一种双向平板折展单元及双向平板折展天线机构的制作方法

1.本发明涉及航天飞行器技术领域，特别是涉及一种双向平板折展单元及双向平板折展天线机构。


背景技术：

2.随着航天事业的发展，为满足不同航天任务的需求，各种类型的空间可展结构得到了快速发展和应用。面对未来更加复杂的航天任务，对大型、高精度、高刚度、高稳定性、轻量化的空间可展开结构的需求越来越迫切。由于火箭整流罩空间限制和航天器编队飞行与在轨组装技术不成熟，利用折展平板实现收拢与展开是更有吸引力的解决方案。可展机构在储存和运输过程中都是处于收拢状态，当放置在工作轨道中，准备就绪后，驱动装置可以使其展开成预定的工作状态。目前在各类航天器上，对于可展机构的应用愈发广泛。
3.可展天线机构的研究已成为当今世界上的一个研究热点，平面可展天线是可展天线机构中的一个重要分支。目前，国内外多所科研机构和相关学者提出并研究了多种平面折展平板，但目前的平面可展天线一般采用单方向折展，无法实现两个正交方向上的折叠与展开，对于平板天线的支撑机构较少，进而其刚度与稳定性较差。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种双向平板折展单元及双向平板折展天线机构，以解决上述现有技术存在的问题，实现更大物理口径、高刚度的平面天线的折展。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
6.本发明提供了一种双向平板折展单元，包括沿第一方向分布的第一排天线平板和第二排天线平板；所述第一排天线平板和所述第二排天线平板均包括三个依次沿第二方向分布的天线平板，所述第二方向与所述第一方向垂直；所述第一排天线平板中的三个天线平板与所述第二排天线平板中的三个天线平板一一相对设置，任意两个相对设置的天线平板之间均相互铰接形成第一转动副；同一排天线平板中任意相邻的两个天线平板之间均相互铰接形成第二转动副，所述第一转动副的轴向与所述第二方向相同，所述第二转动副的轴向与所述第一方向相同；
7.所述第一排天线平板中的三个天线平板和所述第二排天线平板中的三个天线平板分别通过一个竖向支撑机构连接，且两个所述竖向支撑机构关于所述双向平板折展单元的原点对称，所述第一排天线平板通过横向支撑机构与所述第二排天线平板连接；所述竖向支撑机构能够驱动同一排天线平板中的任意相邻的两个天线平板绕第一方向转动，并在同一排天线平板中的三个天线平板完全展开后进行支撑，所述横向支撑机构能够驱动两排天线平板绕第二方向转动，并在两排天线平板完全展开后进行支撑。
8.优选的，以同一排天线平板中中间的天线平板为中间天线平板，以同一排天线平板中的另一个天线平板为第一临边天线平板，以同一排天线平板中的另一个天线平板为第二临边天线平板；
9.所述竖向支撑机构包括第一折展组件、第二折展组件和连接折展组件；
10.所述第一折展组件包括第一补偿板，所述第一补偿板一端铰接有第一折展支撑杆和分别一端与所述第一临边天线平板铰接的第一连接杆、第二连接杆，所述第一折展支撑杆的另一端与第二折展支撑杆的一端铰接，所述第二折展支撑杆的另一端与所述第一临边天线平板铰接；所述第一补偿板的另一端铰接有第三折展支撑杆和分别一端与所述中间天线平板铰接的第三连接杆、第四连接杆，所述第三折展支撑杆的另一端与第四折展支撑杆的一端铰接，所述第四折展支撑杆的另一端与所述第一临边天线平板铰接；
11.所述第二折展组件包括第二补偿板，所述第二补偿板一端铰接有分别一端与所述中间天线平板铰接的第五连接杆、第六连接杆，所述第二补偿板的另一端铰接有两个分别一端与所述第二临边天线平板铰接的第七连接杆、第八连接杆；
12.所述连接折展组件包括第一折展连接杆和一端与所述第一折展连接杆的一端铰接的第二折展连接杆，所述第一折展连接杆的另一端与所述第二补偿板铰接，所述第二折展连接杆的另一端与所述第一补偿板铰接。
13.优选的，所述横向支撑机构包括三个沿第一方向分布且依次铰接的连接板，每个所述连接板上均设置有若干个第三折展组件，所述第三折展组件包括与所述连接板固连的第三补偿板，所述第三补偿板一端铰接有第五折展支撑杆和第九连接杆，所述第五折展支撑杆远离所述第三补偿板的一端与第七折展支撑杆铰接，所述第七折展支撑杆的另一端和所述第九连接杆远离所述第三补偿板的一端分别与一排天线平板中任意一个的天线平板铰接，所述第三补偿板的另一端铰接有第六折展支撑杆和第十连接杆，所述第六折展支撑杆远离所述第三补偿板的一端与第八折展支撑杆铰接，所述第八折展支撑杆的另一端和所述第十连接杆远离所述第三补偿板的一端分别与另一排天线平板中的天线平板铰接，且与同一个所述第三补偿板连接的两个天线平板相对设置。
14.优选的，所述第一折展支撑杆和所述第二折展支撑杆之间、所述第三折展支撑杆和所述第四折展支撑杆之间、所述第五折展支撑杆和所述第七折展支撑杆之间、所述第六折展支撑杆和所述第八折展支撑杆之间分别通过含锁紧机构的第九铰接头、第十铰接头铰接；所述锁紧机构包括设置在所述第九铰接头上的锁槽和设置在所述第十铰接头上的锁勾，所述锁勾能够卡紧在所述锁槽上。
