一种可分步折叠的二维阵面天线机构制造技术

本发明专利技术公开一种可分步折叠的二维阵面天线机构，包括天线面板机构、板间回转铰链机构和背架机构；天线面板机构是由若干具有一定厚度的矩形板构成，各个天线面板上按需分布螺纹孔；板间回转铰链通过两个铰链凸台的轴孔配合实现转动副的功能，再将其分别与天线面板固接，进而实现天线面板的相对转动；背架机构是背架杆两端带有铰链接头的装配体，接头处分布有轴孔；天线面板与板间回转铰链通过螺纹孔固接；背架机构通过两端的铰链接头实现与天线面板或相邻背架杆的铰接，背架机构与天线面板的折展过程运动协调。折展过程运动协调。折展过程运动协调。

【技术实现步骤摘要】
一种可分步折叠的二维阵面天线机构


[0001]本专利技术属于航天飞行器
，特别是涉及一种单自由度、大折展比、分步折展的二维阵面天线折展机构。

技术介绍

[0002]天线是卫星、空间站等航天器上必不可少的功能部件，在观测海洋、监测环境、管理自然资源以及侦测敌方设施等方面有着广泛的应用。随着航天领域对高分辨率和大成像幅宽的需求，星载平面天线逐渐向着大型化方向发展。因此，受限于火箭载荷舱的尺寸，需要探索大折展比平面可展天线的设计规律，以形成满足平面结构体与背架机构协调运动的高效折叠方案。
[0003]随着航天技术的发展，一维折叠型平面天线已经不能满足未来大型平面天线机构的使用，急需提出全新的二维折叠型平面天线机构。2007年，加拿大航天局又发射了Radarsat
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2卫星，卫星单侧的可展开支撑机构是由一组电机进行驱动展开的，并且依靠一套六连杆联动机构以传递动力使整套天线机构实现展开功能。哈工大提出了一种可实现二维折展的稳定性好、刚度高的平面折展天线机构新构型，其折展比可达17.6，振动基频达到1.3339Hz，实现了大型平面天线机构的高刚度设计。
[0004]阵面天线的折展方式以及与其运动协调的背架设计一直是亟需解决的课题，目前该领域已有许多关于一维平面折展机构的研究。哈工大的邓宗全教授及其团队通过对可展桁架的拓扑分析设计了一维折展天线的背架机构；西北工业大学提出了一种四构态的多连杆变胞机构；燕山大学设计了一种可展天线的背架支撑机构，并通过约束拓扑图分析了其自由度；哈工大的史创等提出了一种高刚度模块化平面可展天线机构的新构型，并分析了其运动学、动力学和精度特性，通过时序控制实现其折叠与展开。但这些研究大多止于理论上的创新设计。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种单自由度、大折展比、分步折叠的阵面天线折展结构。该可展阵面天线单元及其背架结构在折展过程中运动协调，可以实现紧密折叠和完全展开的状态。天线完全折叠时各个板为紧密堆叠状态，体积很小便于运输与储藏，满足运载火箭的尺寸要求；天线完全展开时，各板呈二维阵列布置，天线正面为平整的工作表面，背面为四棱锥形桁架支撑结构，使得整个天线具有较高的刚度。该可展天线的折展过程分为两步，每一步折展运动都只有一个自由度，运动控制简单。
[0006]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0007]一种可分步折叠的二维阵面天线机构，包括天线面板机构、板间回转铰链机构和背架机构；
[0008]所述天线面板机构包括沿x方向分布的三排天线面板；第一排天线面板包括三个沿y方向分布的面板，分别为第一天线面板、第二天线面板、第三天线面板，天线完全展开状
态下，y方向与x方向垂直；第二排天线面板包括三个沿y方向分布的面板，分别为第四天线面板、第五天线面板、第六天线面板；第三排天线面板包括三个沿y方向分布的面板，分别为第七天线面板、第八天线面板、第九天线面板；
[0009]板间回转铰链机构包括第一板间回转铰链、第二板间回转铰链、第三板间回转铰链、第四板间回转铰链、第五板间回转铰链、第六板间回转铰链、第七板间回转铰链、第八板间回转铰链；
