一种基于双剪刀桁架机构的索网抛物柱面可展开天线装置的制作方法

本发明属于天线技术领域，尤其涉及一种基于双剪刀桁架机构的索网抛物柱面可展开天线装置。

背景技术：

目前，业内常用的现有技术是这样的：随着航天科学技术的迅速发展，星载天线作为卫星系统的关键设备之一，在卫星通信、定位与导航、深空探测等空间任务领域发挥了重要作用。为了满足高频域、高增益、大功率等要求，星载天线逐渐趋于大口径方向发展。但由于现有发送设备存储空间、载荷等对口径较大的天线发射有一定限制，因此对于大口径天线必须做成可展开的。抛物柱面天线具备易于光束自动扫描、高增益、强方向性等特点，在远程通信、电子侦察、降雨雷达等需要采用强方向性星载天线的空间任务中发挥关键作用。世界上一些国家比如美国、德国、日本等均在抛物柱面天线各项技术中取得了重要的研究成果，最具代表性的当属美国已经通过携带柱面天线的降雨测试雷达实现地球降雨分布的探测。传统的抛物柱面天线由刚性构件支撑一体化刚体反射面构成，虽然型面精度高，但一体化纯刚性构形导致天线质量重、体积庞大，以致运载工具载荷空间和承载能力无法满足运输要求，因此该类天线不能直接用作星载天线；对于传统抛物柱面天线由于是一体化刚性构型导致质量重，体积庞大，运载工具有效载荷能力无法达到运输要求，因此不能直接用作星载天线。

对于可展开固体表面天线，单元体积大，导致收纳率低；充气展开天线由于气体的流动性导致型面精度、稳定性差。目前可展开的抛物柱面天线主要有可展开固体表面和充气展开两种类型。可展开固体表面天线通过单元相对转动实现折展，各单元由刚性背架支撑固体反射面构成，因为单元体积较大，以致天线收纳率低，无法满足星载天线的大型化需求。充气式抛物柱面通过充气的形式实现驱动展开，收纳后体积明显降低，但由于气体较强的流动性导致该类天线形面精度、稳定性较差。

综上所述，现有技术存在的问题是：

(1)传统的抛物柱面天线由刚性构件支撑一体化刚体反射面构成，天线整体体积庞大、质量较重，运载工具承载能力无法满足反射要求，不能直接用作星载天线。

(2)目前可展开的抛物柱面天线或为可展开固体表面或采用充气展开，可展开固体表面天线收纳率低，难以满足星载天线的大型化要求；充气展开抛物柱面天线形面精度及稳定性差。

解决上述技术问题的难度和意义：在运载工具载荷受限的前提下，天线设计需要满足多项要求。索网结构具备多种优势，能够有效解决上述难点，设计可靠的折展机构支撑抛物柱面索网结构在抛物柱面天线发展过程中具有重要意义。

抛物柱面天线在空间任务中扮演重要角色。在满足运载工具有限承载能力的前提下，天线结构需要同时满足质量轻、可折展、收纳率高、形面精度及稳定性调控简单可靠的设计要求是解决上述技术问题的难点之一。索网结构作为一种柔性受力系统，其受力点、受力水平对形面精度、展开平稳性具有显著的积极影响，而且质轻易折叠，收纳率高，易于实现大口径。因此设计一种结构轻巧可靠的桁架可展开机构支撑抛物柱面索网结构是解决上述技术难点的有效措施之一，在抛物柱面可展开天线的发展过程中具有重要的现实意义。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于双剪刀桁架机构的索网抛物柱面可展开天线装置。

本发明是这样实现的，一种基于双剪刀桁架机构的索网抛物柱面可展开天线装置，所述基于双剪刀桁架机构的索网抛物柱面可展开天线装置包括金属丝网反射面、支撑索网、可展开桁架机构；

所述金属丝网反射面采用柔软的镀金钼丝或钨丝编织成网；

所述支撑索网包括横向柔索、纵向柔索和竖向调节索，每根纵向柔索呈抛物线形，与横向柔索编织形成前、后抛物柱面形网面，竖向调节索连接前、后网面；

通过柔索编织形成的抛物柱面形支撑索网；

金属丝网固定在索网上形成抛物柱面反射面，调节支撑索网中柔索受力对金属丝网反射面形面精度进行调整；采用可展开桁架对支撑索网实施悬挂实现天线的展开。

所述可展开桁架机构整体呈方形，由多个可展开单元a串接而成。

进一步，所述可展开单元a是双剪刀机构，包括固定接头、滑动接头、剪刀式铰链、连接件、竖杆及剪刀臂杆；

所述固定接头固定在竖杆的上端和下端，滑动接头与竖杆滑动连接，剪刀式铰链四个连接端与剪刀臂杆固定连接形成剪刀机构，剪刀臂一端通过连接件与固定接头转动连接，另一端通过连接件与滑动接头转动连接；

