本發(fā)明涉及一種可展開天線機構(gòu)。

背景技術(shù)：

隨著航天事業(yè)的不斷發(fā)展，各類航天工程中需要的空間機構(gòu)的尺寸越來越大，以滿足不同航天任務(wù)的需求?？臻g大口徑天線的應(yīng)用可以大大提高對地觀測分辨率水平、衛(wèi)星通信距離與收發(fā)數(shù)據(jù)容量、空間發(fā)電能力、空間偵察和精確打擊能力等，其研制歷來受到世界各國高度重視。大型空間折展機構(gòu)在航天領(lǐng)域的一個重要應(yīng)用是作為大口徑天線的展開與支撐機構(gòu)，目前研制成功的大口徑空間可展開天線主要有展開肋式天線、構(gòu)架式可展開天線、環(huán)柱形可展開天線和環(huán)形桁架式可展開天線。

環(huán)形桁架式可展開天線具有大折疊比、質(zhì)量較小、質(zhì)量不隨口徑的增大而成比例增加的特點，是空間幾十米到上百米大口徑可展開天線的理想結(jié)構(gòu)形式，各國相關(guān)科研人員對其進行了深入的研究，并且取得了在軌應(yīng)用，但是現(xiàn)有的環(huán)形桁架機構(gòu)類型較少，并且存在隨著天線口徑的增大，天線剛度下降較為嚴重的問題，一些環(huán)形桁架可展開天線采用張緊拉鎖實現(xiàn)天線機構(gòu)整體剛度的提高，但是張緊拉鎖較為復(fù)雜，不易控制，也降低了整體結(jié)構(gòu)的可靠性，在展開過程中極易發(fā)生纏繞現(xiàn)象，使環(huán)形桁架天線展開失敗，造成巨大的經(jīng)濟損失。因此，亟需提出制造工藝性好、剛度高、折疊比大等性能優(yōu)良的可展機構(gòu)，以滿足不同航天任務(wù)的需求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種制造工藝性好、剛度高、折疊比大的過約束剪叉式雙層環(huán)形桁架可展開天線機構(gòu)。

本發(fā)明包括內(nèi)層環(huán)形桁架組件、外層環(huán)形桁架組件和2N個內(nèi)外層連接桁架組件；所述內(nèi)層環(huán)形桁架組件包括N個內(nèi)層折展單元，各內(nèi)層折展單元結(jié)構(gòu)完全相同，相鄰內(nèi)層折展單元之間通過共用的兩個內(nèi)層花盤連接，組成內(nèi)層環(huán)形桁架組件，內(nèi)層環(huán)形桁架組件展開及收攏后均為多面式環(huán)形桁架結(jié)構(gòu)；所述外層環(huán)形桁架組件包括N個外層折展單元，各外層折展單元結(jié)構(gòu)完全相同，相鄰?fù)鈱诱壅箚卧g通過共用兩個外層花盤連接，組成外層環(huán)形桁架組件，外層環(huán)形桁架組件展開及收攏后均為多面式環(huán)形桁架結(jié)構(gòu)；整個過約束剪叉式雙層環(huán)形桁架可展開天線機構(gòu)內(nèi)層環(huán)形桁架組件和外層環(huán)形桁架組件同心設(shè)置，但是各內(nèi)層折展單元所在平面與各外層折展單元所在平面不平行，各內(nèi)層折展單元中同一側(cè)的上下兩個內(nèi)層花盤通過兩個內(nèi)外層連接桁架組件和某一外層折展單元的上下四個外層花盤連接組成剪叉式雙層環(huán)形桁架可展開天線機構(gòu)。

