專利名稱：張拉整體可展開天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于涉及天線技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種張拉整體可展開天線，實(shí)現(xiàn)天線的自動(dòng)展開，可作為太空反射面天線。
背景技術(shù)：
航天器，特別是衛(wèi)星天線已成為任何航天系統(tǒng)不可或缺的重要組成部分，航天器天線影響并制約著整個(gè)無(wú)線通信系統(tǒng)乃至整個(gè)航天器的性能和功能，天線技術(shù)已成為促進(jìn)航天系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)步和空間應(yīng)用發(fā)展的重要因素。為了要滿足多功能、多波段、大容量、大功率、長(zhǎng)壽命等功能的需要，衛(wèi)星天線不可避免的趨于大口徑化。因需要由火箭將裝有天線的航天設(shè)備送上太空，所以衛(wèi)星天線必須做成可折疊式的，即發(fā)射時(shí)收攏起來(lái)，到達(dá)軌道后可展開成預(yù)定的形狀。因此，結(jié)構(gòu)的可展開性已成為現(xiàn)代星載天線的一個(gè)顯著特征。目前國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的星載天線展開結(jié)構(gòu)大多為周邊桁架式展開結(jié)構(gòu)。周邊桁架式展開結(jié)構(gòu)與其它天線結(jié)構(gòu)形式相比，其應(yīng)用空間比較大，天線口徑可應(yīng)用于6 150m的范圍， 且結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單，在一定范圍內(nèi)口徑的增大不會(huì)改變天線的結(jié)構(gòu)形式，質(zhì)量也不會(huì)成比例的增加，是目前大型星載天線理想的展開結(jié)構(gòu)形式。周邊桁架式展開結(jié)構(gòu)由結(jié)構(gòu)完全相同的平行四邊形單元組成，其完成收放運(yùn)動(dòng)的原理是利用周邊平行四邊形中對(duì)角桿可伸縮的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，天線的展開過(guò)程為由電機(jī)驅(qū)動(dòng)貫穿于整個(gè)環(huán)形桁架的一根繩索，滑動(dòng)套筒對(duì)角桿長(zhǎng)度縮短，桁架單元由細(xì)長(zhǎng)菱形逐漸變?yōu)榫匦?，展開到位后，在對(duì)角桿彈簧鎖和各關(guān)節(jié)限位裝置作用下天線被鎖定在展開位置。由于周邊桁架展開結(jié)構(gòu)的收攏狀態(tài)高度為平行四邊形兩邊之和，因而收攏體積較大；同時(shí)由于環(huán)形桁架展開是由一根繩索驅(qū)動(dòng)，故展開可靠性低，而且為了驅(qū)動(dòng)展開電機(jī)，必須攜帶足夠的能源、燃料或供能裝置。對(duì)于星載天線結(jié)構(gòu)，增加供能裝置無(wú)疑會(huì)給天線的發(fā)射帶來(lái)挑戰(zhàn)，增加了天線的發(fā)射成本，而且很難實(shí)現(xiàn)天線的大口徑化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述已有技術(shù)的不足，提出一種張拉整體可展開天線，以縮小天線的收攏體積，降低發(fā)射成本，提高展開可靠性。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明包括n個(gè)四邊形平面展開單元，這些相鄰平面展開單元通過(guò)虎克鉸鏈接頭連接構(gòu)成正多邊形棱柱形狀環(huán)形展開結(jié)構(gòu)，其中每個(gè)四邊形平面展開單元的四邊采用彈簧框架結(jié)構(gòu)，中心為由四根支撐桿構(gòu)成的交叉形收展結(jié)構(gòu)，這些支撐桿的一端鉸接在對(duì)應(yīng)的虎克鉸鏈接頭上，另一端與平面轉(zhuǎn)動(dòng)副固接，繞該平面轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。