每根竖杆上滑动连接两个滑动接头，上剪刀机构滑动接头位于下剪刀机构滑动接头的下侧，通过上下两套剪刀机构的张开与闭合实现单元a的展开与合拢，通过上下滑动接头的接触限制展开的最终状态。

进一步，所述固定接头为实现三个方向连接的一体化构件，中部加工圆柱凸台用以与杆件固定连接，凸台上开有固定连接孔；左右两侧加工u型安装槽，两侧u形槽前后交错，槽臂上开有转动连接轴孔。

进一步，所述滑动接头为实现三个方向连接的一体化构件，中部开有滑动连接孔，实现与杆件的套装滑动；左右两侧加工u型安装槽，两侧u形槽前后交错，槽臂上开有转动铰接轴孔。

进一步，所述连接件一端加工成u型槽，槽臂上开有转动连接轴孔，可实现与其他构件的转动连接，另一端加工成圆柱凸台，凸台上开有固定连接孔，实现与杆件的固定连接。

进一步，所述剪刀式铰链由两个相同的剪刀臂构成，剪刀臂中部为转动连接孔，两剪刀臂通过转动连接孔相对铰接在一起，实现相对转动；两端对称加工固定连接凸台，凸台上加工固定连接孔。

进一步，所述直角固定接头为可实现三个方向连接的一体化构件，中部加工圆柱凸台用以与杆件固定连接，凸台上开有固定连接孔；右侧、后侧加工u型安装槽，两侧u形槽成90°夹角，槽臂上开有转动连接轴孔；

所述直角滑动接头为实现三个方向连接的一体化构件，中部开有滑动连接孔，实现与杆件的套装滑动；孔的右侧、后侧加工u型安装槽，两侧u形槽成90°夹角，槽臂上开有转动连接轴孔。

进一步，所述可展开桁架机构整体呈方形，转角处的连接构件主要包括直角固定接头、直角滑动接头和竖杆；直角固定接头固定连接在竖杆上端和下端，直角滑动接头与竖杆滑动连接，机构转角处相邻的可展开单元a通过直角固定接头、直角滑动接头连接成90°。

进一步，在可展开桁架机构转角处的竖杆上套装两根驱动弹簧，一根弹簧一端固定在竖杆上端直角固定接头上，另一端固定在下侧剪刀机构直角滑动接头上；另一根弹簧一端固定在竖杆下端直角固定接头上，另一端固定在上侧剪刀机构直角滑块接头上；

可展开桁架机构各展开单元a收拢时，剪刀机构闭合，弹簧压缩存储弹性势能；当弹簧弹性势能被释放，剪刀机构张开，各展开单元a展开，当上侧和下侧剪刀机构滑动接头接触时展开到达最终状态。

本发明的另一目的在于提供一种安装有所述基于双剪刀桁架机构的索网抛物柱面可展开天线装置的星载天线。

综上所述，本发明的优点及积极效果为：本发明采用剪刀式可展开桁架作为天线的动作实施机构，机构可收拢、展开，使天线在运输过程中处于收拢状态，极大地节省了存储空间。本发明采用索网支撑金属丝网反射面构成抛物柱面，通过调节支撑索网的竖向柔索张力可使索网各索段到达理想位置，进而使固定在索网上的金属丝网反射面达到较高的形面精度，相比于同尺寸的可展开固体表面天线和充气式展开天线，其整体重量和型面精度均有所提高。

本发明采用弹簧进行驱动，通过剪刀机构的联动性特征实现天线的同步展开与收拢，不需要增加复杂的驱动机构和额外的同步机构，结构简单可靠，降低了天线设计的复杂程度。本发明的网状可展开天线采用金属丝网作为反射面，不但有效降低了天线整体重量，还能满足一定的形面精度与稳定性要求。