所述內(nèi)層折展單元，其包括兩個內(nèi)層剪叉桿，四個內(nèi)層連桿和四個內(nèi)層花盤；所述兩個內(nèi)層剪叉桿結(jié)構(gòu)完全相同，兩個內(nèi)層剪叉桿通過轉(zhuǎn)動副連接，轉(zhuǎn)動副位于其中間位置處，組成內(nèi)層剪叉折疊桿；每組內(nèi)層剪叉折疊桿四個自由端分別與四個內(nèi)層花盤連接，使四個內(nèi)層花盤對稱分布在內(nèi)層折展單元的四個頂點上；所述四個內(nèi)層花盤結(jié)構(gòu)完全相同，每個內(nèi)層花盤均有四個支叉，內(nèi)層花盤整體為面對稱結(jié)構(gòu)，中間對稱平面左右兩側(cè)各有兩個支叉，兩個支叉中一個為單槽口支叉，另一個為雙槽口支叉，單槽口支叉的槽口對稱面與內(nèi)層花盤中間對稱面之間的夾角為兩雙槽口支叉每個槽口的對稱面與內(nèi)層花盤中間對稱面之間的夾角為(90+180/N)°；所述每組內(nèi)層剪叉折疊桿的四個自由端分別插入四個內(nèi)層花盤上雙槽口支叉靠近單槽口支叉的開口槽中，并通過四個轉(zhuǎn)動副與四個內(nèi)層花盤連接，四個轉(zhuǎn)動副軸線與連接兩個內(nèi)層剪叉桿組成內(nèi)層剪叉折疊桿的轉(zhuǎn)動副軸線平行；所述四個內(nèi)層連桿結(jié)構(gòu)完全相同，兩個為一組，一端通過轉(zhuǎn)動副連接，四個內(nèi)層連桿共組成兩組內(nèi)層折疊連桿；每組內(nèi)層折疊連桿的兩端分別插入平行的兩個內(nèi)層花盤上雙槽口支叉遠離單槽口支叉的開口槽中，通過兩個轉(zhuǎn)動副與兩個內(nèi)層花盤連接，兩個轉(zhuǎn)動副軸線與連接兩個內(nèi)層連桿組成內(nèi)層折疊連桿的轉(zhuǎn)動副軸線平行；同一內(nèi)層折展單元中的內(nèi)層折疊連桿和內(nèi)層剪叉折疊桿上的轉(zhuǎn)動副軸線均平行。每個內(nèi)層折展單元中的四個內(nèi)層花盤單槽口支叉的開口槽朝外，通過轉(zhuǎn)動副與插入的內(nèi)外層連接桁架組件連接。

所述外層折展單元，其包括兩個外層剪叉桿，四個外層連桿和四個外層花盤；所述兩個外層剪叉桿結(jié)構(gòu)完全相同，兩個外層剪叉桿通過轉(zhuǎn)動副連接，轉(zhuǎn)動副位于其中間位置處，組成外層剪叉折疊桿；每組外層剪叉折疊桿四個自由端分別與四個外層花盤連接，使四個外層花盤對稱分布在外層折展單元的四個頂點上；所述四個外層花盤結(jié)構(gòu)完全相同，每個外層花盤均有四個支叉，外層花盤整體為面對稱結(jié)構(gòu)，中間對稱平面左右兩側(cè)各有兩個支叉，兩個支叉中一個為單槽口支叉，另一個為雙槽口支叉，單槽口支叉的槽口對稱面與外層花盤中間對稱面之間的夾角為兩雙槽口支叉每個槽口的對稱面與外層花盤中間對稱面之間的夾角為(90-180/N)°；所述每組外層剪叉折疊桿的四個自由端分別插入四個外層花盤上雙槽口支叉遠離單槽口支叉的開口槽中，并通過四個轉(zhuǎn)動副與四個外層花盤連接，四個轉(zhuǎn)動副軸線與連接兩個外層剪叉桿組成外層剪叉折疊桿的轉(zhuǎn)動副軸線平行；所述四個外層連桿結(jié)構(gòu)完全相同，兩個為一組，一端通過轉(zhuǎn)動副連接，四個外層連桿共組成兩組外層折疊連桿；每組外層折疊連桿的兩端分別插入平行的兩個外層花盤上雙槽口支叉靠近單槽口支叉的開口槽中，通過兩個轉(zhuǎn)動副與兩個外層花盤連接，兩個轉(zhuǎn)動副軸線與連接兩個外層連桿組成外層折疊連桿的轉(zhuǎn)動副軸線平行；同一外層折展單元中的外層折疊連桿和外層剪叉折疊桿上的轉(zhuǎn)動副軸線均平行。每個外層折展單元中的四個外層花盤上的單槽口支叉的開口槽方向朝內(nèi)，通過轉(zhuǎn)動副與插入的內(nèi)外層連接桁架組件連接。

