单自由度平板天线折展单元及平板天线折展机构制造技术

本发明专利技术提供一种单自由度平板天线折展单元，其包括天线平板、支撑杆、连接块以及伸缩杆；天线平板包括第一天线平板和第二天线平板，第一天线平板的第一侧部与第二天线平板的第一侧部的连接处的两个端部借助于同步转动铰链连接，同步转动铰链的转动副轴线平行于两个天线平板的相邻边；本发明专利技术还提供一种平板天线折展机构，平板天线折展机构包括多个相同结构的自由度平板天线折展单元。本发明专利技术的一种单自由度平板天线折展单元，各构件之间连接方式只包括转动副和移动副，结构简单。本发明专利技术的平板天线折展机构由多个上述单自由度平板天线折展单元连接而成，整体机构也仅有一个自由度，控制非常容易。

【技术实现步骤摘要】
单自由度平板天线折展单元及平板天线折展机构
本专利技术属于空间可展机构，特别涉及一种单自由度平板天线折展单元及由其组成的平板天线折展机构。
技术介绍
随着航天技术的快速发展，航天技术在我国科技发展战略规划中占有重要地位，航天工程对于大型可展机构的需求更加迫切。然而在航天工程中受储放容量的限制，对于具有高折展率、高刚度、高稳定性可展天线的需求愈发迫切。可展机构在储存和运输过程中都是处于收拢状态，当放置在工作轨道中，准备就绪后，驱动装置可以使其展开成预定的工作状态。目在前各类航天器上，对于可展机构的应用愈发广泛。可展天线机构的研究已成为当今世界上的一个研究热点，然而在可展天线机构中平面可展天线机构作为必不可少的领域。美国、日本、德国、俄罗斯等国的研究机构先后提出了多种星载平面天线机构形式。星载平面天线的先驱是美国1978年发射用于论证测量海洋动力学的可行性的SeasatSAR，它由8块可展开的相控阵平面天线组成，每两块天线面板由一个六棱锥单元可展开机构支撑，模块间采用剪式可展机构保持同步，用一个V形驱动臂同时实现与卫星连接和支撑机构动力输入的功能；欧空局于1991年成功发射实验性质的遥感卫星ERS-1，ESR-1共有5块可折叠的平面天线面板，其支撑机构是四棱锥单元；1996年加拿大航空局发射的Radarsat-1相控阵天线，它首次采用了天线与卫星侧部连接的方式，平面天线发射时收拢于卫星两侧，展开后形成两翼，单侧的支撑桁架机构为两个四棱锥可展单元；2007年又发射了Radarsat-2卫星，平面天线由4块天线面面板组成，支撑机构在Radarsat-1基础上去掉一组中支撑杆，并在斜支撑杆上留有用来补偿板厚的小段斜杆，使得结构更紧凑；日本于2006年在种子岛宇宙中心发射了先进对地观测卫星ALOS，该展开支撑机构是由大小两组支撑杆组成的，主支撑杆连接内侧的两块面板，并作为天线展开的驱动源，副支撑杆成M形连接四块面板，起到四块面板的联动的作用；美国宇航公司和科罗拉多大学联合研制的X波段的相控阵平面天线，支撑机构为12个9棱锥可展单元组合而成的，整个由支撑机构的中间两个上节点与连接卫星的V形驱动臂相连接；以及美国空军和JPL实验室联合研制的L波段的大型空间雷达LLSBR，每两个单元组合成一个模块，单模块天线有四棱柱可展开机构支撑。而中国在这方面起步较晚，浙江大学、同济大学、天津大学和哈尔滨工业大学等在这方面进行了研究，重点在空间站天线、伸展臂以及折展网架结构的设计，其中哈尔滨工业大学研制了一种侧面为四棱锥的可展开平面天线支撑机构。上海宇航系统工程研究所研制除了一种面向航天器多板折展天线的折展机构。目前平面天线折展机构类型还相对比较少，为了适应太空平板折展天线不断增长的需求，设计更多类型的结构简单、控制容易的平板天线折展天线机构具有重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种结构简单、驱动数目少、控制容易，并且结构刚度大稳定性高的单自由度平板天线折展单元及其组成的平板天线折展机构。具体地，本专利技术提供一种单自由度平板天线折展单元，其包括天线平板、支撑杆、连接块以及伸缩杆；所述天线平板包括第一天线平板和第二天线平板，所述第一天线平板的第一侧部与所述第二天线平板的第一侧部的连接处的两个端部借助于同步转动铰链连接，同步转动铰链的转动副轴线平行于两个天线平板的相邻边；所述第一天线平板的第二侧部的两个端部分别借助于一个下连接块连接第一支撑杆和第二支撑杆，所述第二天线平板的第二侧部的两个端部分别借助于一个下连接块连接第三支撑杆和第四支撑杆，所述第一支撑杆和第三支撑杆之间以及第二支撑杆和第四支撑杆之间分别借助于一个上连接块连接，两个上连接块之间借助于两根伸缩杆进行连接，两根伸缩杆之间通过移动副进行连接，移动副的轴线平行于伸缩杆的轴线；第一天线平板和第二天线平板构成单自由度平板天线折展单元的底面，四个支撑杆以及两个天线平板分别构成单自由度平板天线折展单元的四个侧面；上连接块和下连接块所在的平面平行，支撑杆的两端与上连接块以及下连接块连接的两个转动副的轴线平行；天线平板与下连接块连接的转动副轴线与同步转动铰链的轴线平行，并与支撑杆和下连接块之间的转动副轴线形成一定角度；当两块天线平板为完全展开状态即处于同一平面时，天线平板平行于连接块平面，自由度平板天线折展单元的前后截面是三角形，伸缩杆处于收缩位置，此时单自由度平板天线折展单元处于完全展开状态；当两块天线为完全收拢状态即相互平行时，天线平板垂直于连接块平面，截面同一面的支撑杆收拢靠近，伸缩杆处于伸展位置，此时单自由度平板天线折展单元处于完全收拢状态。