弹性铰链驱动的双层环形桁架天线机构制造技术

弹性铰链驱动的双层环形桁架天线机构，它涉及一种可展开天线机构，以解决现有的单环环形桁架机构随天线口径的增大而刚度下降，无法达到使用刚度要求及现有的环形桁架天线存在驱动机构复杂，机构重量大、展开可靠性较低的问题。它包括内圈环形桁架组件、外圈环形桁架组件、多个内外圈连接桁架组件和多个拉索组件；内圈环形桁架组件和外圈环形桁架组件均包括多个弹性铰链驱动的可折展单元和多个弹性铰链驱动的过渡折展组件，相邻两个弹性铰链驱动的可折展单元通过弹性铰链驱动的过渡折展组件连接，内圈环形桁架组件和外圈环形桁架组件之间相对应的四个顶角通过一个内外圈连接桁架组件支撑并可转动连接。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】
弹性铰链驱动的双层环形桁架天线机构
本专利技术涉及一种可展开天线机构，具体涉及一种双层环形桁架式可展开天线，属于航天器材与设备

技术介绍
随着空间通信、对地观测、深空探测、载人航天等事业的迅猛发展，对大尺度、轻量化、高几何稳定性的宇航空间机构的需求变得非常迫切，但受火箭整流罩容积的限制，需要设计具有大折展比的空间折展式机构，在运输和发射阶段处于折叠状态，而在航天器入轨后展开成工作状态。空间折展机构的设计和相关研究是未来航天事业发展的关键基础性问题之一。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。大型可展开卫星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高，但对单环环形桁架机构，随着天线口径的增大，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。
技术实现思路
本专利技术是为解决现有的单环环形桁架机构随天线口径的增大而刚度下降，无法达到使用刚度要求及现有的环形桁架天线存在驱动机构复杂，机构重量大、展开可靠性较低的问题，进而提供一种弹性铰链驱动的双层环形桁架天线机构。本专利技术的技术方案是：弹性铰链驱动的双层环形桁架天线机构包括内圈环形桁架组件、外圈环形桁架组件、多个内外圈连接桁架组件和多个拉索组件；所述内圈环形桁架组件和外圈环形桁架组件结构相同，内圈环形桁架组件和外圈环形桁架组件均包括多个弹性铰链驱动的可折展单元和多个弹性铰链驱动的过渡折展组件，内圈环形桁架组件中的邻两个弹性铰链驱动的可折展单元通过弹性铰链驱动的过渡折展组件连接，外圈环形桁架组件中的邻两个弹性铰链驱动的可折展单元通过弹性铰链驱动的过渡折展组件连接，相邻的内圈环形桁架组件和外圈环形桁架组件展开后为多面式环形桁架体；天线机构展开后外圈环形桁架组件和内圈环形桁架组件同心设置，内圈环形桁架组件和外圈环形桁架组件之间的位于竖向平面内的四个顶角通过一个内外圈连接桁架组件支撑并可转动连接，内圈环形桁架组件的每个矩形平面内对角处设有一组拉索组件，外圈环形桁架组件的每个矩形平面内对角处设有一组拉索组件；每个所述弹性铰链驱动的可折展单元包括两个上弦杆、两个下弦杆、两个弦杆展开驱动弹性铰链、两个支撑竖杆、四个自锁铰链、四个曲柄和四个滑块；两个支撑竖杆的上端和下端各连接有一个自锁铰链，两个支撑竖杆之间布置有两个上弦杆和两个下弦杆，弦杆展开驱动弹性铰链的两端各与一个上弦杆的一端固接，弦杆展开驱动弹性铰链的两端各与一个下弦杆的一端固接，两个上弦杆的另一端与相对应的自锁铰链铰接，两个下弦杆的另一端与相对应的自锁铰链铰接，每个支撑竖杆上滑动安装有两个滑块，每个滑块与相对应的上弦杆之间布置有与二者铰接的曲柄，每个滑块与相对应的下弦杆之间布置有与二者铰接的曲柄，两个上弦杆和两个下弦杆之间安装有交叉设置的拉索组件；每个弹性铰链驱动的过渡折展组件包括两个过渡上弦杆、两个过渡下弦杆、两个弦杆展开驱动弹性铰链和四个曲柄，两个过渡上弦杆的一端之间布置有与二者固接的弦杆展开驱动弹性铰链，两个过渡下弦杆的一端之间布置有与二者固接的弦杆展开驱动弹性铰链，两个过渡上弦杆的另一端分别与各自相邻的自锁铰链铰接，两个过渡下弦杆的另一端分别与各自相邻的自锁铰链铰接，两个过渡上弦杆和两个过渡下弦杆之间安装有交叉设置的拉索组件，每个滑块与相对应的过渡上弦杆之间布置有与二者铰接的曲柄，每个滑块与相对应的过渡下弦杆之间布置有与二者铰接的曲柄。