四個弦桿展開驅動彈性鉸鏈(15)；兩個內支撐豎桿(13)的上端和下端各連接有一個自鎖鉸鏈(6)，兩個內支撐豎桿(13)的上端之間布置有上連接接頭(9)、兩個內上弦桿(7)和兩個弦桿展開驅動彈性鉸鏈(15)，兩個內支撐豎桿(13)的下端之間布置有下連接接頭(14)、兩個內下弦桿(16)和兩個弦桿展開驅動彈性鉸鏈(15)；上連接接頭(9)和下連接接頭(14)之間布置有與二者連接的中心連接豎桿(5)，上連接接頭(9)的兩端各通過一個弦桿展開驅動彈性鉸鏈(15)與一個內上弦桿(7)的一端連接，內上弦桿(7)的另一端與自鎖鉸鏈(6)鉸接，下連接接頭(14)的兩端各通過一個弦桿展開驅動彈性鉸鏈(15)與一個內下弦桿(16)的一端連接，內下弦桿(16)的另一端與自鎖鉸鏈(6)鉸接；每個內支撐豎桿(13)的下部滑動安裝有一個滑塊(11)，每個滑塊(11)與相對應的內下弦桿(16)之間布置有與二者鉸接的曲柄(10)；內上弦桿(7)和內下弦桿(16)之間布置有兩個內支撐彈性桿(4)，兩個內支撐彈性桿(4)呈倒八字型排布，內支撐彈性桿(4)的一端與下連接接頭(14)鉸接，內支撐彈性桿(4)的另一端與設置在內支撐豎桿(13)的上端的自鎖鉸鏈(6)鉸接；外折展單元模塊(A2)包括中心連接豎桿(5)、上連接接頭(9)、下連接接頭(14)、兩個外上弦桿(8)、兩個外下弦桿(17)、兩個外支撐彈性桿(41)、兩個曲柄(10)、兩個滑塊(11)、兩個外支撐豎桿(12)、四個自鎖鉸鏈(6)和四個弦桿展開驅動彈性鉸鏈(15)；兩個外支撐豎桿(12)的上端和下端各連接有一個自鎖鉸鏈(6)，兩個外支撐豎桿(12)的上端之間布置有上連接接頭(9)、兩個外上弦桿(8)和兩個弦桿展開驅動彈性鉸鏈(15)，兩個外支撐豎桿(12)的下端之間布置有下連接接頭(14)、兩個外下弦桿(17)和兩個弦桿展開驅動彈性鉸鏈(15)；上連接接頭(9)和下連接接頭(14)之間布置有與二者連接的中心連接豎桿(5)，上連接接頭(9)的兩端各通過一個弦桿展開驅動彈性鉸鏈(15)與一個外上弦桿(8)的一端連接，外上弦桿(8)的另一端與外支撐豎桿(12)鉸接，上連接接頭(9)的兩端各通過一個弦桿展開驅動彈性鉸鏈(15)與外下弦桿(17)的一端連接，外下弦桿(17)的另一端與外支撐豎桿(12)鉸接；每個外支撐豎桿(12)的上部滑動安裝有一個滑塊(11)，每個滑塊(11)與相對應的外上弦桿(8)之間布置有與二者鉸接的曲柄(10)；外上弦桿(8)和外下弦桿(17)之間布置有兩個外支撐彈性桿(41)，兩個外支撐彈性桿(41)呈八字型排布，外支撐彈性桿(41)的一端與上連接接頭(9)鉸接，外支撐彈性桿(41)的另一端與設置在外支撐豎桿(12)下端的自鎖鉸鏈(6)鉸接；內上弦桿(7)的長度小于外上弦桿(8)的長度，內下弦桿(16)的長度小于外下弦桿(17)的長度，正對的內支撐豎桿(13)和外支撐豎桿(12)之間通過內外連接桁架組件(3)連接，內外桁架式可折展單元模塊(A)展開后為一個六面體形可折展單元模塊，相鄰兩個內外桁架式可折展單元模塊(A)的內折展單元模塊(A1)通過內過渡折展組件(B1)連接，相鄰兩個內外桁架式可折展單元模塊(A)的外折展單元模塊(A2)通過外過渡折展組件(B2)連接，多個內外桁架式可折展單元模塊(A)展開后為一個內外雙層環(huán)形桁架式多面體。...