优选地，同步转动铰链包括框架、同步接头以及同步齿轮，所述框架的两侧分别与一个所述同步齿轮通过转轴铰接，两根转轴分别与两个同步接头铰接形成两个转动副，同步接头的另一端与天线平板固定连接，两个同步齿轮相互啮合且对称设置。优选地，两个同步转动铰链中的一个设置有驱动装置，每根转轴还分别通过传动组件与驱动装置连接，驱动装置用于驱动所述转轴转动。优选地，本专利技术还提供一种平板天线折展机构，所述平板天线折展机构包括多个相同结构的自由度平板天线折展单元，相邻两个单自由度平板天线折展单元的相邻天线平板的两端通过共用两个下连接块进行连接，单自由度平板天线折展单元的两个上连接块分别通过两根连接杆与相邻单自由度平板天线折展单元的两个上连接块进行连接，连接杆两端分别通过转动副与上连接块连接。优选地，所述连接杆包括两根等长的同步杆，两根同步杆通过中间同步转动铰链连接，中间同步转动铰链的轴线垂直于与之相连的两根同步杆的轴线，连接杆两端的转动副的轴线垂直于连接杆的轴线，并且平行于对应的中间同步转动铰链轴线方向。优选地，当两块天线平板为完全展开状态即处于同一平面时，相邻单元之间的连接杆处于展开状态；当两块天线为完全收拢状态即相互平行时，相邻单元之间的连接杆处于折叠状态。优选地，中间同步转动铰链的结构与所述同步转动铰链的结构相同。本专利技术的效果如下：本专利技术公开一种单自由度平板天线折展单元，各构件之间连接方式只包括转动副和移动副，结构简单，且自由度只有一个，仅需添加一个驱动即可实现展开与收拢即可。本专利技术的结构简单合理，四根支撑杆同时支撑两块平板，而且四根支撑杆轴线呈空间倾斜布置，伸缩杆对两截面的支撑杆进行连接，提高了支撑刚度，也进一步增强了单元展开结构的稳定性。本专利技术的该机构由多个上述单自由度平板天线折展单元连接而成，整体机构也仅有一个自由度，控制非常容易。本专利技术的各个单自由度平板天线折展单元完全相同，且结构具有对称性，各基本单元之间直接相连，不仅便于加工制造与装配，而且拓展性强，可以根据需求组成任意长度的具有大收拢率的大型平板天线折展机构，实用性强。附图说明图1是本专利技术单自由度平板天线折展单元的立体结构示意图；图2a是本专利技术的平板天线折展机构在完全展开状态下的结构示意图；图2b为图2a中a部分的局部连接示意图；图2c为图2a本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单自由度平板天线折展单元，其特征在于：其包括天线平板、支撑杆、连接块以及伸缩杆；所述天线平板包括第一天线平板和第二天线平板，所述第一天线平板的第一侧部与所述第二天线平板的第一侧部的连接处的两个端部借助于同步转动铰链连接，同步转动铰链的转动副轴线平行于两个天线平板的相邻边；所述第一天线平板的第二侧部的两个端部分别借助于一个下连接块连接第一支撑杆和第二支撑杆，所述第二天线平板的第二侧部的两个端部分别借助于一个下连接块连接第三支撑杆和第四支撑杆，所述第一支撑杆和第三支撑杆之间以及第二支撑杆和第四支撑杆之间分别借助于一个上连接块连接，两个上连接块之间借助于两根伸缩杆进行连接，两根伸缩杆之间通过移动副进行连接，移动副的轴线平行于伸缩杆的轴线；/n第一天线平板和第二天线平板构成单自由度平板天线折展单元的底面，四个支撑杆以及两个天线平板分别构成单自由度平板天线折展单元的四个侧面；/n上连接块和下连接块所在的平面平行，支撑杆的两端与上连接块以及下连接块连接的两个转动副的轴线平行；天线平板与下连接块连接的转动副轴线与同步转动铰链的轴线平行，并与支撑杆和下连接块之间的转动副轴线形成一定角度；/n当两块天线平板为完全展开状态即处于同一平面时，天线平板平行于连接块平面，自由度平板天线折展单元的前后截面是三角形，伸缩杆处于收缩位置，此时单自由度平板天线折展单元处于完全展开状态；当两块天线为完全收拢状态即相互平行时，天线平板垂直于连接块平面，截面同一面的支撑杆收拢靠近，伸缩杆处于伸展位置，此时单自由度平板天线折展单元处于完全收拢状态。/n...