附图说明

图1是本发明实施例提供的基于双剪刀桁架机构的索网抛物柱面可展开天线装置结构示意图；

图2是本发明实施例提供的双剪刀桁架机构的收拢结构图；

图3是本发明实施例提供的基于双剪刀桁架机构的索网抛物柱面可展开天线装置的构成图；

图4是本发明实施例提供的可展开单元a的展开过程图；

图5是本发明实施例提供的可展开单元a的固定接头装配关系图；

图6是本发明实施例提供的可展开单元a的滑动接头装配关系图；

图7是本发明实施例提供的固定接头结构图；

图8是本发明实施例提供的滑动接头结构图；

图9是本发明实施例提供的连接件结构图；

图10是本发明实施例提供的剪刀铰链结构图；

图11是本发明实施例提供的双剪刀桁架机构转角处直角固定接头装配关系图；

图12是本发明实施例提供的双剪刀桁架机构转角处直角滑动接头装配关系图；

图13是本发明实施例提供的直角固定接头结构图；

图14是本发明实施例提供的直角滑动接头结构图；

图中：1、金属丝网反射面；2、支撑索网；2-1、纵向柔索；2-2、横向柔索；2-3、竖向调节索；3、双剪刀桁架机构；4、竖杆；5、剪刀臂杆；6、固定接头；6-1、圆柱固定凸台；6-2、u形安装槽；7、直角固定接头；7-1、圆柱固定凸台；7-2、u形安装槽；8、滑动接头；8-1、滑动连接孔；8-2、u形安装槽；9、直角滑动接头；9-1、滑动连接孔；9-2、u形安装槽；10、剪刀铰链；10-1、转动连接轴孔；10-2、固定连接凸台；11、连接件；12、弹簧。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现存技术天线整体体积较大、质量较重，不能直接用作星载天线；形面精度及稳定性差的不足。本发明设计结构轻巧可靠、满足一定形面精度要求的抛物柱面可展开天线具有重要的现实意义。本发明在网状可展开天线的基础上，提出了一种基于剪刀桁架机构的索网抛物柱面可展开天线装置。

下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。

如图1-图3所示，本发明实施例提供的基于双剪刀桁架机构的索网抛物柱面可展开天线装置通过柔索编织形成抛物柱面形支撑索网2，金属丝网1固定在索网2上形成抛物柱面反射面，调节支撑索网2中柔索受力可对金属丝网反射面1形面精度进行调整，采用可展开桁架3对支撑索网2实施悬挂以实现天线的展开。天线整体包括金属丝网反射面1、支撑索网2及可展开桁架机构3。

如图3(a)所示，金属丝网反射面1采用柔软的镀金钼丝或钨丝编织成网，天线完全展开后，金属丝网反射面1受支撑索网2的作用产生一定张力，进而达到所需形面精度。

如图3(b)所示，支撑索网2主要包括横向柔索2-2、纵向柔索2-1和竖向调节索2-3，每根纵向柔索2-1呈抛物线形，与横向柔索2-2编织形成前、后抛物柱面形网面，竖向调节索2-3连接前、后网面，可对其形态进行调整。

如图2和图3(c)所示，可展开桁架机构3整体呈方形，由多个可展开单元a串接而成。

如图4-图6所示，可展开单元a是一种双剪刀机构，由上侧、下侧两套剪刀机构构成，主要包括固定接头6、滑动接头8、剪刀式铰链10、竖杆4及剪刀臂杆5。所述固定接头6固定在竖杆4的上端和下端，所述滑动接头8与竖杆4滑动连接，剪刀式铰链10四个连接端与剪刀臂杆5固定连接形成剪刀机构，剪刀臂一端通过连接件11与固定接头6转动连接，另一端通过连接件11与滑动接头8转动连接。每根竖杆4上滑动连接两个滑动接头8，上剪刀机构滑动接头8位于下剪刀机构滑动接头8的下侧，通过上下两套剪刀机构的张开与闭合实现单元a的展开与合拢，通过上下滑动接头8的接触限制展开的最终状态。

如图7所示，固定接头6为可实现三个方向连接的一体化构件，中部加工圆柱凸台6-1用以与杆件固定连接，凸台上开有固定连接孔；左右两侧加工u型安装槽6-2，两侧u形槽6-2前后交错，槽臂上开有转动连接轴孔。

如图8所示，滑动接头8为可实现三个方向连接的一体化构件，中部开有滑动连接孔8-1，可实现与杆件的套装滑动；左右两侧加工u型安装槽8-2，两侧u形槽8-2前后交错，槽臂上开有转动铰接轴孔。