所述內(nèi)層折展單元和外層折展單元結(jié)構(gòu)形式及連接方式相似，內(nèi)層折展單元和外層折展單元中的相應(yīng)桿件均滿足特定比例關(guān)系，所述內(nèi)層折展單元中的內(nèi)層剪叉桿和所述外層折展單元中的外層剪叉桿的長度比以及所述內(nèi)層折展單元中的內(nèi)層連桿和所述外層折展單元中的外層連桿長度比均為

所述內(nèi)層花盤和外層花盤，內(nèi)層花盤各支叉槽口上的轉(zhuǎn)動副軸線與內(nèi)層花盤中心軸線之間距離和外層花盤上相應(yīng)的距離滿足特定比例關(guān)系，內(nèi)層花盤單槽口支叉轉(zhuǎn)動副軸線與內(nèi)層花盤中心軸線之間的距離和外層花盤單槽口支叉轉(zhuǎn)動副軸線與外層花盤中心軸線之間的距離之比為內(nèi)層花盤雙槽口支叉中靠近單槽口支叉的槽口上的轉(zhuǎn)動副軸線與內(nèi)層花盤中心軸線之間的距離和外層花盤雙槽口支叉中遠離單槽口支叉的槽口上的轉(zhuǎn)動副軸線與外層花盤中心軸線之間的距離之比也為內(nèi)層花盤上雙槽口支叉中遠離單槽口支叉的槽口中的轉(zhuǎn)動副軸線與本花盤上雙槽口支叉中靠近單槽口支叉的槽口中的轉(zhuǎn)動副軸線重合，外層花盤上雙槽口支叉中靠近單槽口支叉的槽口中的轉(zhuǎn)動副軸線與本花盤上雙槽口支叉中遠離單槽口支叉的槽口中的轉(zhuǎn)動副軸線重合。

所述內(nèi)外層連接桁架組件，其主要包括兩個連接剪叉桿，所述兩個連接剪叉桿結(jié)構(gòu)完全相同，兩個連接剪叉桿通過轉(zhuǎn)動副連接組成連接剪叉折疊桿，但連接兩連接剪叉桿的轉(zhuǎn)動副將其分為兩段，兩段長度之比為較短的一段與內(nèi)層剪叉桿長度的一半等長，較長的一段與外層剪叉桿長度的一半等長；某一內(nèi)層折展單元同一側(cè)有上下兩個內(nèi)層花盤，位于上部的內(nèi)層花盤的兩個單槽口支叉分別與兩組連接剪叉折疊桿距中間連接轉(zhuǎn)動副距離較短的兩上端通過轉(zhuǎn)動副相連，該兩組連接剪叉折疊桿距中間連接轉(zhuǎn)動副距離較長的兩下端分別插入某一外層折展單元兩側(cè)的兩個位于下部的外層花盤的一個單槽口支叉的開口槽中，并通過轉(zhuǎn)動副相連，每組連接剪叉折疊桿上的五個轉(zhuǎn)動副軸線均平行；位于下部的內(nèi)層花盤的兩個單槽口支叉分別與兩組連接剪叉折疊桿距中間連接轉(zhuǎn)動副距離較短的兩下端通過轉(zhuǎn)動副相連，該兩組連接剪叉折疊桿距中間連接轉(zhuǎn)動副距離較長的兩上端分別插入與位于內(nèi)層折展單元的上部的內(nèi)層花盤所連的外層折展單元兩側(cè)的兩個位于上部的外層花盤的一個單槽口支叉的開口槽中，并通過轉(zhuǎn)動副相連，每組連接剪叉折疊桿上的五個轉(zhuǎn)動副軸線均平行。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點：

1、本發(fā)明為過約束機構(gòu)，剛度較高，可完全滿足空間大口徑可展開天線的使用剛度要求；

2、本發(fā)明具有運動靈活、折疊比較大的優(yōu)點。

3、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，所含運動副均為轉(zhuǎn)動副，易于實現(xiàn)工程制造。