【技術特征摘要】
1.一種基于無源驅動的雙層環(huán)形桁架天線機構，其特征在于：它包括多個內外桁架式可折展單元模塊(A)、多個內過渡折展組件(B1)和多個外過渡折展組件(B2)；每個內外桁架式可折展單元模塊(A)包括內折展單元模塊(A1)、外折展單元模塊(A2)和兩個內外連接桁架組件(3)；內折展單元模塊(A1)包括中心連接豎桿(5)、上連接接頭(9)、下連接接頭(14)、兩個內上弦桿(7)、兩個內下弦桿(16)、兩個內支撐彈性桿(4)、兩個曲柄(10)、兩個滑塊(11)、兩個內支撐豎桿(13)、四個自鎖鉸鏈(6)和四個弦桿展開驅動彈性鉸鏈(15)；兩個內支撐豎桿(13)的上端和下端各連接有一個自鎖鉸鏈(6)，兩個內支撐豎桿(13)的上端之間布置有上連接接頭(9)、兩個內上弦桿(7)和兩個弦桿展開驅動彈性鉸鏈(15)，兩個內支撐豎桿(13)的下端之間布置有下連接接頭(14)、兩個內下弦桿(16)和兩個弦桿展開驅動彈性鉸鏈(15)；上連接接頭(9)和下連接接頭(14)之間布置有與二者連接的中心連接豎桿(5)，上連接接頭(9)的兩端各通過一個弦桿展開驅動彈性鉸鏈(15)與一個內上弦桿(7)的一端連接，內上弦桿(7)的另一端與自鎖鉸鏈(6)鉸接，下連接接頭(14)的兩端各通過一個弦桿展開驅動彈性鉸鏈(15)與一個內下弦桿(16)的一端連接，內下弦桿(16)的另一端與自鎖鉸鏈(6)鉸接；每個內支撐豎桿(13)的下部滑動安裝有一個滑塊(11)，每個滑塊(11)與相對應的內下弦桿(16)之間布置有與二者鉸接的曲柄(10)；內上弦桿(7)和內下弦桿(16)之間布置有兩個內支撐彈性桿(4)，兩個內支撐彈性桿(4)呈倒八字型排布，內支撐彈性桿(4)的一端與下連接接頭(14)鉸接，內支撐彈性桿(4)的另一端與設置在內支撐豎桿(13)的上端的自鎖鉸鏈(6)鉸接；外折展單元模塊(A2)包括中心連接豎桿(5)、上連接接頭(9)、下連接接頭(14)、兩個外上弦桿(8)、兩個外下弦桿(17)、兩個外支撐彈性桿(41)、兩個曲柄(10)、兩個滑塊(11)、兩個外支撐豎桿(12)、四個自鎖鉸鏈(6)和四個弦桿展開驅動彈性鉸鏈(15)；兩個外支撐豎桿(12)的上端和下端各連接有一個自鎖鉸鏈(6)，兩個外支撐豎桿(12)的上端之間布置有上連接接頭(9)、兩個外上弦桿(8)和兩個弦桿展開驅動彈性鉸鏈(15)，兩個外支撐豎桿(12)的下端之間布置有下連接接頭(14)、兩個外下弦桿(17)和兩個弦桿展開驅動彈性鉸鏈(15)；上連接接頭(9)和下連接接頭(14)之間布置有與二者連接的中心連接豎桿(5)，上連接接頭(9)的兩端各通過一個弦桿展開驅動彈性鉸鏈(15)與一個外上弦桿(8)的一端連接，外上弦桿(8)的另一端與外支撐豎桿(12)鉸接，下連接接頭(14)的兩端各通過一個弦桿展開驅動彈性鉸鏈(15)與外下弦桿(17)的一端連接，外下弦桿(17)的另一端與外支撐豎桿(12)鉸接；每個外支撐豎桿(12)的上部滑