所述平面展開單元的彈簧框架結(jié)構(gòu)包括四個(gè)虎克鉸鏈接頭和四根彈簧；第一彈簧連接在第一虎克鉸鏈接頭與第二虎克鉸鏈接頭之間，第三彈簧連接在第三虎克鉸鏈接頭與第四虎克鉸鏈接頭之間，形成兩個(gè)獨(dú)立橫向框邊；第二彈簧連接在第二虎克鉸鏈接頭與第三虎克鉸鏈接頭之間，第四彈簧連接在第一虎克鉸鏈接頭與第四虎克鉸鏈接頭之間，形成兩個(gè)共用的豎向框邊。所述的虎克鉸鏈接頭上設(shè)有連接架、一對(duì)銷釘、一對(duì)水平掛鉤和一個(gè)豎向掛鉤。所述的第一彈簧的兩端分別連接在第一虎克鉸鏈接頭的水平掛鉤和第二虎克鉸鏈接頭的水平掛鉤上，第三彈簧的兩端分別連接在第三虎克鉸鏈接頭的水平掛鉤和第四虎克鉸鏈接頭的水平掛鉤上，第二彈簧的兩端分別連接在第二虎克鉸鏈接頭和第三虎克鉸鏈接頭的豎向掛鉤上，第四彈簧的兩端分別連接在第一虎克鉸鏈接頭和第四虎克鉸鏈接頭的豎向掛鉤上。所述的平面轉(zhuǎn)動(dòng)副上設(shè)有上卡盤和下卡盤，上卡盤與下卡盤之間通過(guò)銷釘連接， 上卡盤和下卡盤上均帶有限位塊，限制上卡盤與下卡盤之間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)范圍。所述的第一支撐桿的一端與第一虎克鉸鏈接頭的銷釘連接，第二支撐桿的一端與第二虎克鉸鏈接頭的銷釘連接，第三支撐桿的一端與第三虎克鉸鏈接頭的銷釘連接，第四支撐桿的一端與第四虎克鉸鏈接頭的銷釘連接，第一支撐桿的另一端通過(guò)下卡盤與第三支撐桿的另一端固接成一直線形狀，第二支撐桿的另一端通過(guò)上卡盤與第四支撐桿的另一端固接成一直線形狀，形成交叉結(jié)構(gòu)并繞上下卡盤的中心軸線相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。在收攏態(tài)時(shí)，第一支撐桿和第二支撐桿夾角最小，第一虎克鉸鏈接頭和第二虎克鉸鏈接頭之間的距離最小，第一虎克鉸鏈接頭和第四虎克鉸鏈接頭之間的距離最大；在展開態(tài)時(shí)，第一支撐桿和第二支撐桿夾角最大，第一虎克鉸鏈接頭和第二虎克鉸鏈接頭之間的距離最大，第一虎克鉸鏈接頭和第四虎克鉸鏈接頭之間的距離最小。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下的優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明由于在每個(gè)四邊形平面展開單元中采用彈簧框架結(jié)構(gòu)，且通過(guò)彈簧框架的第二彈簧和第四彈簧的拉力，使平面展開單元展開，從而使整個(gè)環(huán)形天線結(jié)構(gòu)的展開是由多根彈簧共同驅(qū)動(dòng)，與傳統(tǒng)單個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的周邊桁架天線結(jié)構(gòu)相比，具有較高的展開可靠性。2、本發(fā)明由于在每個(gè)四邊形平面展開單元中心采用由四根支撐桿構(gòu)成的交叉形收展結(jié)構(gòu)，使得可展開天線的收攏高度為四邊形對(duì)角線長(zhǎng)度，而現(xiàn)有相同尺寸的周邊桁架式展開天線的收攏高度為四邊形兩鄰邊長(zhǎng)度之和，因而本發(fā)明的收攏高度小于現(xiàn)有相同尺寸周邊桁架結(jié)構(gòu)天線的收攏高度，收攏體積明顯減小。3、本發(fā)明由于采用彈簧驅(qū)動(dòng)展開代替電機(jī)驅(qū)動(dòng)，從而降低了天線的發(fā)射成本。


