一种绳索驱动的伞状卡塞格伦天线主副面平稳展开机构转让专利
申请号 : CN201911129784.7
文献号 : CN110994118B
文献日 : 2021-07-02
发明人 : 张树新 , 韩晓童 , 邢永涛
申请人 : 西安电子科技大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种绳索驱动的伞状卡塞格伦天线主副面平稳展开机构,其特征在于,包括中心轮毂(1)、辐射肋(2)、馈源喇叭(3)、副面(4)、弹簧(5)、主面绳索(6)、副面绳索(7)、绕线机构(8),其中,
所述中心轮毂(1)为一固定构件,所述中心轮毂(1)侧面、底面均设置有开孔;
所述辐射肋(2)的一端与所述中心轮毂(1)铰接,所述辐射肋(2)内部设有开槽,所述辐射肋(2)包括尖肋(22)、扭簧(24)、恒力弹簧(26)、换向孔(27);
所述馈源喇叭(3)与所述中心轮毂(1)同轴心固定连接,且位于所述中心轮毂(1)内部上表面;
所述副面(4)与所述馈源喇叭(3)同轴心连接,且围绕所述馈源喇叭(3)上下滑动;
所述弹簧(5)套设在所述馈源喇叭(3)上,且与所述副面(4)底部相接触,在天线展开时弹出副面(4);
所述主面绳索(6)穿过所述辐射肋(2)的开槽和所述中心轮毂(1)侧面的开孔,且两端分别与所述辐射肋(2)、所述副面(4)固定连接,其中,所述扭簧(24)正常状态下为所述辐射肋(2)提供收拢力矩,用于所述尖肋(22)的收拢,所述恒力弹簧(26)外连接点与所述主面绳索(6)的一端相连,用于防止绳索的缠绕,可拉伸长度为所述副面(4)上升行程减去所述尖肋(22)展开时所述主面绳索(6)的行程,所述换向孔(27)用于改变所述主面绳索(6)的拉力方向,使所述主面绳索(6)完成所述尖肋(22)的展开;
所述副面绳索(7)穿过所述中心轮毂(1)底面的开孔,且两端分别与所述副面(4)、所述绕线机构(8)固定连接,以形成所述绳索驱动的伞状卡塞格伦天线主副面平稳展开机构;
其中,天线在收拢状态下所述弹簧(5)处于压缩状态,储存弹性势能,所述扭簧(24)提供收拢力矩,天线展开时,所述绕线机构(8)释放所述副面绳索(7),在所述弹簧(5)弹力和所述副面绳索(7)释放的共同作用下,所述辐射肋(2)的一端在所述展开机构的作用下进行展开固定,所述副面(4)上升,所述副面(4)的展开行程大于所述辐射肋(2)的展开行程,所述副面(4)上升至所述馈源喇叭(3)中间位置时,所述主面绳索(6)被拉紧,所述尖肋(22)在所述主面绳索(6)的拉力和所述扭簧(24)的反作用力下,所述辐射肋(2)的另一端开始展开,直至所述副面(4)和所述辐射肋(2)完全展开;
天线收拢时,所述绕线机构(8)向下拉动所述副面绳索(7),所述弹簧(5)被压缩,所述副面(4)收拢,所述弹簧(5)开始储存弹性势能用于下次展开,所述副面(4)开始收拢时,所述主面绳索(6)被放松,所述尖肋(22)在所述扭簧(24)的扭矩作用下缓慢收拢,所述副面(4)继续下降直至所述副面(4)和所述尖肋(22)完全收拢。
2.根据权利要求1所述的绳索驱动的伞状卡塞格伦天线主副面平稳展开机构,其特征在于,所述中心轮毂(1)包括肋槽(11)、馈源连接孔(12)、主面穿绳孔(13)、副面穿绳孔(14),其中,
所述肋槽(11)均分布于桶状凸起物的外圈,用于所述辐射肋(2)的限位;
所述馈源连接孔(12)位于所述中心轮毂(1)的正中心,用于馈源喇叭(3)的同轴心固定;
所述主面穿绳孔(13),用于穿过所述主面绳索(6),所述主面绳索(6)两端分别与所述辐射肋(2)和所述副面(4)固定连接,且两端同时拉着所述辐射肋(2)和所述副面(4);
所述副面穿绳孔(14),用于穿过副面绳索(7),所述副面绳索(7)两端分别与所述绕线机构(8)和所述副面(4)固定连接,且两端同时拉着所述绕线机构(8)和所述副面(4)。
3.根据权利要求1所述绳索驱动的伞状卡塞格伦天线主副面平稳展开机构,其特征在于,所述辐射肋(2)还包括根肋(21)、肋间销(23)、弹簧连接销(25),其中,所述根肋(21)与所述尖肋(22)上表面均为抛物线形状,所述根肋(21)与所述尖肋(22)之间通过所述肋间销(23)铰接,所述尖肋(22)围绕所述肋间销(23)完成所述辐射肋(2)的收拢展开;
所述弹簧连接销(25)用于连接所述恒力弹簧(26)与所述尖肋(22)。
4.根据权利要求3所述绳索驱动的伞状卡塞格伦天线主副面平稳展开机构,其特征在于,所述根肋(21)包括出绳孔(211)、内部开槽(212),其中,所述出绳孔(211)用于穿过所述主面绳索(6);
所述内部开槽(212)用于使所述主面绳索(6)保持在所述根肋(21)内部。
