【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及卫星反射器领域，尤其是涉及一种卷曲式的刚性可折叠曲面反射器。
技术介绍
1、随着卫星小型化趋势的发展，对各个卫星子系统的尺寸限制开始变得愈发严格。各类电子系统，电力系统及推进系统随着其相关技术的发展，自然满足了尺寸需求，并且正在推动卫星的小型化趋势。然而另一些子系统，如反射器，因受到物理定律的限制而无法变得更小，在轨工作时必须保留较大尺寸。因此，可折叠反射器是唯一调和较小发射尺寸与较大在轨尺寸两项互相冲突的要求的方法。在折叠的同时，同样由于物理定律限制，反射器亦需达到较高的表面精度。这样的尺寸与精度要求对可折叠反射器的设计造成了极高挑战。
2、反射器可用于无线电与光学应用。其外形与设计性能直接相关，需严格达到较大尺寸。在无线电反射器上，弗里斯传输方程描述了反射器面积与传输功率的正比关系。因此无线电反射器的面积受到设计功率要求的限制，反射器外形需达到较大尺寸。
3、在光学反射器上，瑞利判据描述了在衍射极限下反射器口径与其角分辨率的正比关系。因此光学反射器的直径受到设计角分辨率要求的限制，反射器外形需达到较大尺寸。
4、随着各类通讯及雷达应用的发展，卫星往往需要数米甚至超过二十米直径的无线电反射器。这些反射器皆为可折叠设计，远大于火箭整流罩内尺寸。相对反射器尺寸，国内当前最大的长征5号火箭整流罩内尺寸为4.5米。类似地，欧空局最大的阿丽亚娜5火箭内尺寸为4.57米，美国猎鹰重型火箭内尺寸为4.6米。与无线电应用相同，空间望远镜等光学应用也已开始使用折叠结构实现更大直径，例如2021年
5、反射器表面精度亦于设计性能直接相关，需严格达到较高水平。在无线电反射器上，鲁兹方程描述了反射器表面形状方均根误差、无线电波长与反射增益的关系，在不同波长下，若要达到同等增益，反射器表面误差与无线电波长需保持相同比例。因此无线电反射器的表面精度受到无线电设计波长的限制，需达到较高水平。
6、在光学反射器上，因其物理原理与无线电类似，由此有各类对外形精度的工程标准，其中包括对表面误差的要求，往往需要小于反射光波长数倍。因此光学反射器的表面精度受到光学设计波长的限制，需达到较高水平。
7、随着通讯技术的发展，高通量以及甚高通量通讯对无线电反射器的表面精度指标提出了更高的要求。为了更高带宽，现代通讯所选用的频段从厘米级逐步提高到了毫米级。相应地，反射器表面精度往往需达到亚毫米级。光学反射器则往往需要数十纳米的表面精度。在这样的精度要求下，固面反射器成为唯一可行方案。无线电应用中，柔性网面天线受制于金属网编制密度及精度，无法在大型天线上满足ka及以上波段使用要求。光学镜面则必然需要固面结构。
8、在上述背景下，理想的可折叠反射器需满足以下需求：
9、曲面折叠：反射器形状直接决定了其反射功能。典型反射器呈抛物面形，可将平行射线反射至一焦点。其它反射器形状包括双曲面，球面以及各类复杂曲面。实现所需的曲面形状是反射器设计第一要素。由于其几何条件限制，曲面结构的折叠比平面结构的折叠难度更大，无法使用大部分平面折叠的折叠方法。其中的主要问题包括曲面对运动自由度的限制，以及曲面组件在折叠状态下的紧凑摆放。
10、刚性折叠：高精度固面反射器往往由例如铝合金，碳纤复合材料、玻璃、铍、碳化硅等硬质材料制成，以满足刚性和表面精度要求。因而，反射器组件无法提供任何形变。同时，为了保证反射器整体结构的精度，任何柔性的连接件也是不可取的。反射器需要由其它方式维持折叠全过程中的运动学自由度。其中，尽量简洁可靠的运动学设计是设计关键。
11、厚板折叠：在满足上述设计条件后，反射器折叠全过程中任何组件之间的碰撞均需要被避免。不同于传统折纸，这里反射器各组件是带有厚度的。组件碰撞是曲面结构刚性折叠的主要限制条件。理想的反射器设计需要考虑各个复杂形状厚板组件的复杂折叠运动，保证所有组件之间均无碰撞。
12、同时满足上述设计要素是十分困难的。一般的折纸结构均不满足其中任何一项要素。基于上述需求，设计可刚性折叠并且具有无碰撞折叠过程的曲面反射器成为亟需解决的技术难题。
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本专利技术提供一种卷曲式的刚性可折叠曲面反射器。
2、本专利技术提供的一种卷曲式的刚性可折叠曲面反射器，采用如下的技术方案：
3、一种卷曲式的刚性可折叠曲面反射器，由多个反射片组件拼接而成，所述多个反射片组件包括中心反射片组件以及围绕所述中心反射片组件分布的多个相同的分区反射片组件；所述中心反射片组件的投影面为正多边形，所述分区反射片组件的数量与中心反射片组件投影面的边数相同；各个分区反射片组件绕中心反射片组件呈旋转对称分布；所述分区反射片组件包括至少4个反射片组件，相邻的两个反射片组件之间为铰接连接；每个分区反射片组件分别与中心反射片组件的其中一个边铰接，相邻两个分区反射片组件之间只设有单个球节连接；在完全展开状态下，反射器呈曲面形状。
