基于无源驱动的双层环形桁架天线机构制造技术

基于无源驱动的双层环形桁架天线机构，它涉及一种双层环形桁架式可展开天线机构，以解决现有的大口径单环环形桁架天线刚度较小，无法达到使用刚度要求以及现有环形桁架天线机构的驱动结构复杂、重量大、采用拉索展开容易发生缠绕和展开可靠性较低的问题，它包括多个内外桁架式可折展单元模块、多个内过渡折展组件和多个外过渡折展组件；每个内外桁架式可折展单元模块包括内折展单元模块、外折展单元模块和两个内外连接桁架组件；正对的内支撑竖杆和外支撑竖杆之间通过内外连接桁架组件连接，多个内外桁架式可折展单元模块展开后为一个内外双层环形桁架式多面体。本发明专利技术用于卫星、空间站和空间探测器上。

【技术实现步骤摘要】
基于无源驱动的双层环形桁架天线机构
本专利技术涉及一种双层环形桁架式可展开天线机构，属于航天器材与设备

技术介绍
随着技术的发展以及应用的推广，在卫星通信、无线广播系统、地球观测、陆地遥感、深空探测和深空通信等领域，星载大型可展开天线已被广泛应用于导航卫星、通信卫星、中继卫星、气象卫星和侦查卫星等方面。为了满足多功能、多波段、大容量、大功率、长寿命等需要，对卫星天线提出了大口径化、高精度、轻质量及高刚性的要求，但由于火箭有效运载空间及运载力的限制,要求天线在发射阶段折叠起来固定在运载工具有效载荷舱内,待航天器进入轨道后,再由地面控制中心指令其在空间轨道按设计要求,逐步完成展开动作,然后锁定并保持为工作状态。因此，卫星天线需做成可折叠式的。随着宇航空间研究计划的逐步发展和空间系统的复杂化程度升级，空间折展机构已从过去简单单一的形式向复杂、多自由度、模块化方向发展，大型空间折展机构成为近年来宇航科学与技术研究领域的热点。大型可展开天线的研究成为了卫星研制工作中的关键技术，对天线的口径要求越来越大，但单环环形桁架机构随天线口径的增大，天线刚度下降，达不到实际的使用要求刚度，而如何提高天线整体刚度，还没有很好的解决方案。现有的环形桁架可展开天线大多采用电机拉动驱动绳索从而实现整个机构的展开，电机驱动虽然可以有效的控制展开速度，减少机构展开过程中的冲击振动，但复杂的驱动机构不但增加了结构的重量，也降低了结构的可靠性，容易引起环形桁架可展开天线展开失败，导致空间探测任务无法实现，从而造成巨大的经济损失。现有的环形桁架可展开天线大多采用张紧拉索实现天线机构整体刚度的提高，但张紧拉索在展开过程中容易发生缠绕，导致展开失败。
技术实现思路
本专利技术是为解决现有的大口径单环环形桁架天线刚度较小，无法达到使用刚度要求以及现有环形桁架天线机构的驱动结构复杂、重量大、采用拉索展开容易发生缠绕和展开可靠性较低的问题，进而提供一种基于无源驱动的双层环形桁架天线机构。本专利技术为解决上述技术问题采取的技术方案是：本专利技术的基于无源驱动的双层环形桁架天线机构包括多个内外桁架式可折展单元模块、多个内过渡折展组件和多个外过渡折展组件；每个内外桁架式可折展单元模块包括内折展单元模块、外折展单元模块和两个内外连接桁架组件；内折展单元模块包括中心连接竖杆、上连接接头、下连接接头、两个内上弦杆、两个内下弦杆、两个内支撑弹性杆、两个曲柄、两个滑块、两个内支撑竖杆、四个自锁铰链和四个弦杆展开驱动弹性铰链；两个内支撑竖杆的上端和下端各连接有一个自锁铰链，两个内支撑竖杆的上端之间布置有上连接接头、两个内上弦杆和两个弦杆展开驱动弹性铰链，两个内支撑竖杆的下端之间布置有下连接接头、两个内下弦杆和两个弦杆展开驱动弹性铰链；上连接接头和下连接接头之间布置有与二者连接的中心连接竖杆，上连接接头的两端各通过