如图9所示，连接件11一端加工成u型槽11-2，槽臂上开有转动连接轴孔，可实现与其他构件的转动连接，另一端加工成圆柱固定连接凸台11-1，凸台11-1上开有固定孔，可实现与杆件的固定连接。

如图10所示，剪刀式铰链由两个相同的剪刀臂10构成，剪刀臂10中部为转动连接孔10-1，两剪刀臂10-1通过转动连接孔相对铰接在一起，可实现相对转动；两端的固定连接凸台10-2对称，凸台10-2上加工固定连接孔。

如图3(c)、图11、图12，可展开桁架机构3整体呈方形，转角处的连接构件主要包括直角固定接头7、直角滑动接头9和竖杆4。直角固定接头7固定连接在竖杆4上端和下端，直角滑动接头9与竖杆4滑动连接，机构转角处相邻的可展开单元a通过直角固定接头7、直角滑动接头9连接成90°，进而使可展开桁架机构3整体呈方形。

如图13所示，直角固定接头7为可实现三个方向连接的一体化构件，中部加工圆柱凸台7-1用以与杆件固定连接，凸台7-1上开有固定连接孔；右侧、后侧加工u型安装槽7-2，两侧u形槽7-2成90°夹角，槽臂上开有转动连接轴孔。

如图14所示，直角滑动接头9为可实现三个方向连接的一体化构件，中部开有滑动连接孔9-1，可实现与杆件的套装滑动；孔的右侧、后侧加工u型安装槽9-2，两侧u形槽9-2成90°夹角，槽臂上开有转动连接轴孔。

参阅图12，在可展开桁架机构3转角处的竖杆4上套装两根驱动弹簧12，一根弹簧12一端固定在竖杆4上端直角固定接头7上，另一端固定在下侧剪刀机构直角滑动接头9上；另一根弹簧12一端固定在竖杆4下端直角固定接头7上，另一端固定在上侧剪刀机构直角滑块接头9上。

如图2、图3(c)、图4、图6、图12所示，可展开桁架机构3各展开单元a收拢时，剪刀机构闭合，弹簧12压缩存储弹性势能；弹簧12弹性势能被释放，剪刀机构张开，各展开单元a展开，当上侧和下侧剪刀机构滑动接头8、直角滑动接头9接触时展开到达最终状态。

本发明的工作原理：基于双剪刀桁架机构的索网抛物柱面可展开天线装置初始状态下剪刀机构闭合，各可展开单元a折叠在一起，在天线外围通过绳索捆绑保持整体收拢，该状态下装配在方形桁架转角处竖杆上的弹簧被压缩存储弹性势能。待天线发射入轨后，捆绑在天线外围的绳索自动解断，弹簧弹性势能被释放，剪刀机构的滑动接头在弹性势能作用下沿竖杆滑动，各展开单元a从而实现展开，进而可展开桁架被展开，悬挂于桁架上的索网、金属丝网随之被撑开。当上侧和下侧剪刀机构滑动接头接触时展开到达最终状态，此时弹簧弹性势能并未完全释放，在上侧和下侧剪刀机构滑动接头相互接触的限制作用和弹簧剩余弹性势能的推力作用下天线保持在完全展开状态。

参阅图1-图10，一种基于双剪刀桁架机构的索网抛物柱面可展开天线装置初始状态下剪刀机构闭合，各可展开单元a折叠在一起，在天线外围通过绳索捆绑保持在图2所示的整体收拢状态(捆绑绳索未画出)，该状态下装配在方形桁架3转角处竖杆4上的弹簧12被压缩存储弹性势能。待天线发射入轨后，捆绑在天线外围的绳索自动解断，弹簧12的弹性势能被释放，剪刀机构的滑动接头8、9在弹性势能作用下沿竖杆4滑动，各展开单元a从而实现如图4所示的展开，进而可展开桁架3被展开，悬挂于桁架上的索网2、金属丝网1随之被撑开。当上侧和下侧剪刀机构滑动接头8、9接触时展开到达最终状态，此时弹簧12弹性势能并未完全释放，在上侧和下侧剪刀机构滑动接头滑动接头8、9相互接触的限制作用和弹簧12剩余弹性势能的推力作用下天线保持在图1所示的完全展开状态。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。