圖1是本發(fā)明展開狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的平面展開單元展開狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明的虎克鉸鏈接頭結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明的平面轉(zhuǎn)動(dòng)副結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明的平面展開單元收攏狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本發(fā)明收攏狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖，對(duì)發(fā)明作進(jìn)一步的描述。
參照?qǐng)D1，本發(fā)明包括η個(gè)四邊形平面展開單元，η ^ 6，本實(shí)例取6，每個(gè)平面展開單元包括四根彈簧1、四根支撐桿2、四個(gè)虎克鉸鏈接頭3和平面轉(zhuǎn)動(dòng)副4，通過(guò)虎克鉸鏈接頭3對(duì)這些平面展開單元進(jìn)行連接，構(gòu)成正多邊形棱柱形狀展開結(jié)構(gòu)。其中虎克鉸鏈接頭的結(jié)構(gòu)如圖3所示，它包括連接架5、一對(duì)銷釘9和10、一對(duì)水平掛鉤6和7，以及一個(gè)豎向掛鉤8。平面轉(zhuǎn)動(dòng)副4結(jié)構(gòu)如圖4所示，它包括上卡盤4-1和下卡盤4-2，上卡盤4_1與下卡盤4-2之間通過(guò)銷釘4-3連接，上卡盤4-1和下卡盤4-2上均帶有限位塊4_4。第一彈簧1-1的兩端分別連接在第一虎克鉸鏈接頭3-1的水平掛鉤7和第二虎克鉸鏈接頭3-2的水平掛鉤6上，第三彈簧1-3的兩端分別連接在第三虎克鉸鏈接頭3-3的水平掛鉤7和第四虎克鉸鏈接頭3-4的水平掛鉤6上，形成兩個(gè)獨(dú)立的橫向框邊；第二彈簧
1-2的兩端分別連接在第二虎克鉸鏈接頭3-2和第三虎克鉸鏈接頭3-3的豎向掛鉤8上， 第四彈簧1-4的兩端分別連接在第一虎克鉸鏈接頭3-1和第四虎克鉸鏈接頭3-4的豎向掛鉤8上，形成兩個(gè)共用的豎向框邊；所述的四個(gè)虎克鉸鏈接頭和四根彈簧連接形成四邊形平面展開單元的彈簧框架結(jié)構(gòu)。第一支撐桿2-1的一端通過(guò)下卡盤4-2與第三支撐桿2-3的一端固接成一條直桿形狀，第二支撐桿2-2的一端通過(guò)上卡盤4-1與第四支撐桿2-4的一端固接成另一條直桿形狀，兩條直桿通過(guò)整體平面轉(zhuǎn)動(dòng)副4形成支撐桿交叉結(jié)構(gòu)，并繞上下卡盤的中心軸線相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。第一支撐桿2-1的另一端與第一虎克鉸鏈接頭3-1的銷釘10連接，第二支撐桿
2-2的另一端與第二虎克鉸鏈接頭3-2的銷釘9連接，第三支撐桿2-3的另一端與第三虎克鉸鏈接頭3-3的銷釘10連接，第四支撐桿2-4的另一端與第四虎克鉸鏈接頭3-4的銷釘9 連接，使支撐桿交叉結(jié)構(gòu)與彈簧框架構(gòu)成四邊形平面展開單元，如圖2所示。在圖2所示的平面展開單元中，將虎克鉸鏈接頭3-2，3-3和第二彈簧1_2分別作為第二個(gè)平面展開單元的虎克鉸鏈接頭3-1，3-4和第四彈簧1-4，與第二平面展開單元的其他三根彈簧1-1，1-2，1-3和虎克鉸鏈接頭3-2，3-3連接構(gòu)成第二平面展開單元的彈簧框架，將第二平面展開單元的支撐桿交叉結(jié)構(gòu)與它的彈簧框架連接形成第二平面展開單元。 依次進(jìn)行上述連接，直到連接完成第η-1個(gè)平面展開單元。將第η-1個(gè)平面展開單元的虎克鉸鏈接頭3-2，3-3和第二彈簧1-2分別作為第η個(gè)平面展開單元的虎克鉸鏈接頭3_1，