一个弦杆展开驱动弹性铰链与一个内上弦杆的一端连接，内上弦杆的另一端与自锁铰链铰接，下连接接头的两端各通过一个弦杆展开驱动弹性铰链与一个内下弦杆的一端连接，内下弦杆的另一端与自锁铰链铰接；每个内支撑竖杆的下部滑动安装有一个滑块，每个滑块与相对应的内下弦杆之间布置有与二者铰接的曲柄；内上弦杆和内下弦杆之间布置有两个内支撑弹性杆，两个内支撑弹性杆呈倒八字型排布，内支撑弹性杆的一端与下连接接头铰接，内支撑弹性杆的另一端与设置在内支撑竖杆的上端的自锁铰链铰接；外折展单元模块包括中心连接竖杆、上连接接头、下连接接头、两个外上弦杆、两个外下弦杆、两个外支撑弹性杆、两个曲柄、两个滑块、两个外支撑竖杆、四个自锁铰链和四个弦杆展开驱动弹性铰链；两个外支撑竖杆的上端和下端各连接有一个自锁铰链，两个外支撑竖杆的上端之间布置有上连接接头、两个外上弦杆和两个弦杆展开驱动弹性铰链，两个外支撑竖杆的下端之间布置有下连接接头、两个外下弦杆和两个弦杆展开驱动弹性铰链；上连接接头和下连接接头之间布置有与二者连接的中心连接竖杆，上连接接头的两端各通过一个弦杆展开驱动弹性铰链与一个外上弦杆的一端连接，外上弦杆的另一端与外支撑竖杆铰接，下连接接头的两端各通过一个弦杆展开驱动弹性铰链与外下弦杆的一端连接，外下弦杆的另一端与外支撑竖杆铰接；每个外支撑竖杆的上部滑动安装有一个滑块，每个滑块与相对应的外上弦杆之间布置有与二者铰接的曲柄；外上弦杆和外下弦杆之间布置有两个外支撑弹性杆，两个外支撑弹性杆呈八字型排布，外支撑弹性杆的一端与上连接接头铰接，外支撑弹性杆的另一端与设置在外支撑竖杆下端的自锁铰链铰接；内上弦杆的长度小于外上弦杆的长度，内下弦杆的长度小于外下弦杆的长度，正对的内支撑竖杆和外支撑竖杆之间通过内外连接桁架组件连接，内外桁架式可折展单元模块展开后为一个六面体形可折展单元模块，相邻两个内外桁架式可折展单元模块的内折展单元模块通过内过渡折展组件连接，相邻两个内外桁架式可折展单元模块的外折展单元模块通过外过渡折展组件连接，多个内外桁架式可折展单元模块展开后为一个内外双层环形桁架式多面体。本专利技术与现有技术相比具有以下效果：1、本专利技术采用内外桁架式可折展单元模块、内折展单元模块、外折展单元模块和弹性杆，天线机构的整体刚度较高，满足空间大口径天线的使用刚度要求。2、本专利技术收拢后体积小，重量轻，收纳率高达35％。3、本专利技术中加入了弹性杆，克服了对角拉索缠绕及运动不规律的问题，同时加强了支撑臂的整体刚度、重复展开精度和可靠性。4、本专利技术的基于无源驱动的双层环形桁架天线机构依靠弹性铰链实现无源动力驱动，不需要增加额外的驱动机构，减轻了整个机构的重量；本专利技术展开运动简单、可靠性高，随着模块化单元拓展后不需要刻意增加另外的驱动组件，本专利技术展开控制简单，稳定性好。5、本专利技术的基于无源驱动的双层环形桁架天线机构展开过程通过释放弹性铰链的弹性势能实现，弹性铰链展开后恢复立直状态，该状态为稳定状态，需要较大的力矩使其弯曲变形，因此折叠展开后不需要锁定装置，实施方式简单、工作稳定可靠。6、本专利技术采用模块化单元设计思想，模块单元数量可以根据天线口径的需求而扩展，模块扩展性强，可实现模块化生产，降低制造成本和难度。7、本专利技术所有结构都是由航天常用材料加工制造，材料资源丰富，加工工艺成熟，便于机构的顺利实施。8、本专利技术也满足其它可展开天线机构的探测基本要求，便于展开技术的推广。本专利技术的弹性铰链可以实现自驱动展开，省去了驱动系统，大大减轻了整个双层环形桁架式可展开天线机构的重量。