4、本發(fā)明采用了模塊化的設(shè)計思想，模塊擴展性強，可實現(xiàn)模塊化生產(chǎn)，從而有效降低制造成本和難度。

5、本發(fā)明實施方式簡單，可靠性高，可應(yīng)用于通訊衛(wèi)星、空間站和空間探測器上。

附圖說明

圖1是本發(fā)明完全展開立體示意簡圖；

圖2是本發(fā)明俯視圖；

圖3是本發(fā)明半展開立體示意簡圖；

圖4是本發(fā)明完全收攏立體示意簡圖；

圖5是本發(fā)明內(nèi)層環(huán)形桁架組件立體示意簡圖；

圖6是本發(fā)明外層環(huán)形桁架組件立體示意簡圖；

圖7是本發(fā)明內(nèi)層折展單元展開立體示意簡圖；

圖8是本發(fā)明內(nèi)層折展單元收攏立體示意簡圖；

圖9是本發(fā)明外層折展單元展開立體示意簡圖；

圖10是本發(fā)明內(nèi)外層連接桁架組件立體示意簡圖；

圖11是本發(fā)明內(nèi)層花盤立體示意簡圖；

圖12是本發(fā)明外層花盤立體示意簡圖。

圖中：A：內(nèi)層折展單元、B：外層折展單元、C：內(nèi)外層連接桁架組件；1：內(nèi)層剪叉桿、2：內(nèi)層連桿、3：內(nèi)層花盤、4：外層剪叉桿、5：外層連桿、6：外層花盤、7：連接剪叉桿。

具體實施方式

在圖1、圖2、圖3和圖4所示的過約束剪叉式雙層環(huán)形桁架可展開天線機構(gòu)的示意簡圖中，其包括內(nèi)層環(huán)形桁架組件(如圖5所示)外層環(huán)形桁架組件(如圖6所示)和2N個內(nèi)外層連接桁架組件C；所述內(nèi)層環(huán)形桁架組件包括N個內(nèi)層折展單元A，各內(nèi)層折展單元結(jié)構(gòu)完全相同，相鄰內(nèi)層折展單元之間通過共用的兩個內(nèi)層花盤連接，組成內(nèi)層環(huán)形桁架組件，內(nèi)層環(huán)形桁架組件展開及收攏后均為多面式環(huán)形桁架結(jié)構(gòu)；所述外層環(huán)形桁架組件包括N個外層折展單元B，各外層折展單元結(jié)構(gòu)完全相同，相鄰?fù)鈱诱壅箚卧g通過共用兩個外層花盤連接，組成外層環(huán)形桁架組件，外層環(huán)形桁架組件展開及收攏后均為多面式環(huán)形桁架結(jié)構(gòu)；整個過約束剪叉式雙層環(huán)形桁架可展開天線機構(gòu)內(nèi)層環(huán)形桁架組件和外層環(huán)形桁架組件同心設(shè)置，但是各內(nèi)層折展單元所在平面與各外層折展單元所在平面不平行，各內(nèi)層折展單元中同一側(cè)的上下兩個內(nèi)層花盤通過兩個內(nèi)外層連接桁架組件和某一外層折展單元的上下四個外層花盤連接組成剪叉式雙層環(huán)形桁架可展開天線機構(gòu)。