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术的刚度较高，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40％；3、本专利技术中加入了拉索组件，拉索组件克服了对角拉索缠绕及运动不规律的问题，同时加强了可折展天线的整体刚度和重复展开精度；4、本专利技术中；本专利技术的双层环形桁架式可展开天线依靠弹性铰链实现动力驱动，不需要增加额外的驱动机构，减轻了整个机构的重量；5、本专利技术采用模块化设计思想，模块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；6、本专利技术的双层环形桁架式可展开天线其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，因此天线展开后不需要锁定装置，实施方式简单、工作稳定可靠。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，本专利技术用于通讯卫星、空间站和空间探测器上。附图说明图1是本专利技术的弹性铰链驱动的双层环形桁架天线机构展开的立体结构示意图，图2是本专利技术的弹性铰链驱动的双层环形桁架天线机构收拢结构示意图，图3是本专利技术的弹性铰链驱动的可折展单元展开结构示意图，图4是本专利技术的弹性铰链驱动的可折展单元收拢结构示意图，图5是本专利技术的弹性铰链驱动的过渡折展组件展开结构示意图，图6是具体实施方式三的内外圈连接桁架组件的立体结构示意图，图7是具体实施方式四的内外圈连接桁架组件的立体结构示意图，图8是自锁铰链的立体结构示意图，图9是滑块的立体结构示意图，图10是弦杆展开驱动弹性铰链的整体结构示意图。具体实施方式具体实施方式一：结合图1-图10说明，本实施方式的弹性铰链驱动的双层环形桁架天线机构包括内圈环形桁架组件2、外圈环形桁架组件1、多个内外圈连接桁架组件3和多个拉索组件4；所述内圈环形桁架组件2和外圈环形桁架组件1结构相同，内圈环形桁架组件2和外圈环形桁架组件1均包括多个弹性铰链驱动的可折展单元A和多个弹性铰链驱动的过渡折展组件B，内圈环形桁架组件2中的邻两个弹性铰链驱动的可折展单元A通过弹性铰链驱动的过渡折展组件B连接，外圈环形桁架组件1中的邻两个弹性铰链驱动的可折展单元A通过弹性铰链驱动的过渡折展组件B连接，相邻的内圈环形桁架组件2和外圈环形桁架组件1展开后为多面式环形桁架体；天线机构展开后外圈环形桁架组件1和内圈环形桁架组件2同心设置，内圈环形桁架组件2和外圈环形桁架组件1之间的位于竖向平面内的四个顶角通过一个内外圈连接桁架组件3支撑并可转动连接，内圈环形桁架组件2的每个矩形平面内对角处设有一组拉索组件4，外圈环形桁架组件1的每个矩形平面内对角处设有一组拉索组件4。本实施方式的内圈环形桁架组件2、外圈环形桁架组件1、内外圈连接桁架组件3通过弹性铰链释放弹性势能实现展开。拉索组件4起到提高桁架刚度的作用。具体实施方式二：结合图1、图3和图5说明，本实施方式的每个所述弹性铰链驱动的可折展单元包括两个上弦杆5、两个下弦杆13、两个弦杆展开驱动弹性铰链7、两个支撑竖杆11、四个自锁铰链8、四个曲柄9和四个滑块10；两个支撑竖杆11的上端和下端各连接有一个自锁铰链8，两个支撑竖杆11之间布置有两个上弦杆5和两个下弦杆13，弦杆展开驱动弹性铰链7的两端各与一个上弦杆5的一端固接，弦杆展开驱动本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种弹性铰链驱动的双层环形桁架天线机构，其特征在于：它包括内圈环形桁架组件(2)、外圈环形桁架组件(1)、多个内外圈连接桁架组件(3)和多个拉索组件(4)；所述内圈环形桁架组件(2)和外圈环形桁架组件(1)结构相同，内圈环形桁架组件(2)和外圈环形桁架组件(1)均包括多个弹性铰链驱动的可折展单元(A)和多个弹性铰链驱动的过渡折展组件(B)，内圈环形桁架组件(2)中的邻两个弹性铰链驱动的可折展单元(A)通过弹性铰链驱动的过渡折展组件(B)连接，外圈环形桁架组件(1)中的邻两个弹性铰链驱动的可折展单元(A)通过弹性铰链驱动的过渡折展组件(B)连接，相邻的内圈环形桁架组件(2)和外圈环形桁架组件(1)展开后为多面式环形桁架体；天线机构展开后外圈环形桁架组件(1)和内圈环形桁架组件(2)同心设置，内圈环形桁架组件(2)和外圈环形桁架组件(1)之间的位于竖向平面内的四个顶角通过一个内外圈连接桁架组件(3)支撑并可转动连接，内圈环形桁架组件(2)的每个矩形平面内对角处设有一组拉索组件(4)，外圈环形桁架组件(1)的每个矩形平面内对角处设有一组拉索组件(4)。