本专利技术的节点整体性好、强度高、运动机构与控制系统简单。本专利技术用于卫星、空间站、空间探测器以及大型空间反射器支撑桁架上。附图说明图1是本专利技术的基于无源驱动的双层环形桁架天线机构的展开结构示意图，图2是本专利技术的基于无源驱动的双层环形桁架天线机构收拢结构示意图，图3是本专利技术的内外桁架式可折展单元模块的整体结构示意图，图4是内折展单元模块的整体结构示意图，图5是外折展单元模块的整体结构示意图，图6是图5收拢结构示意图，图7是内过渡折展组件的整体结构示意图，图8是外过渡折展组件的整体结构示意图，图9是具体实施方式三的内外连接桁架组件的整体结构示意图，图10是具体实施方式四的内外连接桁架组件的整体结构示意图，图11是自锁铰链的立体结构示意图，图12是滑块的立体结构示意图，图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于无源驱动的双层环形桁架天线机构，其特征在于：它包括多个内外桁架式可折展单元模块(A)、多个内过渡折展组件(B1)和多个外过渡折展组件(B2)；每个内外桁架式可折展单元模块(A)包括内折展单元模块(A1)、外折展单元模块(A2)和两个内外连接桁架组件(3)；内折展单元模块(A1)包括中心连接竖杆(5)、上连接接头(9)、下连接接头(14)、两个内上弦杆(7)、两个内下弦杆(16)、两个内支撑弹性杆(4)、两个曲柄(10)、两个滑块(11)、两个内支撑竖杆(13)、四个自锁铰链(6)和四个弦杆展开驱动弹性铰链(15)；两个内支撑竖杆(13)的上端和下端各连接有一个自锁铰链(6)，两个内支撑竖杆(13)的上端之间布置有上连接接头(9)、两个内上弦杆(7)和两个弦杆展开驱动弹性铰链(15)，两个内支撑竖杆(13)的下端之间布置有下连接接头(14)、两个内下弦杆(16)和两个弦杆展开驱动弹性铰链(15)；上连接接头(9)和下连接接头(14)之间布置有与二者连接的中心连接竖杆(5)，上连接接头(9)的两端各通过一个弦杆展开驱动弹性铰链(15)与一个内上弦杆(7)的一端连接，内上弦杆(7)的另一端与自锁铰链(6)铰接，下连接接头(14)的两端各通过一个弦杆展开驱动弹性铰链(15)与一个内下弦杆(16)的一端连接，内下弦杆(16)的另一端与自锁铰链(6)铰接；每个内支撑竖杆(13)的下部滑动安装有一个滑块(11)，每个滑块(11)与相对应的内下弦杆(16)之间布置有与二者铰接的曲柄(10)；内上弦杆(7)和内下弦杆(16)之间布置有两个内支撑弹性杆(4)，两个内支撑弹性杆(4)呈倒八字型排布，内支撑弹性杆(4)的一端与下连接接头(14)铰接，内支撑弹性杆(4)的另一端与设置在内支撑竖杆(13)的上端的自锁铰链(6)铰接；外折展单元模块(A2)包括中心连接竖杆(5)、上连接接头(9)、下连接接头(14)、两个外上弦杆(8)、两个外下弦杆(17)、两个外支撑弹性杆(41)、两个曲柄(10)、两个滑块(11)、两个外支撑竖杆(12)、四个自锁铰链(6)和四个弦杆展开驱动弹性铰链(15)；两个外支撑竖杆(12)的上端和下端各连接有一个自锁铰链(6)，两个外支撑竖杆(12)的上端之间布置有上连接接头(9)、两个外上弦杆(8)和两个弦杆展开驱动弹性铰链(15)，两个外支撑竖杆(12)的下端之间布置有下连接接头(14)、两个外下弦杆(17)和两个弦杆展开驱动弹性铰链(15)；上连接接头(9)和下连接接头(14)之间布置有与二者连接的中心连接竖杆(5)，上连接接头(9)的两端各通过一个弦杆展开驱动弹性铰链(15)与一个外上弦杆(8)的一端连接，外上弦杆