[發明專利]一種基于輪式同步轉動機構錐式環形桁架可展開天線結構

在審

• 申請號: 201910943780.6
• 申請日: 2019-09-30
• 公開（公告）號: CN110828965A
• 公開（公告）日: 2020-02-21
• 發明（設計）人: 李萌;吳桐;耿新宇;李媛媛;仝照遠;崔程博;翟家躍
• 申請（專利權）人: 中國空間技術研究院
• 主分類號: H01Q1/08
• 分類號: H01Q1/08
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 任林沖

本發明涉及一種基于輪式同步轉動機構錐式環形桁架可展開天線結構，包括N個等腰梯形折展單元，N≥3，各等腰梯形折展單元結構完全相同，相鄰折展單元通過共用的斜桿和上下轉角鉸鏈連接，組成正N邊形環形桁架；梯形折展單元包括弦桿、四組曲柄桿件、兩組扭簧驅動組件、兩個斜桿、四組轉角滑塊組件、四個轉角鉸鏈和兩組輪式轉動機構。本發明設計帶有錐度的環形桁架結構，其結構剛度高于同口徑、同質量情況下的柱狀環形桁架結構，可滿足空間大口徑可展開天線的使用剛度要求。

技術領域

本發明涉及一種基于輪式同步轉動機構錐式環形桁架可展開天線結構，屬于航天器材與設備技術領域。

背景技術

隨著載人航天、對地觀測、深空探測以及空間通信等事業的迅速發展，各類航天工程中需要的空間機構的尺寸越來越大，以滿足不同航天任務的需求，但是受到航天運載工具有效空間容倉的限制，需要設計具有大折疊比的空間可展機構，在發射和運輸階段處于折疊狀態并收攏于整流罩內，待航天器進入軌道后再展開至工作狀態。

可展開天線的出現與興起使得人類對太空有了更深的認識。空間環形桁架可展開天線作為一種新型結構形式，具有大口徑、輕質量、高收納率等優點，在對可展開天線的研究中得到了廣泛的關注，在移動通訊、電子偵察等領域均有涉及。現有的星載可展天線多采用鉸接桁架式可展機構，可展開環形桁架結構是應用較為廣泛的一種，但是現有的環形桁架結構類型單一，多為柱狀，并且存在剛度較低、驅動復雜、展開過程緩慢和驅動電機質量較重的問題。因此，亟需提出制造工藝性好、收納比高、展開過程迅速、驅動件質量較低等性能優良的環形桁架可展開天線機構，以滿足不同航天任務的需求。

發明內容

本發明解決的技術問題是：為克服現有技術的不足，提出一種基于輪式同步轉動機構錐式環形桁架可展開天線結構，解決現有的單層環形桁架機構隨天線口徑的增大而剛度下降，無法達到使用剛度要求，及現有的環形桁架天線存在著驅動機構復雜、機構重量大、展開不同步、收納比較低的問題。

本發明解決技術的方案是：

一種基于輪式同步轉動機構錐式環形桁架可展開天線結構，包括N個等腰梯形折展單元，N≥3，各等腰梯形折展單元結構完全相同，相鄰折展單元通過共用的斜桿和上下轉角鉸鏈連接，組成正N邊形環形桁架；

梯形折展單元包括弦桿、四組曲柄桿件、兩組扭簧驅動組件、兩個斜桿、四組轉角滑塊組件、四個轉角鉸鏈和兩組輪式轉動機構；

弦桿包括兩個上弦桿和兩個下弦桿；

兩組輪式轉動機構包括兩組同步轉動輪、兩條同步轉動帶及四組轉動帶固定組件；每組同步轉動輪包括個結構完全一樣的轉動輪，每個轉動輪的轉動角范圍為0°-180°；在扭簧驅動組件處，每組同步轉動輪中的轉動輪中心與第一轉動鉸接頭的轉動中心固定連接，根據轉動角需求，通過轉動帶固定組件將轉動帶固定于兩轉動輪上，兩組同步轉動輪中的轉動帶從同步輪軸向看呈X狀布置；

弦桿的一端通過第一轉動鉸接頭與轉角鉸鏈轉動連接，弦桿的另一端通過第一轉動鉸接頭與扭簧驅動組件轉動連接，同時第一轉動鉸接頭與輪式轉動機構固定連接，通過扭簧驅動組件及轉動帶共同作用，實現兩側轉動鉸接頭的同步轉動，斜桿的兩端均與轉角鉸鏈轉動連接，兩個上弦桿及兩個下弦桿均通過扭簧驅動組件轉動連接；曲柄桿件的一端與弦桿轉動連接，曲柄桿件的另一端與轉角滑塊組件轉動連接；

梯形折展單元之間通過四個轉角鉸鏈轉動連接，梯形折展單元展開后呈等腰梯形狀，整個天線結構展開呈錐臺形，收攏狀態為圓柱形。

進一步的，扭簧驅動組件包括扭簧組件支座、連體扭簧和銷軸，扭簧組件支座上設有兩對同軸線的通孔，每對通孔內各設一對銷軸，每根銷軸上各套有連體扭簧的一半，連體扭簧的兩端支撐在第一轉動鉸接頭上。

進一步的，連體扭簧材料為形狀記憶合金，通過溫控或電控方式，控制連體扭簧形變，帶動第一轉動鉸接頭在90°范圍內轉動。