人形杆和线绳双驱动的可折展薄膜结构及其制作方法

本发明涉及航空航天结构，具体涉及一种人形杆和线绳双驱动的可折展薄膜结构及其制作方法。

背景技术：

1、随着人类对宇宙空间的深入探索及航天技术的快速发展，在卫星、空间站等航天器上应用的空间可展天线不断朝着大型化、精密化、轻质化发展。空间折展结构是随着航天技术革新而出现的新型结构，具有高刚度，高收纳率，高几何稳定性等特点。该结构在地面及发射过程中以折叠姿态收藏于各航天器载荷仓内；当航天器定位到工作轨道时，收到地面中心的展开指令，驱动装置使其展开成预定设计的大型复杂形状过去研究的空间可展天线结构大部分无法兼顾折展比和型面精度，因此有必要对这类空间折展结构的驱动装置和膜面结构进行研究。

2、在实际工程中为描述某目标的性能优劣，往往会以重要参数作为评价指标。天线应用也是如此，其主要性能参数有质量、折展率、形面精度等。

3、目前最具代表性的刚性反射面天线是trw研制的向日葵天线(sunflower)。刚性反射面天线一般由中心毂和若干固体曲面组成，通常根据固体曲面结构的不同而分类，图1所示为向日葵刚性反射面整体展开式天线的收拢状态和展开状态，该类型刚性反射面天线结构较为简单，每块面板与中心毂连接，通过绕中心垂直转动实现折叠与展开。转动铰链的位置及旋转方向的设计需要根据展开过程中各面板的位置来确定，以避免运动过程中各部件相互干涉。每块面板后布置有个桁架，以提高整体结构的刚度和天线表面精度。通过个反射面之间的转动铰链实现折叠。天线有效口径为4.9m，折叠后的口径和高度分别为2.15m和1.8m。

4、向日葵类的刚性反射面天线度高、结构稳定、温度场均匀，能应用于频率高于40ghz的场合。但是其的面密度大于网状反射面天线大于充气可展开天线。较大的质量意味着展开过程中的惯性力较大、且极大的耗费航天器动力。并且向日葵天线的主要结构是固体面板，受到机械构造的复杂程度和收拢包络尺寸的限制，这类形面高精度天线口径不会超过10m，且其折展比较低。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种人形杆和线绳双驱动的可折展薄膜结构及其制作方法，能够在增加天线有效口径地基础上提高了天线反射面的形面精度，节约了天线运输成本同时又提高了天线的工作效率。

2、为实现上述目的，本发明技术方案如下：

3、一种人形杆和线绳双驱动的可折展薄膜结构，包括中心释放结构、人形杆、连接器、碳棒、纸合页、薄膜、滑轮以及线绳；薄膜和人形杆通过纸合页连接，两根人形杆同薄膜粘接在一起形成梯形条带，梯形条带上设有碳棒；中心释放结构包括内圆柱、外圆柱、锁扣和底盘；连接器上设有孔，一端连接梯形条带上的碳棒，一端连接线绳，在整个结构中充当软铰链的作用；多个梯形条带从短到长依次摆放，线绳从中心释放结构伸出两股，每股依次穿过条带一端连接器的孔后，经由滑轮连接重物；锁扣用于锁紧中心释放结构的内外圆柱，中心释放结构的内圆柱和外圆柱之间的空隙用于存放折叠状态下的梯形条带，当锁扣打开时，外圆柱在重力的作用下向外打开，内外圆柱里的人形杆带动薄膜从折叠状态变成展开状态。

4、其中，中人形杆由直面和两瓣曲面组成，两瓣曲面对称。

5、其中，所述薄膜为聚酰亚胺薄膜。

6、其中，所述结构包括3个梯形条带。

7、本发明还提供了一种制作方法，用于制作本发明的结构，包括如下步骤：

8、将薄膜铺模具上，使用螺丝钉将模具和试验台固定，用环氧树脂胶把纸合页和碳棒粘接在一起；其中，模具由四个梯形状的小模具构成，模具上设有竖直的长方形凹槽、碳棒上方的正方形凹槽以及螺纹孔，竖直的长方形凹槽用于标注梯形条带中碳棒的位置，碳棒上方的正方形凹槽为了放置连接薄膜和人形杆的纸合页，螺纹孔用于固定模具和实验台；

9、使用环氧树脂将碳棒、纸合页、聚酰亚胺薄膜连接在一起，掀开薄膜，将人形杆滑入模具中的凹槽，使得聚酰亚胺薄膜的边缘和人形杆的直边对齐并用环氧树脂将人形杆和薄膜粘接在一起；