5.根据权利要求1所述绳索驱动的伞状卡塞格伦天线主副面平稳展开机构,其特征在于,所述副面(4)包括反射面(41)、N个撑腿(42)、底座(43)、主面连接孔(44)、副面连接孔(45),其中,
N个所述撑腿(42)呈预设角度均匀分布在所述反射面(41)周围,用来连接所述反射面(41)和所述底座(43),N为大于1的整数;
所述底座(43)下表面与所述弹簧(5)相接触,承受弹簧的弹力;
所述主面连接孔(44)用于连接与所述恒力弹簧(26)相连的所述主面绳索(6)的另一端;
所述副面连接孔(45)用于连接与所述绕线机构(8)相连的所述副面绳索(7)的另一端。
6.根据权利要求5所述绳索驱动的伞状卡塞格伦天线主副面平稳展开机构,其特征在于,所述反射面(41)下表面为双曲面。
7.根据权利要求5所述绳索驱动的伞状卡塞格伦天线主副面平稳展开机构,其特征在于,所述N为3。
8.根据权利要求7所述绳索驱动的伞状卡塞格伦天线主副面平稳展开机构,其特征在于,所述预设角度为120度。
说明书 :
一种绳索驱动的伞状卡塞格伦天线主副面平稳展开机构
技术领域
背景技术
天线不能直接运到太空,因此,如何将卫星天线折叠使其体积尽量缩小,以便利用火箭进行
运输已经成为非常迫切需要解决的课题。
度、展开性能,以及在轨热环境下的形面保持等方面,具有突出的优势,因此受到了众多国
际宇航研究机构的高度关注和广泛研究。伞状展开天线是指柔性反射面由辐射肋支撑,收
拢时支撑肋收拢,在轨后支撑肋展开带动柔性反射面展开到工作状态的可展开式天线。伞
状可展开天线最早由美国研制,后来多个国家多家单位对该类型天线进行研制,并应用到
发射型号上。2017年,加州理工学院喷气推进实验室(JPL)Jonathan Sauder等人公开了一
种伞状可展开天线的原理样机(Jonathan Sauder,Nacer Chahat,Brian Hirsch,Richard
Hodges,Eva Peral,From prototype to flight:qualifying a Ka‑band parabolic
deployable antenna(KaPDA)for CubeSats,4th AIAA Spacecraft Structures
Conference,9‑13 January 2017,Grapevine,Texas),该伞状可展开天线主要由轮毂、尖
肋、根肋、恒力弹簧和副面等组成,副反射面通过单一的螺旋弹簧进行展开,每一根辐射肋
通过各自的恒力弹簧和弹簧片联合作用完成辐射肋的展开。
进行自动收拢,即发射后无法二次展开。
发明内容
喇叭中间位置时,所述辐射肋的另一端开始展开,直至所述副面和所述辐射肋完全展开。
小,在副面展开的同时进行辐射肋展开,天线展开的同步性较好,且能够完成自动收拢,可
以进行多次展收。
附图说明
簧;25‑弹簧连接销;26‑恒力弹簧;27‑换向孔;211‑出绳孔;212‑内部开槽;41‑副面;42‑撑
腿;43‑底座;44‑主面连接孔;45‑副面连接孔
具体实施方式
动的伞状卡塞格伦天线主副面平稳展开机构的整体结构收拢态剖面示意图。本实施例提供
了一种绳索驱动的伞状卡塞格伦天线主副面平稳展开机构,该绳索驱动的伞状卡塞格伦天
线主副面平稳展开机构包括:
时进行展开,且展开后无法进行自动收拢,即发射后无法二次展开。基于上述问题,本实施
例提出了一种绳索驱动的伞状卡塞格伦天线主副面平稳展开机构,具体地,请再参见图1、
图2,以及图3,图3为本发明实施例提供的一种绳索驱动的伞状卡塞格伦天线主副面平稳展
开机构中主面绳索、副面绳索在天线内连接方式剖面示意图,可见,本实施例中中心轮毂1
为一固定构件,中心轮毂1侧面、底面均设置有开孔,辐射肋2的一端与中心轮毂1铰接,辐射
肋2内部设有开槽,馈源喇叭3与中心轮毂1同轴心固定连接于中心轮毂1内部上表面,副面4
与馈源喇叭3同轴心连接,且围绕馈源喇叭3上下滑动,弹簧5套设在馈源喇叭3上,且与副面
4底部相接触,在天线展开时弹出副面4,主面绳索6穿过辐射肋2的开槽和中心轮毂1侧面的
开孔,且两端分别与辐射肋2、副面4固定连接,副面绳索7穿过中心轮毂1底面的开孔,且两
端分别与副面4、绕线机构8固定连接,以形成绳索驱动的伞状卡塞格伦天线主副面平稳展
开机构。其中,辐射肋2的一端为下述根肋21。
叭3的中间位置时,辐射肋2的另一端开始展开,直至副面4和辐射肋2完全展开;收拢过程与
展开过程顺序相反。其中,辐射肋2的另一端为下述尖肋22。
凸起物的外圈,用于辐射肋2的限位,馈源连接孔12位于中心轮毂1的正中心,用于馈源喇叭