在圖7和圖8所示的本發(fā)明內(nèi)層折展單元立體示意簡圖中，其包括兩個內(nèi)層剪叉桿1，四個內(nèi)層連桿2和四個內(nèi)層花盤3；所述兩個內(nèi)層剪叉桿結(jié)構(gòu)完全相同，兩個內(nèi)層剪叉桿通過轉(zhuǎn)動副連接，轉(zhuǎn)動副位于其中間位置處，組成內(nèi)層剪叉折疊桿；每組內(nèi)層剪叉折疊桿四個自由端分別與四個內(nèi)層花盤連接，使四個內(nèi)層花盤對稱分布在內(nèi)層折展單元的四個頂點上；所述四個內(nèi)層花盤結(jié)構(gòu)完全相同，如圖11所示，每個內(nèi)層花盤均有四個支叉，內(nèi)層花盤整體為面對稱結(jié)構(gòu)，中間對稱平面左右兩側(cè)各有兩個支叉，兩個支叉中一個為單槽口支叉，另一個為雙槽口支叉，單槽口支叉的槽口對稱面與內(nèi)層花盤中間對稱面之間的夾角為兩雙槽口支叉每個槽口的對稱面與內(nèi)層花盤中間對稱面之間的夾角為105°((90+180/12)°＝105°)；所述每組內(nèi)層剪叉折疊桿的四個自由端分別插入四個內(nèi)層花盤上雙槽口支叉靠近單槽口支叉的開口槽中，并通過四個轉(zhuǎn)動副與四個內(nèi)層花盤連接，四個轉(zhuǎn)動副軸線與連接兩個內(nèi)層剪叉桿組成內(nèi)層剪叉折疊桿的轉(zhuǎn)動副軸線平行；所述四個內(nèi)層連桿結(jié)構(gòu)完全相同，兩個為一組，一端通過轉(zhuǎn)動副連接，四個內(nèi)層連桿共組成兩組內(nèi)層折疊連桿；每組內(nèi)層折疊連桿的兩端分別插入平行的兩個內(nèi)層花盤上雙槽口支叉遠離單槽口支叉的開口槽中，通過兩個轉(zhuǎn)動副與兩個內(nèi)層花盤連接，兩個轉(zhuǎn)動副軸線與連接兩個內(nèi)層連桿組成內(nèi)層折疊連桿的轉(zhuǎn)動副軸線平行；同一內(nèi)層折展單元中的內(nèi)層折疊連桿和內(nèi)層剪叉折疊桿上的轉(zhuǎn)動副軸線均平行。每個內(nèi)層折展單元中的四個內(nèi)層花盤單槽口支叉的開口槽朝外，通過轉(zhuǎn)動副與插入的內(nèi)外層連接桁架組件連接。

在圖9所示的本發(fā)明外層折展單元展開立體示意簡圖中，其包括兩個外層剪叉桿4，四個外層連桿5和四個外層花盤6；所述兩個外層剪叉桿結(jié)構(gòu)完全相同，兩個外層剪叉桿通過轉(zhuǎn)動副連接，轉(zhuǎn)動副位于其中間位置處，組成外層剪叉折疊桿；每組外層剪叉折疊桿四個自由端分別與四個外層花盤連接，使四個外層花盤對稱分布在外層折展單元的四個頂點上；所述四個外層花盤結(jié)構(gòu)完全相同，如圖12所示，每個外層花盤均有四個支叉，外層花盤整體為面對稱結(jié)構(gòu)，中間對稱平面左右兩側(cè)各有兩個支叉，兩個支叉中一個為單槽口支叉，另一個為雙槽口支叉，單槽口支叉的槽口對稱面與外層花盤中間對稱面之間的夾角為兩雙槽口支叉每個槽口的對稱面與外層花盤中間對稱面之間的夾角為75°((90-180/12)°＝75°)；所述每組外層剪叉折疊桿的四個自由端分別插入四個外層花盤上雙槽口支叉遠離單槽口支叉的開口槽中，并通過四個轉(zhuǎn)動副與四個外層花盤連接，四個轉(zhuǎn)動副軸線與連接兩個外層剪叉桿組成外層剪叉折疊桿的轉(zhuǎn)動副軸線平行；所述四個外層連桿結(jié)構(gòu)完全相同，兩個為一組，一端通過轉(zhuǎn)動副連接，四個外層連桿共組成兩組外層折疊連桿；每組外層折疊連桿的兩端分別插入平行的兩個外層花盤上雙槽口支叉靠近單槽口支叉的開口槽中，通過兩個轉(zhuǎn)動副與兩個外層花盤連接，兩個轉(zhuǎn)動副軸線與連接兩個外層連桿組成外層折疊連桿的轉(zhuǎn)動副軸線平行；同一外層折展單元中的外層折疊連桿和外層剪叉折疊桿上的轉(zhuǎn)動副軸線均平行。每個外層折展單元中的四個外層花盤上的單槽口支叉的開口槽方向朝內(nèi)，通過轉(zhuǎn)動副與插入的內(nèi)外層連接桁架組件連接。