[0010]所述第一天线面板与第二天线面板在y方向上相邻并通过转动副相互铰接，第四天线面板与第五天线面板在y方向上相邻并通过转动副相互铰接，第七天线面板与第八天线面板在y方向上相邻并通过转动副相互铰接，三组转动副的结构完全相同，形成第一板间回转铰链，第一板间回转铰链的转动轴线与x方向平行；所述第三天线面板与第六天线面板形成第二板间回转铰链，铰链的转动轴线与y方向平行，为了强化铰接的约束效果，在第三天线面板与第六天线面板之间增加与第一板间回转铰链结构相同、转动副轴线垂直的回转铰链；所述第四天线面板与第七天线面板之间形成第三板间回转铰链，所述第三板间回转铰链分别布置在第四天线面板与第七天线面板的两端以增强对面板的约束效果；所述第六天线面板与第九天线面板之间形成第四板间回转铰链；所述第二天线面板与第五天线面板之间形成第五板间回转铰链；上述第一至第五板间回转铰链的转动轴线均平行于所连天线面板的相邻边；所述第一天线面板与第四天线面板之间、第五天线面板与第八天线面板之间在x方向上均不存在板间回转铰链的连接；
[0011]所述第二天线面板与第三天线面板在y方向上相邻并通过第六板间回转铰链形成铰接，第五天线面板与第六天线面板在y方向上相邻并通过第七板间回转铰链形成铰接，第八天线面板与第九天线面板在y方向上相邻并通过第八板间回转铰链形成铰接；所述第i(i＝6,7,8)板间回转铰链均包含两个回转铰链，两个回转铰链的铰链轴线始终重合，并且其公共转动轴线均与板的边缘呈特征角θ，θ角是Miura
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ori折纸中较小的扇形角；第六板间回转铰链包含的两个回转铰链与第八板间回转铰链包含的两个回转铰链具有完全相同的结构和尺寸；
[0012]各个天线面板与对应的板间回转铰链均通过螺纹紧固件配合连接；按照上述板间回转铰链的布置方式得到的二维折展单元能够通过两步折叠过程，最终收拢到紧密折叠状态；第一步折叠过程是第一天线面板、第四天线面板和第七天线面板作为一个整体，绕着第一板间回转铰链的轴线方向对应翻折到第二天线面板、第五天线面板和第八天线面板的下方；第二步折叠过程是将第一步折叠后的天线面板再按照Miura
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ori厚板折纸的单自由度折叠过程进行折叠；
[0013]所述背架机构包括铰链接头和背架杆；所述铰链接头包括顶部铰链接头、子板铰链接头与背架杆铰链接头；
[0014]所述顶部铰链接头包括第一顶部铰链接头、第二顶部铰链接头、第三顶部铰链接头、第四顶部铰链接头，所述第一顶部铰链接头和第三顶部铰链接头设置于第八天线面板，所述第二顶部铰链接头和第四顶部铰链接头设置于第五天线面板；
[0015]所述子板铰链接头包括依次设置于第一天线面板至第九天线面板上的第一子板铰链接头、第二子板铰链接头、第三子板铰链接头、第四子板铰链接头、第五子板铰链接头、第六子板铰链接头、第七子板铰链接头、第八子板铰链接头和第九子板铰链接头；
[0016]所述顶部铰链接头、子板铰链接头与背架杆铰链接头彼此之间通过背架杆相互连接，背架杆铰链接头作为背架杆上断点的带铰链的接头形式，使得整个背架机构形成一个闭环整体。
[0017]进一步的，所述第七子板铰链接头中的第一铰链凸台与第二铰链凸台铰接，第二铰链凸台与背架杆通过螺纹孔固接，然后将第一铰链凸台与第七天线面板固接；
[0018]第八子板铰链接头中的第一铰链凸台分别与第二、三铰链凸台铰接，第八子板铰链接头中的第二、三铰链凸台分别与背架杆通过螺纹孔固接，第一铰链凸台与第八天线面板固接；
[0019]第九子板铰链接头中的第一铰链凸台与第二铰链凸台铰接，第二铰链凸台与背架杆通过螺纹孔固接，第一铰链凸台与第九天线面板固接；
[0020]第四子板铰链接头中的第一铰链凸台与第二铰链凸台铰接，第二铰链本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可分步折叠的二维阵面天线机构，其特征在于，包括天线面板机构、板间回转铰链机构和背架机构；所述天线面板机构包括沿x方向分布的三排天线面板；第一排天线面板包括三个沿y方向分布的面板，分别为第一天线面板、第二天线面板、第三天线面板，天线完全展开状态下，y方向与x方向垂直；第二排天线面板包括三个沿y方向分布的面板，分别为第四天线面板、第五天线面板、第六天线面板；第三排天线面板包括三个沿y方向分布的面板，分别为第七天线面板、第八天线面板、第九天线面板；板间回转铰链机构包括第一板间回转铰链、第二板间回转铰链、第三板间回转铰链、第四板间回转铰链、第五板间回转铰链、第六板间回转铰链、第七板间回转铰