3的同轴心固定,主面穿绳孔13,用于穿过主面绳索6,主面绳索6两端分别与辐射肋2和副面
4固定连接,且两端同时拉着辐射肋2和副面4,副面穿绳孔24,用于穿过副面绳索7,副面绳
索7两端分别与绕线机构8和副面4固定连接,且两端同时拉着绕线机构8和副面4。
尖肋22上表面均为抛物线形状,根肋21与尖肋22之间通过肋间销23铰接,尖肋22围绕肋间
销23完成辐射肋2的收拢展开,扭簧24正常状态下为辐射肋2提供收拢力矩,用于尖肋22的
收拢,弹簧连接销25用于连接恒力弹簧26与尖肋22,恒力弹簧26外连接点与主面绳索6的一
端相连,用于防止绳索之间的缠绕(包括主面绳索6自身的缠绕、副面绳索7自身的缠绕,以
及主面绳索6和副面绳索7之间的缠绕),可拉伸长度为副面4上升行程减去尖肋展开时主面
绳索6的行程,换向孔27用于改变主面绳索6的拉力方向,使主面绳索6以尽量小的力完成尖
肋22的展开。
中出绳孔211用于穿过主面绳索6;内部开槽212用于使主面绳索6保持在根肋21内部,防止
绳索之间的缠绕(包括主面绳索6自身的缠绕、副面绳索7自身的缠绕,以及主面绳索6和副
面绳索7之间的缠绕)。
度均匀分布在反射面41周围,用来连接反射面41和底座43,N为大于1的整数,底座43下表面
与弹簧5相接触,承受弹簧的弹力,主面连接孔44用于连接与恒力弹簧26相连的主面绳索6
的另一端,副面连接孔45用于连接与绕线机构8相连的副面绳索7的另一端。
轮毂1的内部开孔,主面绳索6两端分别与副面4和辐射肋2相连,副面绳索7两端分别与副面
4和绕线机构8相连,收拢状态下弹簧5处于压缩状态,展开时,副面4在弹簧5和绕线机构8的
共同作用下平稳展开,同时辐射肋2在主面绳索6的拉动和扭簧24的反作用下进行尖肋22的
展开;收拢时,收拢过程与展开过程顺序相反,具体地,副面4在绕线机构8的反向运动下,副
面4收拢,同时放松主面绳索6,尖肋22在扭簧24的作用下进行收拢,副面4继续下降直到副
面4和尖肋22完全收拢。其中,主面绳索6是靠副面4拉动,是一个联动的系统,副面4在副面
绳索7和弹簧5的作用下,进行运动,再通过副面4拉动或放松主面绳索6,使尖肋22展开或收
拢。
过程平稳,冲击小的优点;本实施例在副面4展开的同时进行辐射肋2展开,天线展开的同步
性较好;本实施例天线完全展开后,进行收拢时,收拢过程与展开过程顺序相反,即本发明
能够完成自动收拢,可进行多次展收;本实施例天线完全展开后,由于主面绳索6具有一定
的弹性,主面绳索6可提供一定的预紧力,副面绳索7放松后,弹簧可对副面绳索7提供一定
的预紧力,因此,天线展开后形面精度保持较好。因此,本实施例解决了现有伞状天线展开
时冲击大、展开时同步性较差、展开后无法进行自动收拢等问题,具有收拢体积小、展开过
程平稳、可进行多次展开收拢等优点,可用于高精度伞状可展开天线设计中。
针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于
描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特
定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,
除非另有明确具体的限定。
接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内
部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情
况理解上述术语在本发明中的具体含义。
们之间的另外的特征接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特
征在第二特征正上方和斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在
第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方,或仅仅表示
第一特征水平高度小于第二特征。
点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不
必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任
何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,本领域的技术人员可以将本说
明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干简单推演或替换,都应当视为属于本发明的
保护范围。