[发明专利]一种基于轮式同步转动机构锥式环形桁架可展开天线结构

说明书

本发明涉及一种基于轮式同步转动机构锥式环形桁架可展开天线结构，包括N个等腰梯形折展单元，N≥3，各等腰梯形折展单元结构完全相同，相邻折展单元通过共用的斜杆和上下转角铰链连接，组成正N边形环形桁架；梯形折展单元包括弦杆、四组曲柄杆件、两组扭簧驱动组件、两个斜杆、四组转角滑块组件、四个转角铰链和两组轮式转动机构。本发明设计带有锥度的环形桁架结构，其结构刚度高于同口径、同质量情况下的柱状环形桁架结构，可满足空间大口径可展开天线的使用刚度要求。

技术领域

本发明涉及一种基于轮式同步转动机构锥式环形桁架可展开天线结构，属于航天器材与设备技术领域。

背景技术

随着载人航天、对地观测、深空探测以及空间通信等事业的迅速发展，各类航天工程中需要的空间机构的尺寸越来越大，以满足不同航天任务的需求，但是受到航天运载工具有效空间容仓的限制，需要设计具有大折叠比的空间可展机构，在发射和运输阶段处于折叠状态并收拢于整流罩内，待航天器进入轨道后再展开至工作状态。

可展开天线的出现与兴起使得人类对太空有了更深的认识。空间环形桁架可展开天线作为一种新型结构形式，具有大口径、轻质量、高收纳率等优点，在对可展开天线的研究中得到了广泛的关注，在移动通讯、电子侦察等领域均有涉及。现有的星载可展天线多采用铰接桁架式可展机构，可展开环形桁架结构是应用较为广泛的一种，但是现有的环形桁架结构类型单一，多为柱状，并且存在刚度较低、驱动复杂、展开过程缓慢和驱动电机质量较重的问题。因此，亟需提出制造工艺性好、收纳比高、展开过程迅速、驱动件质量较低等性能优良的环形桁架可展开天线机构，以满足不同航天任务的需求。

发明内容

本发明解决的技术问题是：为克服现有技术的不足，提出一种基于轮式同步转动机构锥式环形桁架可展开天线结构，解决现有的单层环形桁架机构随天线口径的增大而刚度下降，无法达到使用刚度要求，及现有的环形桁架天线存在着驱动机构复杂、机构重量大、展开不同步、收纳比较低的问题。

本发明解决技术的方案是：

一种基于轮式同步转动机构锥式环形桁架可展开天线结构，包括N个等腰梯形折展单元，N≥3，各等腰梯形折展单元结构完全相同，相邻折展单元通过共用的斜杆和上下转角铰链连接，组成正N边形环形桁架；

梯形折展单元包括弦杆、四组曲柄杆件、两组扭簧驱动组件、两个斜杆、四组转角滑块组件、四个转角铰链和两组轮式转动机构；

弦杆包括两个上弦杆和两个下弦杆；

两组轮式转动机构包括两组同步转动轮、两条同步转动带及四组转动带固定组件；每组同步转动轮包括个结构完全一样的转动轮，每个转动轮的转动角范围为0°-180°；在扭簧驱动组件处，每组同步转动轮中的转动轮中心与第一转动铰接头的转动中心固定连接，根据转动角需求，通过转动带固定组件将转动带固定于两转动轮上，两组同步转动轮中的转动带从同步轮轴向看呈X状布置；

弦杆的一端通过第一转动铰接头与转角铰链转动连接，弦杆的另一端通过第一转动铰接头与扭簧驱动组件转动连接，同时第一转动铰接头与轮式转动机构固定连接，通过扭簧驱动组件及转动带共同作用，实现两侧转动铰接头的同步转动，斜杆的两端均与转角铰链转动连接，两个上弦杆及两个下弦杆均通过扭簧驱动组件转动连接；曲柄杆件的一端与弦杆转动连接，曲柄杆件的另一端与转角滑块组件转动连接；

梯形折展单元之间通过四个转角铰链转动连接，梯形折展单元展开后呈等腰梯形状，整个天线结构展开呈锥台形，收拢状态为圆柱形。

进一步的，扭簧驱动组件包括扭簧组件支座、连体扭簧和销轴，扭簧组件支座上设有两对同轴线的通孔，每对通孔内各设一对销轴，每根销轴上各套有连体扭簧的一半，连体扭簧的两端支撑在第一转动铰接头上。

进一步的，连体扭簧材料为形状记忆合金，通过温控或电控方式，控制连体扭簧形变，带动第一转动铰接头在90°范围内转动。