一種螺旋式展開天線反射面的切割方法及其展開裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種天線結(jié)構(gòu)，具體涉及一種螺旋式展開天線反射面的切割方法及其 展開裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 發(fā)展航天事業(yè)是我國長期科技發(fā)展規(guī)劃的重要內(nèi)容，而航天科技的進步與空間可 展開結(jié)構(gòu)，特別是可展開天線的發(fā)展密切相關(guān)。可展開天線廣泛應用于軍事、航天、信息等 領(lǐng)域。為滿足空間站、地球資源勘探、氣象學、海洋學、導航、通信衛(wèi)星等多方面的需求，大口 徑、高精度、輕質(zhì)量已成為可展開天線的發(fā)展趨勢。
[0003] 目前可展開天線的展開機構(gòu)中含有大量的鉸鏈，通過鉸鏈，特別是旋轉(zhuǎn)鉸鏈來實 現(xiàn)天線的展開與閉合運動。但是這種展開形式的主要缺點是所需鉸鏈數(shù)量龐大且鉸鏈本身 重量大，導致收攏后高度較大，不能充分利用運載工具的有效空間。由于展開后天線工作時 的直徑會比發(fā)射時大很多，因此需要提出一個合理的收攏方案，追求盡可能高的收納率。研 宄更多的天線收攏和展開方案，豐富展開天線的類型，對促進展開天線技術(shù)的發(fā)展有著重 要的意義。為此本發(fā)明提出了一種螺旋式展開方案，收攏后體積緊湊，可充分利用運載工具 的有效空間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種收攏體積緊湊，能充分利用運載工具有效空間的可展開 天線結(jié)構(gòu)。
[0005] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種展開天線反射面螺旋式切割方案和相應的收 攏、鉚接展開裝置。利用提出的切割方案先將天線反射面切割成多條帶條，再將帶條緊湊地 收納在帶條收納機構(gòu)內(nèi)；發(fā)射到預定軌道后，將帶條逐漸展開，鉚接連接在一起，形成天線 反射面。
[0006] 本發(fā)明提供的螺旋式展開天線反射面的切割方法，包括下述步驟：
[0007] 步驟1 :根據(jù)天線反射面要求精度[δ ]，將天線反射面分割成寬度為W的天線帶 條，滿足
[0008] 其中，ε ,為展平后平面天線帶條上的第i個采樣點相對于展平前天線帶條曲面的 偏差，N為采樣點總數(shù)，[δ ]為允許的逼近誤差；
[0009] 步驟2 :在有限元軟件中建立分割后的天線曲面帶條的有限元模型，進行展平，通 過展平后天線帶條的應力來確定天線帶條長度，各段的長度L由條件〇 〇 ]確定；
[0010] 其中，〇max為展平后天線帶條內(nèi)的最大應力，[0 ]為允許應力；
[0011] 步驟3 :展平后的若干段不同長度的天線帶條可直接在平面薄板材上切割，并編 號；
[0012] 步驟4 :將切割好的天線帶條按編號順序纏繞在天線帶條收納機構(gòu)中的卷軸上， 天線發(fā)射到預定軌道后展開，拼接成天線反射面。
[0013] 進一步地，帶條長度L越長，展平后帶條內(nèi)的最大應力Omax越大；帶條長度L越 短，0IIlM越小0
[0014] 本發(fā)明提供的一種螺旋式展開天線反射面的展開裝置，包括下箱體，及扣合其上 的上箱體，所述下箱體內(nèi)設(shè)有用于纏繞天線帶的天線帶條收納機構(gòu)，用于纏繞鉚接帶的鉚 接帶收納機構(gòu)，以及用于將鉚接帶折齒的折齒機構(gòu)，用于將折齒后的鉚接帶鉚接天線帶的 鉚接機構(gòu)；
[0015] 所述天線帶條收納機構(gòu)位于下箱體一側(cè)的后端，鉚接帶收納機構(gòu)并列于天線帶條 收納機構(gòu)側(cè)，折齒機構(gòu)位于天線帶條收納機構(gòu)側(cè)，鉚接機構(gòu)位于下箱體前端，且其上部貫穿 出上箱體頂壁；
[0016] 所述上箱體呈半框架結(jié)構(gòu)；對應鉚接機構(gòu)側(cè)的上箱體邊框設(shè)弧形縫隙，經(jīng)鉚接后 的天線帶由弧形縫隙展開。
