[發明專利]一種基于構型剛柔轉換的可折疊展開膜殼天線反射面及其設計方法

在審

• 申請號: 201710329306.5
• 申請日: 2017-05-11
• 公開（公告）號: CN107134656A
• 公開（公告）日: 2017-09-05
• 發明（設計）人: 王長國;譚惠豐;陶強;趙字會;王亞飛
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: H01Q15/16
• 分類號: H01Q15/16
• 代理公司: 哈爾濱龍科專利代理有限公司23206
• 代理人: 高媛

技術領域

本發明涉及一種基于構型剛柔轉換的可折疊展開膜殼天線反射面及其設計方法。

背景技術

隨著航天科技的發展，發展大口徑、高精度、輕重量的可展開天線是空間展開天線的發展趨勢，它在發射過程中處于折疊收納(收攏)狀態，待發射入軌后，由地面指揮中心控制結構按設計要求逐漸展開，成為一個大型空間結構，然后鎖定并保持為運營工作狀態。薄膜充氣展開天線反射面由于其高收納比、高折疊效率、重量低以及展開可靠性性高等優點成為大口徑、高精度與輕重量大型空間展開天線結構的典型應用，但其存在的面外結構剛度低和形狀不穩定而導致形面精度低等不足，又制約著其在空間結構中的應用。在空天環境中，高低溫、輻射等空間復雜環境都會影響薄膜展開天線反射面結構的形狀穩定性，影響結構的形面精度，進而影響天線結構的工作狀態。

發明內容

為了解決薄膜空間展開天線反射面的面外結構剛度低和形狀不穩定進而導致面形精度低的不足，本發明提供了一種基于構型剛柔轉換的可折疊展開膜殼天線反射面及其設計方法。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種基于構型剛柔轉換的可折疊展開膜殼天線反射面，至少包括兩層薄膜層和一層中間網格結構層，所述中間網格結構層介于兩層薄膜層之間，其網格節點與薄膜層固定連接。

本發明中，膜殼天線反射面包含兩種狀態：二維（2D）“膜”狀態和三維（3D）“殼”狀態，2D“膜”天線反射面可進行折疊并展開，使用時，2D天線反射面經誘導轉換為3D立體狀態并固化定型為“殼”天線反射面，其中：2D“膜”狀態向3D“殼”狀態轉換是通過構型剛柔轉換實現的。

一種上述基于構型剛柔轉換的可折疊展開膜殼天線反射面的設計方法，包括如下兩種技術方案：

技術方案一：

步驟1： 根據實際應用對象和環境，確定天線反射面制備需使用的材料和網格類型；

步驟2：基于確定的材料和網格類型，制備2D網格結構，并與上下薄膜層復合成型為2D“膜”天線反射面；

步驟3：2D“膜”天線反射面地面折疊打包；

步驟4：折疊打包的2D“膜”天線反射面發射入軌后，經誘導轉變為3D立體狀態，并在外界刺激下固化定型為“殼”天線反射面。

技術方案二：

步驟1： 根據實際應用對象和環境，確定天線反射面制備需使用的材料和網格類型；

步驟2：基于確定的材料和網格類型，制備3D立體狀態天線反射面；

步驟3：將3D立體狀態天線反射面轉變為2D“膜”天線反射面，并對其進行折疊打包；

步驟4：折疊打包的2D“膜”天線反射面發射入軌后，經誘導轉變為3D立體狀態，并在外界刺激下固化定型為“殼”天線反射面。

本發明具有以下有益效果：

1、本發明基于二維轉三維立體構型思想，提出了一種基于構型剛柔轉換的可折疊展開膜殼天線反射面，天線反射面通過構型由2D“膜”狀態向3D“殼”狀態轉變，實現柔剛轉換進而變剛度功能，剛度的提升大大提高了薄膜天線反射面的形面精度。

2、本發明設計的膜殼天線反射面實現剛柔轉換變剛度的誘導方式簡單快捷，且穩定性高。

3、本發明設計的膜殼天線反射面中，網格層的網格類型可進行組網設計和優化，實現不同剛度的調節需求，以滿足不同應用對象的要求，適用性廣泛。

4、本發明設計的膜殼天線反射面既可以依賴充氣壓力與3D“殼”高剛度結構共同作用維型，又可以在發射入軌后不依賴充氣壓力維型，僅僅依賴3D“殼”高剛度結構維型。

5、本發明設計的膜殼天線可實現地面折疊，發射入軌后展開并以“殼”的高剛度工作狀態運行，形狀穩定性高，面形精度高，服役壽命長。

附圖說明

圖1為基于構型剛柔轉換的可折疊展開膜殼天線反射面的組成部分示意圖；

圖2為基于構型剛柔轉換的可折疊展開膜殼天線反射面的2D狀態下的結構示意圖；

圖3為基于構型剛柔轉換的可折疊展開膜殼天線反射面由2D轉變為3D的狀態示意圖；

圖4為基于構型剛柔轉換的可折疊展開膜殼天線反射面構型經誘導轉變為3D立體狀態下的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的技術方案作進一步的說明，但并不局限于此，凡是對本發明技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和范圍，均應涵蓋在本發明的保護范圍中。