(8)的另一端与外支撑竖杆(12)铰接，上连接接头(9)的两端各通过一个弦杆展开驱动弹性铰链(15)与外下弦杆(17)的一端连接，外下弦杆(17)的另一端与外支撑竖杆(12)铰接；每个外支撑竖杆(12)的上部滑动安装有一个滑块(11)，每个滑块(11)与相对应的外上弦杆(8)之间布置有与二者铰接的曲柄(10)；外上弦杆(8)和外下弦杆(17)之间布置有两个外支撑弹性杆(41)，两个外支撑弹性杆(41)呈八字型排布，外支撑弹性杆(41)的一端与上连接接头(9)铰接，外支撑弹性杆(41)的另一端与设置在外支撑竖杆(12)下端的自锁铰链(6)铰接；内上弦杆(7)的长度小于外上弦杆(8)的长度，内下弦杆(16)的长度小于外下弦杆(17)的长度，正对的内支撑竖杆(13)和外支撑竖杆(12)之间通过内外连接桁架组件(3)连接，内外桁架式可折展单元模块(A)展开后为一个六面体形可折展单元模块，相邻两个内外桁架式可折展单元模块(A)的内折展单元模块(A1)通过内过渡折展组件(B1)连接，相邻两个内外桁架式可折展单元模块(A)的外折展单元模块(A2)通过外过渡折展组件(B2)连接，多个内外桁架式可折展单元模块(A)展开后为一个内外双层环形桁架式多面体。...

【技术特征摘要】
1.一种基于无源驱动的双层环形桁架天线机构，其特征在于：它包括多个内外桁架式可折展单元模块(A)、多个内过渡折展组件(B1)和多个外过渡折展组件(B2)；每个内外桁架式可折展单元模块(A)包括内折展单元模块(A1)、外折展单元模块(A2)和两个内外连接桁架组件(3)；内折展单元模块(A1)包括中心连接竖杆(5)、上连接接头(9)、下连接接头(14)、两个内上弦杆(7)、两个内下弦杆(16)、两个内支撑弹性杆(4)、两个曲柄(10)、两个滑块(11)、两个内支撑竖杆(13)、四个自锁铰链(6)和四个弦杆展开驱动弹性铰链(15)；两个内支撑竖杆(13)的上端和下端各连接有一个自锁铰链(6)，两个内支撑竖杆(13)的上端之间布置有上连接接头(9)、两个内上弦杆(7)和两个弦杆展开驱动弹性铰链(15)，两个内支撑竖杆(13)的下端之间布置有下连接接头(14)、两个内下弦杆(16)和两个弦杆展开驱动弹性铰链(15)；上连接接头(9)和下连接接头(14)之间布置有与二者连接的中心连接竖杆(5)，上连接接头(9)的两端各通过一个弦杆展开驱动弹性铰链(15)与一个内上弦杆(7)的一端连接，内上弦杆(7)的另一端与自锁铰链(6)铰接，下连接接头(14)的两端各通过一个弦杆展开驱动弹性铰链(15)与一个内下弦杆(16)的一端连接，内下弦杆(16)的另一端与自锁铰链(6)铰接；每个内支撑竖杆(13)的下部滑动安装有一个滑块(11)，每个滑块(11)与相对应的内下弦杆(16)之间布置有与二者铰接的曲柄(10)；内上弦杆(7)和内下弦杆(16)之间布置有两个内支撑弹性杆(4)，两个内支撑弹性杆(4)呈倒八字型排布，内支撑弹性杆(4)的一端与下连接接头(14)铰接，内支撑弹性杆(4)的另一端与设置在内支撑竖杆(13)的上端的自锁铰链(6)铰接；外折展单元模块(A2)包括中心连接竖杆(5)、上连接接头(9)、下连接接头(14)、两个外上弦杆(8)、两个外下弦杆(17)、两个外支撑弹性杆(41)、两个曲柄(10)、两个滑块(11)、两个外支撑竖杆(12)、四个自锁铰链(6)和四个弦杆展开驱动弹性铰链(15)；两个外支撑竖杆(12)的上端和下端各连接有一个自锁铰链(6)，两个外支撑竖杆(12)的上端之间布置有上连接接头(9)、两个外上弦杆(8)和两个