動安裝有一個滑塊(11)，每個滑塊(11)與相對應的外上弦桿(8)之間布置有與二者鉸接的曲柄(10)；外上弦桿(8)和外下弦桿(17)之間布置有兩個外支撐彈性桿(41)，兩個外支撐彈性桿(41)呈八字型排布，外支撐彈性桿(41)的一端與上連接接頭(9)鉸接，外支撐彈性桿(41)的另一端與設置在外支撐豎桿(12)下端的自鎖鉸鏈(6)鉸接；內上弦桿(7)的長度小于外上弦桿(8)的長度，內下弦桿(16)的長度小于外下弦桿(17)的長度，正對的內支撐豎桿(13)和外支撐豎桿(12)之間通過內外連接桁架組件(3)連接，內外桁架式可折展單元模塊(A)展開后為一個六面體形可折展單元模塊，相鄰兩個內外桁架式可折展單元模塊(A)的內折展單元模塊(A1)通過內過渡折展組件(B1)連接，相鄰兩個內外桁架式可折展單元模塊(A)的外折展單元模塊(A2)通過外過渡折展組件(B2)連接，多個內外桁架式可折展單元模塊(A)展開后為一個內外雙層環(huán)形桁架式多面體。2.根據權利要求1所述的基于無源驅動的雙層環(huán)形桁架天線機構，其特征在于：內過渡折展組件(B1)包括中心連接豎桿(5)、上連接接頭(9)、下連接接頭(14)、兩個過渡內支撐彈性桿(51)、兩個過渡內上弦桿(31)、兩個過渡內下弦桿(32)、兩個曲柄(10)和四個弦桿展開驅動彈性鉸鏈(15)；上連接接頭(9)和下連接接頭(14)之間布置有與二者連接的中心連接豎桿(5)，兩個過渡內上弦桿(31)同軸布置，兩個過渡內下弦桿(32)同軸布置，兩個過渡內上弦桿(31)布置在兩個過渡內下弦桿(32)的上方；上連接接頭(9)的兩端各通過一個弦桿展開驅動彈性鉸鏈(15)與一個過渡內上弦桿(31)連接，過渡內上弦桿(31)與其相鄰的自鎖鉸鏈(6)鉸接，下連接接頭(14)的兩端各通過一個弦桿展開驅動彈性鉸鏈(15)與一個過渡內下弦桿(32)連接，過渡內下弦桿(32)與相鄰的內折展單元模塊(A1)上的自鎖鉸鏈(6)鉸接，每個過渡內下弦桿(32)上鉸接有一個曲柄(10)，曲柄(10)與相鄰的內折展單元模塊(A1)上的滑塊(11)鉸接，下連接接頭(14)的兩側各鉸接有過渡內支撐彈性桿(51)，兩個過渡內支撐彈性桿(51)呈倒八字形布置，過渡內支撐彈性桿(51)與相鄰的內折展單元模塊(A1)上的自鎖鉸鏈(6)鉸接；外過渡折展組件(B2)包括中心連接豎桿(5)、上連接接頭(9)、下連接接頭(14)、兩個過渡外支撐彈性桿(61)、兩個過渡外上弦桿(71)、兩個過渡外下弦桿(42)、兩個曲柄(10)和四個弦桿展開驅動彈性鉸鏈(15)；上連接接頭(9)和下連接接頭(14)之間布置有與二者連接的中心連接豎桿(5)，兩個過...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：郭宏偉，劉榮強，史創(chuàng)，鄧宗全，
申請(專利權)人：哈爾濱工業(yè)大學，
類型：發(fā)明
國別省市：黑龍江;23