在圖7、圖8和圖9所示的本發(fā)明的內(nèi)層折展單元和外層折展單元立體示意簡圖中，所述內(nèi)層折展單元和外層折展單元結(jié)構(gòu)形式及連接方式相似，內(nèi)層折展單元和外層折展單元中的相應(yīng)桿件均滿足特定比例關(guān)系，所述內(nèi)層折展單元中的內(nèi)層剪叉桿和所述外層折展單元中的外層剪叉桿的長度比及所述內(nèi)層折展單元中的內(nèi)層連桿和所述外層折展單元中的外層連桿長度比均為

在圖11和圖12所示的本發(fā)明的內(nèi)層花盤和外層花盤立體示意簡圖中，內(nèi)層花盤各支叉槽口上的轉(zhuǎn)動副軸線與內(nèi)層花盤中心軸線之間距離和外層花盤上相應(yīng)的距離滿足特定比例關(guān)系，內(nèi)層花盤單槽口支叉轉(zhuǎn)動副軸線與內(nèi)層花盤中心軸線之間的距離和外層花盤單槽口支叉轉(zhuǎn)動副軸線與外層花盤中心軸線之間的距離之比為內(nèi)層花盤雙槽口支叉中靠近單槽口支叉的槽口上的轉(zhuǎn)動副軸線與內(nèi)層花盤中心軸線之間的距離和外層花盤雙槽口支叉中遠離單槽口支叉的槽口上的轉(zhuǎn)動副軸線與外層花盤中心軸線之間的距離之比為內(nèi)層花盤上雙槽口支叉中遠離單槽口支叉的槽口中的轉(zhuǎn)動副軸線與本花盤上雙槽口支叉中靠近單槽口支叉的槽口中的轉(zhuǎn)動副軸線重合，外層花盤上雙槽口支叉中靠近單槽口支叉的槽口中的轉(zhuǎn)動副軸線與本花盤上雙槽口支叉中遠離單槽口支叉的槽口中的轉(zhuǎn)動副軸線重合。

在圖10所示的本發(fā)明內(nèi)外層連接桁架組件立體示意簡圖中，其主要包括兩個連接剪叉桿7，所述兩個連接剪叉桿結(jié)構(gòu)完全相同，兩個連接剪叉桿通過轉(zhuǎn)動副連接組成連接剪叉折疊桿，但連接兩連接剪叉桿的轉(zhuǎn)動副將其分為兩段，兩段長度之比為較短的一段與內(nèi)層剪叉桿長度的一半等長，較長的一段與外層剪叉桿長度的一半等長。又在圖1中，某一內(nèi)層折展單元同一側(cè)有上下兩個內(nèi)層花盤，位于上部的內(nèi)層花盤的兩個單槽口支叉分別與兩組連接剪叉折疊桿距中間連接轉(zhuǎn)動副距離較短的兩上端通過轉(zhuǎn)動副相連，該兩組連接剪叉折疊桿距中間連接轉(zhuǎn)動副距離較長的兩下端分別插入某一外層折展單元兩側(cè)的兩個位于下部的外層花盤的一個單槽口支叉的開口槽中，并通過轉(zhuǎn)動副相連，每組連接剪叉折疊桿上的五個轉(zhuǎn)動副軸線均平行；位于下部的內(nèi)層花盤的兩個單槽口支叉分別與兩組連接剪叉折疊桿距中間連接轉(zhuǎn)動副距離較短的兩下端通過轉(zhuǎn)動副相連，該兩組連接剪叉折疊桿距中間連接轉(zhuǎn)動副距離較長的兩上端分別插入與位于內(nèi)層折展單元的上部的內(nèi)層花盤所連的外層折展單元兩側(cè)的兩個位于上部的外層花盤的一個單槽口支叉的開口槽中，并通過轉(zhuǎn)動副相連，每組連接剪叉折疊桿上的五個轉(zhuǎn)動副軸線均平行。