10、将梯形条带从短到长依次摆放，线绳穿过连接器上的孔，一端连接在中心释放结构，另一端挂上重物，完成制作。

11、有益效果：

12、1、本发明通过人形杆和线绳实现双驱动，具有轻质化、折叠比较大、形面精度较高等特点，可广泛应用于可折展天线上。在整个结构中首次使用两个驱动装置(人形杆和张紧的线绳)，人形杆形变后的弹性力提供了展开过程的驱动力；张紧的线绳穿过3个梯形条带并在展开过程中调整了三个条带的位置和姿态，使其展开后的薄膜形面更为平整。本发明结构在增加天线有效口径地基础上提高了天线反射面的形面精度，节约了天线运输成本(耗费的航天器动力)同时又提高了天线的工作效率，在航天领域有极大的应用前景。

13、2、本发明所用的人形杆是是一种可以实现收拢与展开功能的薄壁管状杆结构，其具有横截面尺寸小、刚度大、可重复使用等特点。使用人形杆作为薄膜结构的驱动装置，代替原本刚性面反射天线中的刚性肋，使得整个结构重量大幅度减小，降低了天线的运输成本。并且人形杆是由复合材料采用特殊工艺制作而成，具有很大的刚度可以支撑更大面积的薄膜，这也给提高结构的折展比提供可能。

14、3、本发明使用挂有砝码(重物)的线绳去调控天线展开后的形面精度，线绳通过设计的铰链穿过三个不同大小的梯形条带，其张紧力通过铰链作用于薄膜，使得薄膜结构更快到达平面，且薄膜在到达平衡态时，膜面各处位置误差最大不超过10mm。

15、4、本发明中使用环氧树脂将两根人形杆同薄膜(模拟天线)粘接在一起形成梯形条带，并用线绳、连接器、中心释放结构将多个梯形条带链接在一起，人形杆受弯时的弹性力和线绳中的张力可以将整个结构快速展开，最终薄膜面可以达到10mm以内的形面精度。

技术特征：

1.一种人形杆和线绳双驱动的可折展薄膜结构，其特征在于，包括中心释放结构、人形杆、连接器、碳棒、纸合页、薄膜、滑轮以及线绳；薄膜和人形杆通过纸合页连接，两根人形杆同薄膜粘接在一起形成梯形条带，梯形条带上设有碳棒；中心释放结构包括内圆柱、外圆柱、锁扣和底盘；连接器上设有孔，一端连接梯形条带上的碳棒，一端连接线绳，在整个结构中充当软铰链的作用；多个梯形条带从短到长依次摆放，线绳从中心释放结构伸出两股，每股依次穿过条带一端连接器的孔后，经由滑轮连接重物；锁扣用于锁紧中心释放结构的内外圆柱，中心释放结构的内圆柱和外圆柱之间的空隙用于存放折叠状态下的梯形条带，当锁扣打开时，外圆柱在重力的作用下向外打开，内外圆柱里的人形杆带动薄膜从折叠状态变成展开状态。

2.如权利要求1所述的结构，其特征在于，中人形杆由直面和两瓣曲面组成，两瓣曲面对称。

3.如权利要求1或2所述的结构，其特征在于，所述薄膜为聚酰亚胺薄膜。

4.如权利要求1或2所述的结构，其特征在于，所述结构包括3个梯形条带。

5.一种制作方法，其特征在于，用于制作如权利要求1-4任意一项所述的结构，包括如下步骤：

技术总结
本发明涉及航空航天结构技术领域，具体涉及一种人形杆和线绳双驱动的可折展薄膜结构及其制作方法，能够在增加天线有效口径地基础上提高了天线反射面的形面精度，节约了天线运输成本同时又提高了天线的工作效率通过人形杆和线绳实现双驱动，具有轻质化、折叠比较大、形面精度较高等特点。在整个结构中首次使用两个驱动装置，人形杆形变后的弹性力提供了展开过程的驱动力；张紧的线绳穿过3个梯形条带并在展开过程中调整了三个条带的位置和姿态，使其展开后的薄膜形面更为平整。本发明结构在增加天线有效口径地基础上提高了天线反射面的形面精度，节约了天线运输成本同时又提高了天线的工作效率，在航天领域有极大的应用前景。

技术研发人员：罗凯,葛鑫洋,陶博,刘宇曦
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22