[發(fā)明專利]基于等腰梯形截面直四棱柱機(jī)構(gòu)擬合柱面的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110426255.4
• 申請(qǐng)日: 2021-04-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113071710B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-10-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 呂勝男;姚鵬飛;張武翔;丁希侖
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): B64G1/22
• 分類號(hào): B64G1/22
• 代理公司: 北京永創(chuàng)新實(shí)專利事務(wù)所 11121
• 代理人: 周長(zhǎng)琪

本發(fā)明公開(kāi)一種基于等腰梯形截面直四棱柱機(jī)構(gòu)擬合柱面的方法，屬于空間可折展機(jī)構(gòu)領(lǐng)域。由M×N個(gè)等腰梯形截面直四棱柱機(jī)構(gòu)構(gòu)成了擬合柱面的整體機(jī)構(gòu)，整體機(jī)構(gòu)自由度為1，折疊后呈束狀；整體機(jī)構(gòu)展開(kāi)后其上的擬合點(diǎn)位于柱面上，柱面的準(zhǔn)線方向有M個(gè)等腰梯形截面直四棱柱機(jī)構(gòu)，相鄰等腰梯形截面直四棱柱機(jī)構(gòu)以共用矩形單元的方式連接；柱面的母線方向有N個(gè)等腰梯形截面直四棱柱機(jī)構(gòu)，相鄰等腰梯形截面直四棱柱機(jī)構(gòu)以共用等腰梯形單元的方式連接。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)圓柱面、橢圓柱面、拋物柱面等多種柱面的擬合，擬合方法簡(jiǎn)單；整體機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)控制簡(jiǎn)單，折疊后結(jié)構(gòu)緊湊，展開(kāi)后結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于空間可折展機(jī)構(gòu)領(lǐng)域，具體涉及基于等腰梯形截面直四棱柱機(jī)構(gòu)擬合柱面的方法。

背景技術(shù)

柱面，因其具有優(yōu)美柔和的外形和特殊的物理性質(zhì)，在建筑結(jié)構(gòu)、無(wú)線傳輸?shù)刃袠I(yè)廣泛應(yīng)用，譬如，建筑物的弧形穹頂，地面雷達(dá)或衛(wèi)星天線的功能形面。可折展機(jī)構(gòu)具有折疊和展開(kāi)兩種形態(tài)，折疊時(shí)占用體積小，剛度和強(qiáng)度高，便于運(yùn)輸；展開(kāi)時(shí)，能夠形成預(yù)定的結(jié)構(gòu)形式；譬如，移動(dòng)展廳、臨時(shí)帳篷、便攜雷達(dá)天線、大口徑折展天線、大型伸展臂、太陽(yáng)能帆板等。在航天工程領(lǐng)域，常將柱面和可折展機(jī)構(gòu)相融合，即利用可折展機(jī)構(gòu)擬合所需柱面。譬如，大型星載拋物柱面天線，因火箭運(yùn)載運(yùn)力所限，天線在運(yùn)載過(guò)程中處于收攏狀態(tài)，入軌后再展開(kāi)形成拋物柱面。

在大型空間可展開(kāi)天線設(shè)計(jì)領(lǐng)域，主要采用剛性面、機(jī)構(gòu)桿件端點(diǎn)、柔性繩索三種方式擬合柱面。

一種模塊化空間拋物柱面折展天線機(jī)構(gòu)(授權(quán)公告號(hào)：CN104009278B)公開(kāi)了一種模塊化空間拋物柱面折展天線機(jī)構(gòu)，通過(guò)多個(gè)展開(kāi)后外形為拋物線的固面擬合拋物柱面，具有機(jī)構(gòu)自由度不為1、運(yùn)動(dòng)控制復(fù)雜的缺點(diǎn)。高剛度可收展拋物柱面天線(授權(quán)公告號(hào)：CN109004331B)公開(kāi)了一種可收展拋物柱面天線，其通過(guò)安裝在可收展支撐架上網(wǎng)面撐桿的端點(diǎn)作為擬合點(diǎn)，從而間接擬合拋物柱面，具有擬合方法復(fù)雜的缺點(diǎn)；以此為基礎(chǔ)，該團(tuán)隊(duì)于2019年在Advances in Structural Engineering發(fā)表的Modelling and analysisfor a cylindrical net-shell deployable mechanism中對(duì)該天線進(jìn)行改進(jìn)，使擬合點(diǎn)直接位于可折展機(jī)構(gòu)上，具有擬合點(diǎn)分布不均勻的缺點(diǎn)。一種可折疊柱面網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)、一種具有剛性撐桿的可折疊柱面膜結(jié)構(gòu)(授權(quán)公告號(hào)：CN105756192B、CN105888071B)公開(kāi)了一種利用剪叉機(jī)構(gòu)組成四棱錐基本單元，再組網(wǎng)成可擬合圓柱面的機(jī)構(gòu)，但機(jī)構(gòu)折疊后不為束狀，具有收納空間大的缺點(diǎn)。一種新型雙層剪式拋物柱面可展開(kāi)桁架天線裝置(申請(qǐng)公告號(hào)：CN108649314A)公開(kāi)了一種利用雙層剪式機(jī)構(gòu)擬合圓柱面的方法，但是該機(jī)構(gòu)折疊后，相鄰組件間仍有較大空隙，具有結(jié)構(gòu)不緊湊的缺點(diǎn)。一種基于雙剪刀桁架機(jī)構(gòu)的索網(wǎng)拋物柱面可展開(kāi)天線裝置(授權(quán)公告號(hào)：CN109149119B)公開(kāi)了一種使用編織成拋物柱面形的支撐索網(wǎng)擬合拋物柱面的方法，但索網(wǎng)具有穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)。可展開(kāi)網(wǎng)狀拋物柱面天線(授權(quán)公告號(hào)：CN103354303B)公開(kāi)了一種網(wǎng)狀拋物柱面天線，通過(guò)機(jī)構(gòu)展開(kāi)使柔索緊繃，從而擬合拋物柱面，但是柔索具有穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)。

綜上，現(xiàn)有可折展機(jī)構(gòu)擬合柱面的技術(shù)具有以下不足：(1)擬合柱面種類少，主要為圓弧柱面、拋物柱面，應(yīng)用領(lǐng)域窄；(2)在可折展機(jī)構(gòu)上附加桿件或柔索擬合柱面的方法，具有擬合方法復(fù)雜、穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)；(3)機(jī)構(gòu)折疊后不緊湊。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中擬合柱面種類少、擬合方法復(fù)雜、穩(wěn)定性差、機(jī)構(gòu)折疊后不緊湊的缺點(diǎn)，提出基于等腰梯形截面直四棱柱機(jī)構(gòu)擬合柱面的方法。

本發(fā)明基于等腰梯形截面直四棱柱機(jī)構(gòu)擬合柱面的方法，通過(guò)M×N個(gè)等腰梯形截面直四棱柱機(jī)構(gòu)構(gòu)成擬合柱面的整體機(jī)構(gòu)；柱面的準(zhǔn)線方向有M≥2個(gè)等腰梯形截面直四棱柱機(jī)構(gòu)，相鄰等腰梯形截面直四棱柱機(jī)構(gòu)以共用矩形單元的方式連接；柱面的母線方向有N≥1個(gè)等腰梯形截面直四棱柱機(jī)構(gòu)，相鄰等腰梯形截面直四棱柱機(jī)構(gòu)以共用等腰梯形單元的方式連接；整體機(jī)構(gòu)自由度為1，折疊后呈束狀。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：