[0017] 進一步地，所述天線帶條收納機構(gòu)包括分別貫穿在下箱體的后側(cè)壁上的卷軸、三 個矯平滾筒和套筒I，套筒I套于電動機花鍵軸I上，套筒I上嵌有與天線帶條上的定位 孔相配合的定位釘，花鍵軸I通過電動機帶動控制纏繞在卷軸上的天線帶條的進給量。
[0018] 進一步地，所述鉚接帶收納機構(gòu)包括分別垂直固定在框架上的卷軸和花鍵軸II， 花鍵軸II上套有套筒II，套筒II上嵌有與鉚接帶上的定位孔相配合的定位釘，花鍵軸II通 過電機帶動控制纏繞在卷軸上的鉚接帶的進給量。
[0019] 進一步地，所述折齒機構(gòu)包括貫穿在下箱體的后側(cè)壁上的絲杠和固定在箱體上的 導軌，絲杠與電動機通過聯(lián)軸器連接，絲杠上裝有與導軌滑動連接滑塊，通過控制電動機的 轉(zhuǎn)向?qū)崿F(xiàn)滑塊的前進與后退，將其下方鉚接帶收納機構(gòu)輸送的鉚接帶的相鄰兩個齒折成兩 個相反方向的直角。
[0020] 進一步地，所述鉚接機構(gòu)包括固定在框架上的轉(zhuǎn)盤，轉(zhuǎn)盤上分別設(shè)有兩個鉚釘推 進裝置、兩個鉚釘存儲裝置和一個驅(qū)動軸I ;所述兩個鉚釘存儲裝置和一個驅(qū)動軸I分別 與貫穿于上箱體頂壁的電機相連，兩個鉚釘推進裝置通過螺栓與上箱體相連。
[0021] 進一步地，所述鉚釘推進裝置內(nèi)設(shè)置有電磁繼電器和推桿，推桿一端連有彈簧，通 過電磁繼電器的通電與斷電控制推桿的推進和后退。
[0022] 進一步地，所述轉(zhuǎn)盤上均勻分布著4個定位孔，對應轉(zhuǎn)盤上4個定位孔的位置兩個 鉚釘推進裝置和兩個鉚釘存儲裝置分別對角分布，兩個鉚釘存儲裝置中的鉚釘進入轉(zhuǎn)盤上 對應的兩個定位孔，對角分布的兩個鉚釘推進裝置的推桿推進將鉚釘鉚在天線帶條和鉚接 帶上。
[0023] 進一步地，所述天線帶條和鉚接帶同時進給，鉚接帶經(jīng)過折齒機構(gòu)完成折齒動作， 在鉚接機構(gòu)處進行鉚接。
[0024] 本發(fā)明的有益效果是：
[0025] (1)收攏體積緊湊，可充分利用運載工具的有效空間；
[0026] (2)天線帶條為可展開曲面，故可直接從平面薄板材上裁剪，加工方便，成本低；
[0027] (3)鉚接帶與反射面垂直連接，可有效加強反射面剛度。
【附圖說明】
[0028] 圖1是天線反射面切割示意圖；
[0029] 圖2是本發(fā)明展開過程示意圖；
[0030] 圖3 (a)-圖3 (c)是天線反射面收納裝置和鉚接展開裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031] 圖4(a)是天線帶條收納機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032] 圖4(b)是天線帶條收納機構(gòu)收納輾平示意圖；
[0033] 圖5是鉚接帶收納機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034] 圖6是折齒機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035] 圖7是鉚接機構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036] 圖8天線帶條與鉚接帶鉚接時的局部放大圖；
[0037] 圖9是鉚接帶折齒前示意圖；
[0038] 圖10是鉚接帶折齒后示意圖；
[0039] 圖11(a)和圖11(b)分別是天線帶條與鉚接帶鉚接后的示意圖。
[0040] 圖中：1、天線帶條收納機構(gòu)；2、鉚接帶收納機構(gòu)；3、折齒機構(gòu)；4、鉚接機構(gòu)；5、下 箱體；6、上箱體；7、天線帶條；8、卷軸；9、矯平滾筒；10、花鍵軸I ;11、套筒I ;12、定位釘； 13、聯(lián)軸器；14、電動機；15、卷軸；16、花鍵軸II ;17、套筒II ;18、滑塊；19、絲杠；20、導軌； 21、鉚接帶；22、轉(zhuǎn)盤；23、定位孔；24、驅(qū)動軸I ;25、鉚釘推進裝置；26、鉚釘存儲裝置；27、 螺栓；28、驅(qū)動軸II。