3-4和第四彈簧1-4，將圖2所示平面展開單元的虎克鉸鏈接頭3-1，3-4和第四彈簧1_4作為第η個(gè)平面展開單元的虎克鉸鏈接頭3-2，3-3和第二彈簧1-2，將第η個(gè)平面展開單元的其他兩根彈簧1-1，1-3與對(duì)應(yīng)的虎克鉸鏈接頭連接形成第η個(gè)平面展開單元的彈簧框架， 將第η個(gè)平面展開單元的支撐桿交叉結(jié)構(gòu)與它的彈簧框架連接形成第η個(gè)平面展開單元， 至此，完成η個(gè)平面展開單元的連接，構(gòu)成如圖1所示的正多邊形棱柱形狀展開結(jié)構(gòu)。在展開態(tài)時(shí)，每個(gè)四邊形平面展開單元中，第一支撐桿2-1和第二支撐桿2-2夾角最大，第一虎克鉸鏈接頭3-1和第二虎克鉸鏈接頭3-2之間的距離最大，第一虎克鉸鏈接頭3-1和第四虎克鉸鏈接頭3-4之間的距離最小，四根彈簧均受拉力。參照?qǐng)D5，本發(fā)明在收攏時(shí)，每個(gè)平面展開單元中，支撐桿交叉結(jié)構(gòu)的兩條直桿繞上下卡盤的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)合攏，第一支撐桿2-1和第二支撐桿2-2夾角逐漸減小，第一虎克鉸鏈接頭3-1和第二虎克鉸鏈接頭3-2之間的距離逐漸減小，第一虎克鉸鏈接頭3-1和第四虎克鉸鏈接頭3-4之間的距離逐漸增大，第二彈簧1-2和第四彈簧1-4的被逐漸拉長(zhǎng)，拉力增
5大，第一彈簧1-1和第三彈簧1-3拉力逐漸減小。達(dá)到收攏態(tài)時(shí)，每個(gè)四邊形平面展開單元中，支撐桿交叉結(jié)構(gòu)的兩條直桿接近重合，第一虎克鉸鏈接頭3-1和第二虎克鉸鏈接頭3-2 之間的距離接近零，第一虎克鉸鏈接頭3-1和第四虎克鉸鏈接頭3-4之間的距離接近支撐桿交叉結(jié)構(gòu)的直桿長(zhǎng)度，第一彈簧1-1和第三彈簧1-3不受拉力，第二彈簧1-2和第四彈簧 1-4拉力達(dá)到最大值，如圖6。
權(quán)利要求
1.一種張拉整體可展開天線，包括η個(gè)四邊形平面展開單元，這些平面展開單元通過(guò)虎克鉸鏈接頭連接構(gòu)成正多邊形棱柱形狀展開結(jié)構(gòu)，其特征在于每個(gè)四邊形平面展開單元的四邊采用彈簧框架結(jié)構(gòu)，中心為由四根支撐桿(2-1，2-2，2-3，2-4)構(gòu)成的交叉形收展結(jié)構(gòu)，這些支撐桿0-1，2-2，2-3，2-4)的一端鉸接在對(duì)應(yīng)的虎克鉸鏈接頭(3-1，3-2，3-3， 3-4)上，另一端與平面轉(zhuǎn)動(dòng)副固接，繞該平面轉(zhuǎn)動(dòng)副的軸線相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可展開天線，其特征在于平面展開單元的彈簧框架結(jié)構(gòu)包括四個(gè)虎克鉸鏈接頭(3-1，3-2，3-3，3-4)和四根彈簧(1_1，1_2，1_3，1_4)；第一彈簧(1_1) 連接在第一虎克鉸鏈接頭(3-1)與第二虎克鉸鏈接頭(3-2)之間，第三彈簧(1-3)連接在第三虎克鉸鏈接頭(3- 與第四虎克鉸鏈接頭(3-4)之間，形成兩個(gè)獨(dú)立橫向框邊；第二彈簧(1-2)連接在第二虎克鉸鏈接頭(3-2)與第三虎克鉸鏈接頭(3-3)之間，第四彈簧(1-4) 連接在第一虎克鉸鏈接頭(3-1)與第四虎克鉸鏈接頭(3-4)之間，形成兩個(gè)共用的豎向框邊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可展開天線，其特征在于虎克鉸鏈接頭上設(shè)有連接架(5)、 一對(duì)銷釘(9，10)、一對(duì)水平掛鉤(6，7)和一個(gè)豎向掛鉤(8)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的可展開天線，其特征在于第一彈簧(1-1)的兩端分別連接在第一虎克鉸鏈接頭(3-1)的水平掛鉤(7)和第二虎克鉸鏈接頭(3-2)的水平掛鉤(6) 上，第三彈簧(1- 的兩端分別連接在第三虎克鉸鏈接頭(3-3)的水平掛鉤(7)和第四虎克鉸鏈接頭(3-4)的水平掛鉤(6)上，第二彈簧(1-2)的兩端分別連接在第二虎克鉸鏈接頭(3- 