[发明专利]绳索牵引驱动的可展开反射面装置

说明书

技术领域

本发明属于机械技术领域，具体是一种绳索牵引驱动的可展开反射面装置，主要应用于驱动太空或地面的大型可展开机构。

背景技术

空间技术的高速发展和航天应用的不断扩展对空间结构提出了越来越高的要求，受运载火箭容纳尺寸、运载能力的限制，使得空间可展开结构作为一种新型的结构形式得到了越来越广泛的应用，如大型可展开天线、太阳能帆板、伸展臂等。而航天应用高成本、高风险的特点，地面研制环境与太空工作环境的显著差异，都使得大型可展开装置的设计成为航天应用的关键技术之一。大型可展开装置不仅要求能够可靠展开，而且要求在太空环境下能够形成并保持足够的构型精度。航天应用的大型可展开装置，主要从三个方面衡量其综合特性：其一是面密度，其二是构型精度，其三是收纳率。

目前以星载可展开天线为主的大型可展开装置多种多样，但以上三个参数综合特性优良的大型可展开装置并不多见。美国2007年的7216995专利提出一种折叠肋式可展开反射器(Deployable reflector)，采用收拢在中心的6根非径向的Z型折叠桁架肋在柔绳牵引下展开，形成圆周为正六边形的刚性支撑结构，没有刚性环结构。柔性丝网绑定在其上，形成反射面结构。该结构方案有两大缺陷：其一是采用Z型折叠桁架肋结构，结构复杂，径向和高度方向的收纳率都不高，即高度方向的收纳率＜2，其质量及相应面密度也不低；其二是圆周用柔绳牵引，很难保证期望的正六边形型面精度，若要形成圆形反射面，其口径效率很低。中国专利号为200810017475.6的“一种空间可展开反射面装置”，采用扭簧驱动肋连接关节和环连接关节，展开到位后形成由一个环展开结构和六根肋展开结构构成的整体抛物面展开结构，可形成一个稳定的反射面骨架，这种结构虽有着良好的综合性能，但又由于采用扭簧驱动方式，使其存在以下不足：

1)当众多的扭簧同时工作时会导致可靠性降低，而且扭簧增加了结构的重量；

2)当解除捆绑后，扭簧的能量瞬间释放，难以对展开速度和平稳性进行有效控制，同时也对锁定过程造成不利影响。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足和缺陷，提供一种绳索牵引驱动的空间大型可展开反射面装置，以减小面密度、增强展开过程的可控性，保证反射面装置的可靠展开。

实现本发明目的的技术思路是：用电动机带动绳索牵引的驱动方式取代现有空间可展开反射面装置中的扭簧驱动方式，同时对其结构做相应修改以实现绳索牵引驱动。用一组绳索代替众多扭簧，以降低可展开装置的面密度，提高其同步展开的可靠性；展开时，通过电动机控制牵引绳索的收缩速度来控制可展开结构的展开速度，提高锁定的可靠性。

本发明的整体装置包括：一组牵引绳、折叠式环杆、折叠式肋杆和复数个连接关节，每两个折叠式环杆通过一个环杆连接关节连接，构成收拢、展开环结构；每两个折叠式肋杆通过一个肋杆连接关节连接，构成收拢、展开肋结构；该肋结构的一端通过环肋连接关节与环结构连接，肋结构的另一端与中心的肋筒连接关节连接，形成一个刚性整体，其中：在环杆和复数个环杆连接关节连成的环结构中穿入整条封闭的环向牵引绳，在肋杆和复数个肋杆连接关节连成的肋结构中穿入径向牵引绳，每条径向牵引绳的一端通过环肋连接关节与环向牵引绳固结，径向牵引绳的另一端进入肋筒连接关节后合并成一条牵引绳与外部的电动机相接。

所述的环杆连接关节由一对接头结构、一对夹板、一对齿轮轴以及牵引绳组成，接头结构采用半齿轮结构，其上设有穿环向牵引绳的通孔、矩形槽和定位用的通孔，以对牵引绳驱动折叠式环、肋结构同步展开后锁定。

所述的环肋连接关节是由一对接头结构、一对夹板、一对齿轮轴、L形板、径向牵引绳、环向牵引绳、U形板和铰接接头组成，L形板分别与夹板和U形板连接，U形板与铰接接头连接，用于将折叠式环结构和折叠式肋结构连接为一个刚性整体。

所述的肋筒连接关节由法兰盘结构和六个铰接接头组成，六个铰接接头均匀的连接在法兰盘结构的四周，法兰盘结构上设有穿径向牵引绳的中心通孔和六个均匀分布的矩形槽。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)本发明由于采用一根环向牵引绳和六根径向牵引绳代替众多扭簧，且折叠式环杆和折叠式肋杆均采用空心截面，显著降低了结构质量，提高了面密度。

(2)本发明由于用一组径向牵引绳驱动取代原肋关节中的扭簧驱动，克服了扭簧驱动展开速度过快、不易控制的缺点，不但使展开过程更平稳，而且可以通过控制电动机的转速来控制展开速度。