【具體實施方式】
[0041] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明實施方案作進一步說明。
[0042] 本發(fā)明提供的展開天線反射面螺旋式切割方案為：
[0043] 先在天線反射面上劃出螺旋分割線，將天線反射面分割成帶狀；然后再將分割后 的天線帶條分段展平為若干段平面帶條；最后，從平面薄板材上裁下平面帶條，并編號。
[0044] 天線反射面分割過程中，分割成寬度為W的帶條，寬度W的大小影響天線反射面精 度的高低。W越大，展平后的平面帶條與展平前曲面之間的偏差ε越大；W越小，ε越小。以 展平后的平面帶條相對于展平前曲面的均方根誤差δ _小于或等于允許的逼近誤差[δ] 為約束條件來確定寬度W，即：
[0045]
[0046] 其中，Si為展平后平面帶條上的第i個采樣點相對于展平前曲面的偏差，N為采 樣點總數(shù)，[S ]為允許的逼近誤差。
[0047] 天線反射面分割成寬度為W的帶條后，利用有限元軟件進行展平分析，得到展平 成平面時帶條的應力，找出平面帶條應力分布中的最大應力σ_，展平后帶條內(nèi)的最大應 力不允許超過允許應力[σ]，以此來確定帶條長度L。帶條長度L越長，展平后帶條 內(nèi)的最大應力σ_越大；L越短，σ max越小。即： _8] 〇 max彡[。]
[0049] 其中，〇max為展平后帶條內(nèi)的最大應力，[0 ]為允許應力。
[0050] 根據(jù)上述切割方案，具體的實施步驟為：
[0051] 步驟1 :根據(jù)天線反射面要求精度[δ ]，將天線反射面分割成寬度為W的帶條，滿 足δ rms彡[δ ]，參見圖I ;
[0052] 步驟2 :在有限元軟件中建立分割后的曲面帶條的有限元模型，進行展平，通過展 平后帶條的應力來確定帶條長度，各段的長度L由條件〇 〇 ]確定；
[0053] 步驟3 :展平后的若干段不同長度的天線帶條可直接在平面薄板材上切割，參見 圖2,并編號；
[0054] 步驟4 :將切割好的天線帶條按編號順序纏繞在天線帶條收納機構(gòu)中的卷軸上。
[0055] 參見圖3(a)-圖3(c)所示，本發(fā)明提出的螺旋式展開天線反射面的展開裝置，包 括天線反射面收納裝置和鉚接展開裝置：天線反射面收納裝置和鉚接展開裝置都安裝在一 個箱體內(nèi)，箱體包括上箱體和下箱體。
[0056] 所提供的天線反射面收納裝置，包括天線帶條收納機構(gòu)1和鉚接帶收納機構(gòu)2 ;所 提供的天線反射面鉚接展開裝置，包括折齒機構(gòu)和鉚接機構(gòu)。
[0057] 上箱體6扣合于下箱體5上，上箱體6水平截面和縱截面小于下箱體5的截面；下 箱體5內(nèi)設(shè)有用于纏繞天線帶7的天線帶條收納機構(gòu)1和用于纏繞鉚接帶21的鉚接帶收 納機構(gòu)2,以及用于將鉚接帶21折齒的折齒機構(gòu)3和用于將折齒后的鉚接帶21鉚接天線帶 7的鉚接機構(gòu)4 ;天線帶條收納機構(gòu)1位于下箱體5 -側(cè)的后端，鉚接帶收納機構(gòu)2并列于 天線帶條收納機構(gòu)1側(cè)，折齒機構(gòu)3位于天線帶條收納機構(gòu)1側(cè)，鉚接機構(gòu)4位于下箱體5 前端，且其上部貫穿出上箱體6頂壁；上箱體6呈半框架結(jié)構(gòu)；對應鉚接機構(gòu)4側(cè)的上箱體 6邊框設(shè)弧形縫隙，經(jīng)鉚接后的天線帶7由弧形縫隙展開。
[0058] 其中，如圖4(a)所示，天線帶條收納機構(gòu)1包括分別貫穿在下箱體5的后側(cè)壁上 的卷軸8、三個矯平滾筒9和套筒I 11，天線帶條7纏繞在卷軸8上，伸出端從三個矯平滾 筒9之間穿過，三個滾筒的錯位分布可施加給天線帶條7與彎曲方向相反的力，將天線帶條 7矯平。穿過滾筒的天線帶條經(jīng)過帶條步進機構(gòu)，步進機構(gòu)由一根平行于卷軸8的花鍵軸I 10和配合于花鍵軸I 10上的套筒I 11組成，套筒I 11套于電動機14花鍵軸I