【技术特征摘要】
1.一种弹性铰链驱动的双层环形桁架天线机构，其特征在于：它包括内圈环形桁架组件(2)、外圈环形桁架组件(1)、多个内外圈连接桁架组件(3)和多个拉索组件(4)；所述内圈环形桁架组件(2)和外圈环形桁架组件(1)结构相同，内圈环形桁架组件(2)和外圈环形桁架组件(1)均包括多个弹性铰链驱动的可折展单元(A)和多个弹性铰链驱动的过渡折展组件(B)，内圈环形桁架组件(2)中的邻两个弹性铰链驱动的可折展单元(A)通过弹性铰链驱动的过渡折展组件(B)连接，外圈环形桁架组件(1)中的邻两个弹性铰链驱动的可折展单元(A)通过弹性铰链驱动的过渡折展组件(B)连接，相邻的内圈环形桁架组件(2)和外圈环形桁架组件(1)展开后为多面式环形桁架体；天线机构展开后外圈环形桁架组件(1)和内圈环形桁架组件(2)同心设置，内圈环形桁架组件(2)和外圈环形桁架组件(1)之间的位于竖向平面内的四个顶角通过一个内外圈连接桁架组件(3)支撑并可转动连接，内圈环形桁架组件(2)的每个矩形平面内对角处设有一组拉索组件(4)，外圈环形桁架组件(1)的每个矩形平面内对角处设有一组拉索组件(4)；每个所述弹性铰链驱动的可折展单元(A)包括两个上弦杆(5)、两个下弦杆(13)、两个弦杆展开驱动弹性铰链(7)、两个支撑竖杆(11)、四个自锁铰链(8)、四个曲柄(9)和四个滑块(10)；两个支撑竖杆(11)的上端和下端各连接有一个自锁铰链(8)，两个支撑竖杆(11)之间布置有两个上弦杆(5)和两个下弦杆(13)，弦杆展开驱动弹性铰链(7)的两端各与一个上弦杆(5)的一端固接，弦杆展开驱动弹性铰链(7)的两端各与一个下弦杆(13)的一端固接，两个上弦杆(5)的另一端与相对应的自锁铰链(8)铰接，两个下弦杆(13)的另一端与相对应的自锁铰链(8)铰接，每个支撑竖杆(11)上滑动安装有两个滑块(10)，每个滑块(10)与相对应的上弦杆(5)之间布置有与二者铰接的曲柄(9)，每个滑块(10)与相对应的下弦杆(13)之间布置有与二者铰接的曲柄(9)，两个上弦杆(5)和两个下弦杆(13)之间安装有交叉设置的拉索组件(4)；每个弹性铰链驱动的过渡折展组件(B)包括两个过渡上弦杆(6)、两个过渡下弦杆(14)、两个弦杆展开驱动弹性铰链(7)和四个曲柄(9)，两个过渡上弦杆(6)的一端之间布置有与二者固接的弦杆展开驱动弹性铰链(7)，两个过渡下弦杆(14)的一端之间布置有与二者固接的弦杆展开驱动弹性铰链(7)，两个过渡上弦杆(6)的另一端分别与各自相邻的自锁铰链(8)铰接，两个过渡下弦杆(14)的另一端分别与各自相邻的自锁铰链(8)铰接，两个过渡上弦杆(6)和两个过渡下弦杆(14)之间安装有交叉设置的拉索组件(4)，每个滑块(10)与相对应的过渡上弦杆(6)之间布置有与二者铰接的曲柄(9)，每个滑块(10)与相对应的过渡下弦杆(14)之间布置有与二者铰接的曲柄(9)。2.根据权利要求1所述的弹性铰链驱动的双层环形桁架天线机构，其特征在于：每个所述的内外圈连接桁架组件(3)包括上横杆(28)、下横杆(29)、对角上弦杆(15)、对角下弦杆(17)和弦杆展开驱动弹性铰链(7)；对角上弦杆(15)和对角下弦杆(17)之间布置有与二者固接的弦杆展开驱动弹性铰链(7)，上横杆(28)、下横杆(29)、对角上弦杆(15)、对角下弦杆(17)和弦杆展开驱动弹性铰链(7)呈Z形排布，对角上弦杆(15)与外圈环形桁架组件(1)上的自锁铰链(8)铰接，对角下弦杆(17)与内圈环形桁架组件(1)上的自锁铰链(8)铰接，位于内圈环形桁架组件(2)和外圈...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭宏伟，邓宗全，史创，刘荣强，
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