【技术特征摘要】
1.一种单自由度平板天线折展单元，其特征在于：其包括天线平板、支撑杆、连接块以及伸缩杆；所述天线平板包括第一天线平板和第二天线平板，所述第一天线平板的第一侧部与所述第二天线平板的第一侧部的连接处的两个端部借助于同步转动铰链连接，同步转动铰链的转动副轴线平行于两个天线平板的相邻边；所述第一天线平板的第二侧部的两个端部分别借助于一个下连接块连接第一支撑杆和第二支撑杆，所述第二天线平板的第二侧部的两个端部分别借助于一个下连接块连接第三支撑杆和第四支撑杆，所述第一支撑杆和第三支撑杆之间以及第二支撑杆和第四支撑杆之间分别借助于一个上连接块连接，两个上连接块之间借助于两根伸缩杆进行连接，两根伸缩杆之间通过移动副进行连接，移动副的轴线平行于伸缩杆的轴线；
第一天线平板和第二天线平板构成单自由度平板天线折展单元的底面，四个支撑杆以及两个天线平板分别构成单自由度平板天线折展单元的四个侧面；
上连接块和下连接块所在的平面平行，支撑杆的两端与上连接块以及下连接块连接的两个转动副的轴线平行；天线平板与下连接块连接的转动副轴线与同步转动铰链的轴线平行，并与支撑杆和下连接块之间的转动副轴线形成一定角度；
当两块天线平板为完全展开状态即处于同一平面时，天线平板平行于连接块平面，自由度平板天线折展单元的前后截面是三角形，伸缩杆处于收缩位置，此时单自由度平板天线折展单元处于完全展开状态；当两块天线为完全收拢状态即相互平行时，天线平板垂直于连接块平面，截面同一面的支撑杆收拢靠近，伸缩杆处于伸展位置，此时单自由度平板天线折展单元处于完全收拢状态。


2.根据权利要求1所述的单自由度平板天线折展单元，其特征在于：同步转动铰链包括框架、同步...

【专利技术属性】
技术研发人员：许允斗，郭路瑶，路斯成，李明，赵永生，韩博，崔琦峰，郭金伟，姚建涛，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北;13