4、作为本专利技术的优选，所述反射片组件包括表面反射片和背面支撑片，在所述背面支撑片上设置有铰链结构，用于相邻的两个表面反射片组件之间铰接。
5、作为本专利技术的优选，所述背面支撑片上还设有弹簧以及限位结构，所述弹簧为扭簧，位于背面支撑片上各个铰链上，在折叠状态中预压并储有一定弹性势能，在反射器展开时提供驱动力；所述限位结构用于保证每个铰链展开至设计角度。
6、作为本专利技术的优选，在完全展开状态下，所述反射器为抛物面，其焦距为反射器直径的0.86倍，在每个反射器组件，表面反射片与背面支撑片的总厚度为反射器直径的5％。
7、作为本专利技术的优选，所述表面反射片采用铍镜面，所述背面支撑片采用碳纤维材料。
8、作为本专利技术的优选，所述中心反射片组件的投影面位正四边形结构，所述每个分区反射片组件包括4个反射片组件，4个反射片组件依次铰接连接，不同分区反射片组件之间唯一的连接为该分区的第四反射片组件与下一个分区反射片组件的第二反射片组件之间设有单个球节连接。
9、作为本专利技术的优选，所述中心反射片组件的投影面位正四边形结构，所述每个分区反射片组件包括6个反射片组件。
10、作为本专利技术的优选，所述中心反射片组件的投影面位正五边形或者正六边形结构，所述每个分区反射片组件包括4个反射片组件，4个反射片组件依次连接，不同分区反射片组件之间唯一的连接为该分区的第四反射片组件与下一个分区反射片组件的第二反射片组件之间设有单个球节连接。
11、综上所述，本专利技术包括以下至少一种有益技术效果：
12、1、本专利技术的卷曲式的刚性可折叠曲面反射器通过创新的折叠方式使得反射器在发射前折叠至较小体积，符合现有火箭整流罩尺寸限制，使得卫星搭载大尺寸反射器成为可能，提高了卫星通信和观测任务的效能。折叠状态下的正多边柱外形不仅便于卫星的紧凑收纳，还提供了额外的内部空间用本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种卷曲式的刚性可折叠曲面反射器，其特征在于：由多个反射片组件拼接而成，所述多个反射片组件包括中心反射片组件以及围绕所述中心反射片组件分布的多个相同的分区反射片组件；所述中心反射片组件的投影面为正多边形，所述分区反射片组件的数量与中心反射片组件投影面的边数相同；各个分区反射片组件绕中心反射片组件呈旋转对称分布；所述分区反射片组件包括至少4个反射片组件，相邻的两个反射片组件之间为铰接连接；每个分区反射片组件分别与中心反射片组件的其中一个边铰接，相邻两个分区反射片组件之间只设有单个球节连接；在完全展开状态下，反射器呈曲面形状。
2.根据权利要求1所述的卷曲式的刚性可折叠曲面反射器，其特征在于：所述反射片组件包括表面反射片和背面支撑片，在所述背面支撑片上设置有铰链结构，用于相邻的两个反射片组件之间铰接。
3.根据权利要求2所述的卷曲式的刚性可折叠曲面反射器，其特征在于：所述背面支撑片上还设有弹簧以及限位结构，所述弹簧为扭簧，位于背面支撑片上各个铰链上，在折叠状态中预压并储有一定弹性势能，在反射器展开时提供驱动力；所述限位结构用于保证每个铰链展开至设计角度。<...
【技术特征摘要】
1.一种卷曲式的刚性可折叠曲面反射器，其特征在于：由多个反射片组件拼接而成，所述多个反射片组件包括中心反射片组件以及围绕所述中心反射片组件分布的多个相同的分区反射片组件；所述中心反射片组件的投影面为正多边形，所述分区反射片组件的数量与中心反射片组件投影面的边数相同；各个分区反射片组件绕中心反射片组件呈旋转对称分布；所述分区反射片组件包括至少4个反射片组件，相邻的两个反射片组件之间为铰接连接；每个分区反射片组件分别与中心反射片组件的其中一个边铰接，相邻两个分区反射片组件之间只设有单个球节连接；在完全展开状态下，反射器呈曲面形状。
2.根据权利要求1所述的卷曲式的刚性可折叠曲面反射器，其特征在于：所述反射片组件包括表面反射片和背面支撑片，在所述背面支撑片上设置有铰链结构，用于相邻的两个反射片组件之间铰接。
3.根据权利要求2所述的卷曲式的刚性可折叠曲面反射器，其特征在于：所述背面支撑片上还设有弹簧以及限位结构，所述弹簧为扭簧，位于背面支撑片上各个铰链上，在折叠状态中预压并储有一定弹性势能，在反射器展开时提供驱动力；所述限位结构用于保证每个铰链展开至设计角度。
4.根据权利要求3所述的卷曲式的刚性可折叠曲面反射器，其特征在于：在完全展开状态下，所述反射器为抛...
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