链、第八板间回转铰链；所述第一天线面板与第二天线面板在y方向上相邻并通过转动副相互铰接，第四天线面板与第五天线面板在y方向上相邻并通过转动副相互铰接，第七天线面板与第八天线面板在y方向上相邻并通过转动副相互铰接，三组转动副的结构完全相同，形成第一板间回转铰链，第一板间回转铰链的转动轴线与x方向平行；所述第三天线面板与第六天线面板形成第二板间回转铰链，铰链的转动轴线与y方向平行，为了强化铰接的约束效果，在第三天线面板与第六天线面板之间增加与第一板间回转铰链结构相同、转动副轴线垂直的回转铰链；所述第四天线面板与第七天线面板之间形成第三板间回转铰链，所述第三板间回转铰链分别布置在第四天线面板与第七天线面板的两端以增强对面板的约束效果；所述第六天线面板与第九天线面板之间形成第四板间回转铰链；所述第二天线面板与第五天线面板之间形成第五板间回转铰链；上述第一至第五板间回转铰链的转动轴线均平行于所连天线面板的相邻边；所述第一天线面板与第四天线面板之间、第五天线面板与第八天线面板之间在x方向上均不存在板间回转铰链的连接；所述第二天线面板与第三天线面板在y方向上相邻并通过第六板间回转铰链形成铰接，第五天线面板与第六天线面板在y方向上相邻并通过第七板间回转铰链形成铰接，第八天线面板与第九天线面板在y方向上相邻并通过第八板间回转铰链形成铰接；所述第i(i＝6,7,8)板间回转铰链均包含两个回转铰链，两个回转铰链的铰链轴线始终重合，并且其公共转动轴线均与板的边缘呈特征角θ，θ角是Miura
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ori折纸中较小的扇形角；第六板间回转铰链包含的两个回转铰链与第八板间回转铰链包含的两个回转铰链具有完全相同的结构和尺寸；各个天线面板与对应的板间回转铰链均通过螺纹紧固件配合连接；按照上述板间回转铰链的布置方式得到的二维折展单元能够通过两步折叠过程，最终收拢到紧密折叠状态；第一步折叠过程是第一天线面板、第四天线面板和第七天线面板作为一个整体，绕着第一板间回转铰链的轴线方向对应翻折到第二天线面板、第五天线面板和第八天线面板的下方；第二步折叠过程是将第一步折叠后的天线面板再按照Miura
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ori厚板折纸的单自由度折叠过程进行折叠；所述背架机构包括铰链接头和背架杆；所述铰链接头包括顶部铰链接头、子板铰链接头与背架杆铰链接头；所述顶部铰链接头包括第一顶部铰链接头、第二顶部铰链接头、第三顶部铰链接头、第四顶部铰链接头，所述第一顶部铰链接头和第三顶部铰链接头设置于第八天线面板，所述
第二顶部铰链接头和第四顶部铰链接头设置于第五天线面板；所述子板铰链接头包括依次设置于第一天线面板至第九天线面板上的第一子板铰链接头、第二子板铰链接头、第三子板铰链接头、第四子板铰链接头、第五子板铰链接头、第六子板铰链接头、第七子板铰链接头、第八子板铰链接头和第九子板铰链接头；所述顶部铰链接头、子板铰链接头与背架杆铰链接头彼此之间通过背架杆相互连接，背架杆铰链接头作为背架杆上断点的带铰链的接头形式，使得整个背架机构形成一个闭环整体。2.根据权利要求1所述一种可分步折叠的二维阵面天线机构，其特征在于，所述第七子板铰链接头中的第一铰链凸台与第二铰链凸台铰接，第二铰链凸台与背架杆通过螺纹孔固接，然后将第一铰链凸台与第七天线面板固接；第八子板铰链接头中的第一铰链凸台分别与第二、三铰链凸台铰接，第八子板铰链接头中的第二、三铰链凸台分别与背架杆通过螺纹孔固接，第一铰链凸台与第八天线面板固接；第九子板铰链接头中的第一铰链凸台与第二铰链凸台铰接，第二铰链凸台与背架杆通过螺纹孔固接，第一铰链凸台与第九天线面板固接；第四子板铰链接头中的第一铰链凸台与第二铰链凸台铰接，第二铰链凸台与背架杆通过螺纹孔固接，第一铰链凸台与第四天线面板固接；第五子板铰链接头中的第一铰链凸台分别与第二、三铰链凸台铰接，第五子板铰链接头中的第二、三铰链凸台分别与背架杆通过螺纹孔固接，第一铰链凸台与第五天线面板固接；第六子板铰链接头包括的第一铰链凸台与第二铰链凸台的结构分别与...

【专利技术属性】
技术研发人员：周鑫，李明，陈焱，刘天明，邢健，赵辰婕，张霄，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：