和第三虎克鉸鏈接頭(3-3)的豎向掛鉤(8)上，第四彈簧(1-4)的兩端分別連接在第一虎克鉸鏈接頭(3-1)和第四虎克鉸鏈接頭(3-4)的豎向掛鉤(8)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可展開天線，其特征在于平面轉(zhuǎn)動(dòng)副(4)上設(shè)有上卡盤 (4-1)和下卡盤0-2)，上卡盤G-1)與下卡盤(4-2)之間通過(guò)銷釘(4-3)連接，上卡盤 (4-1)和下卡盤(4- 上均帶有限位塊G-4)，限制上卡盤G-1)與下卡盤(4- 之間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)范圍。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或3或4所述的可展開天線，其特征在于第一支撐桿的一端與第一虎克鉸鏈接頭(3-1)的銷釘(10)連接，第二支撐桿0-2)的一端與第二虎克鉸鏈接頭(3-2)的銷釘(9)連接，第三支撐桿0-3)的一端與第三虎克鉸鏈接頭(3-3)的銷釘 (10)連接，第四支撐桿0-4)的一端與第四虎克鉸鏈接頭(3-4)的銷釘(9)連接，第一支撐桿的另一端通過(guò)下卡盤(4- 與第三支撐桿0-3)的另一端固接成一直線形狀，第二支撐桿0-2)的另一端通過(guò)上卡盤(4-1)與第四支撐桿(2-4)的另一端固接成一直線形狀，形成交叉結(jié)構(gòu)，并繞上下卡盤的中心軸線相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的可展開天線，其特征在于在收攏態(tài)時(shí)，第一支撐桿(2-1)和第二支撐桿(2- 夾角最小，第一虎克鉸鏈接頭(3-1)和第二虎克鉸鏈接頭(3- 之間的距離最小，第一虎克鉸鏈接頭(3-1)和第四虎克鉸鏈接頭(3-4)之間的距離最大；在展開態(tài)時(shí)，第一支撐桿(2-1)和第二支撐桿(2- 夾角最大，第一虎克鉸鏈接頭(3-1)和第二虎克鉸鏈接頭(3- 之間的距離最大，第一虎克鉸鏈接頭(3-1)和第四虎克鉸鏈接頭(3-4)之間的距離最小。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種張拉整體可展開天線，主要解決現(xiàn)有技術(shù)收攏體積大、展開可靠性低的問(wèn)題。它由n個(gè)四邊形平面展開單元通過(guò)虎克鉸鏈接頭(3)相互連接構(gòu)成正多邊形棱柱形狀展開結(jié)構(gòu)；每個(gè)四邊形平面展開單元中采用彈簧框架結(jié)構(gòu)，中心采用由四根支撐桿(2)與轉(zhuǎn)動(dòng)副(4)固接構(gòu)成的交叉形收展結(jié)構(gòu)，交叉收展結(jié)構(gòu)的兩條直桿可繞平面轉(zhuǎn)動(dòng)副的中心軸線相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)；通過(guò)每個(gè)四邊形平面展開單元的第二彈簧(1-2)和第四彈簧(1-4)的拉力，使整體結(jié)構(gòu)由收攏態(tài)展開。本發(fā)明具有展開可靠性高，收攏體積小的特點(diǎn)，特別適于作為大型星載天線的展開結(jié)構(gòu)，可用于在航空航天領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H01Q1/08GK102280683SQ20111010107
公開日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2011年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月22日
發(fā)明者尚菲, 曹玉巖, 李團(tuán)結(jié), 林占超, 薛碧潔 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)