弦杆展开驱动弹性铰链(15)，两个外支撑竖杆(12)的下端之间布置有下连接接头(14)、两个外下弦杆(17)和两个弦杆展开驱动弹性铰链(15)；上连接接头(9)和下连接接头(14)之间布置有与二者连接的中心连接竖杆(5)，上连接接头(9)的两端各通过一个弦杆展开驱动弹性铰链(15)与一个外上弦杆(8)的一端连接，外上弦杆(8)的另一端与外支撑竖杆(12)铰接，下连接接头(14)的两端各通过一个弦杆展开驱动弹性铰链(15)与外下弦杆(17)的一端连接，外下弦杆(17)的另一端与外支撑竖杆(12)铰接；每个外支撑竖杆(12)的上部滑动安装有一个滑块(11)，每个滑块(11)与相对应的外上弦杆(8)之间布置有与二者铰接的曲柄(10)；外上弦杆(8)和外下弦杆(17)之间布置有两个外支撑弹性杆(41)，两个外支撑弹性杆(41)呈八字型排布，外支撑弹性杆(41)的一端与上连接接头(9)铰接，外支撑弹性杆(41)的另一端与设置在外支撑竖杆(12)下端的自锁铰链(6)铰接；内上弦杆(7)的长度小于外上弦杆(8)的长度，内下弦杆(16)的长度小于外下弦杆(17)的长度，正对的内支撑竖杆(13)和外支撑竖杆(12)之间通过内外连接桁架组件(3)连接，内外桁架式可折展单元模块(A)展开后为一个六面体形可折展单元模块，相邻两个内外桁架式可折展单元模块(A)的内折展单元模块(A1)通过内过渡折展组件(B1)连接，相邻两个内外桁架式可折展单元模块(A)的外折展单元模块(A2)通过外过渡折展组件(B2)连接，多个内外桁架式可折展单元模块(A)展开后为一个内外双层环形桁架式多面体。2.根据权利要求1所述的基于无源驱动的双层环形桁架天线机构，其特征在于：内过渡折展组件(B1)包括中心连接竖杆(5)、上连接接头(9)、下连接接头(14)、两个过渡内支撑弹性杆(51)、两个过渡内上弦杆(31)、两个过渡内下弦杆(32)、两个曲柄(10)和四个弦杆展开驱动弹性铰链(15)；上连接接头(9)和下连接接头(14)之间布置有与二者连接的中心连接竖杆(5)，两个过渡内上弦杆(31)同轴布置，两个过渡内下弦杆(32)同轴布置，两个过渡内上弦杆(31)布置在两个过渡内下弦杆(32)的上方；上连接接头(9)的两端各通过一个弦杆展开驱动弹性铰链(15)与一个过渡内上弦杆(31)连接，过渡内上弦杆(31)与其相邻的自锁铰链(6)铰接，下连接接头(14)的两端各通过一个弦杆展开驱动弹性铰链(15)与一个过渡内下弦杆(32)连接，过渡内下弦杆(32)与相邻的内折展单元模块(A1)上的自锁铰链(6)铰接，每个过渡内下弦杆(32)上铰接有一个曲柄(10)，曲柄(10)与相邻的内折展单元模块(A1)上的滑块(11)铰接，下连接接头(14)的两侧各铰接有过渡内支撑弹性杆(51)，两个过渡内支撑弹性杆(51)呈倒八字形布置，过渡内支撑弹性杆(51)与相邻的内折展单元模块(A1)上的自锁铰链(6)铰接；外过渡折展组件(B2)包括中心连接竖杆(5)、上连接接头(9)、下连接接头(14)、两个过渡外支撑弹性杆(61)、两个过渡外上弦杆(71)、两个过渡外下弦杆(42)、两个曲柄(10)和四个弦杆展开驱动弹性铰链(15)；上连接接头(9)和下连接接头(14)之间布置有与二者连接的中心连接竖杆(5)，两个过...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭宏伟，刘荣强，史创，邓宗全，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23