15.优选的，所述第一排天线平板或所述第二排天线平板中的两个第二转动副、所述第一连接杆与所述第一临边天线平板上的转动副、所述第九连接杆与所述天线平板之间的转动副、所述第十连接杆与所述天线平板之间的转动副上分别设置有主动驱动装置，所述主动驱动装置能够驱动对应的转动副进行转动。
16.优选的，所述第一折展连接杆与所述第二补偿板的铰接轴的轴向、所述第二折展连接杆与所述第一补偿板之间的铰接轴的轴向及相邻的两个所述连接板之间的铰接轴的轴向均垂直于所述第一转动副的轴向；所述第一折展支撑杆、所述第二折展支撑杆、所述第一连接杆、所述第二连接杆、所述第三连接杆和所述第四连接杆与所述第一补偿板之间的铰接轴的轴向均垂直于所述第一转动副的轴向；所述第二折展支撑杆、所述第四折展支撑杆、所述第一连接杆、所述第二连接杆、所述第三连接杆和所述第四连接杆与天线平板之间的铰接轴的轴向均垂直于所述第一转动副的轴向；所述第一折展支撑杆与所述第二折展支撑杆之间的铰接轴、所述第三折展支撑杆与所述第四折展支撑杆之间的铰接轴的轴向均垂
直于所述第一转动副的轴向；所述第五连接杆、所述第六连接杆、所述第七连接杆和所述第八连接杆与所述第二补偿板之间的铰接轴的轴向均垂直于所述第一转动副的轴向；所述第五连接杆、所述第六连接杆、所述第七连接杆和所述第八连接杆与天线平板之间的铰接轴的轴向均垂直于所述第一转动副的轴向；所述第三折展组件中的任意一个铰接轴的轴向均垂直平行于所述第一转动副的轴向。
17.本发明还提供一种双向平板折展天线机构，包括至少两个上述的双向平板折展单元，上一个所述双向平板折展单元中末端的两个相对设置的天线平板作为下一个所述双向平板折展单元中首端的两个相对设置的天线平板；相邻的两个所述双向平板折展单元中相邻的两个连接板铰接。
18.优选的，当所有所述双向平板折展单元均为完全展开状态时，不同所述双向平板折展单元的竖向支撑机构的轴线相互平行。
19.本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
20.本发明的双向平板折展单元及双向平板折展天线机构有利于实现更大物理口径、高刚度的平面天线的折展。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1为本发明双向平板折展单元的结构示意图一；
23.图2为本发明双向平板折展单元的部分结构示意图一；
24.图3为本发明双向平板折展单元的部分结构示意图二；
25.图4为本发明双向平板折展单元的部分结构示意图三；
26.图5为本发明双向平板折展单元的部分结构示意图四；
27.图6为本发明双向平板折展单元的部分结构示意图五；
28.图7为本发明双向平板折展单元的部分结构示意图六；
29.图8为本发明双向平板折展单元的部分结构示意图七；
30.图9为本发明双向平板折展单元的部分结构示意图八；
31.图10为本发明双向平板折展单元的结构示意图二；
32.图11为本发明双向平板折展单元的结构示意图三；
33.图12为本发明双向平板折展单元的结构示意图四；
34.图13为本发明双向平板折展单元的结构示意图五；
35.图14为本发明双向平板折展天线机构的结构示意图一；
36.图15为本发明双向平板折展天线机构的结构示意图二；
37.其中：100、双向平板折展单元；200、第一折展组件；300、第二折展组件；400、连接折展组件；500、第三折展组件；600、双向平板折展天线机构；1、第一天线平板；2、第二天线平板；3、第三天线平板；4、第四天线平板；5、第五天线平板；6、第六天线平板；7、第一补偿板；8、第一连接板；9、第二连接板；10、第三连接板；11、第三补偿板；12、第一铰接头；13、第
二铰接头；14、第三铰接头；15、第四铰接头；16、第五铰接头；17、第六铰接头；18、第七铰接头；19、第八铰接头；20、第一连接杆；21、第二连接杆；22、第三连接杆；23、第四连接杆；24、第一折展支撑杆；25、第三折展支撑杆；26、第二折展支撑杆；27、第四折展支撑杆；28、第一铰接座；29、第二铰接座；30、第三铰接座；31、第四铰接座；32、第五铰接座；33、第六铰接座；34、第二补偿板；35、第五连接杆；36、第六连接杆；37、第七连接杆；38、第八连接杆；39、第七铰接座；40、第八铰接座；41、第九铰接座；42、第十铰接座；43、第一折展连接杆；44、第二折展连接杆；45、第九铰接头；46、第十铰接头；47、第九连接杆；48、第十连接杆；49、第五折展支撑杆；50、第七折展支撑杆；51、第六折展支撑杆；52、第八折展支撑杆；53、第十一铰接座；54、第十二铰接座；55、第十三铰接座；56、第十四铰接座；57、主动驱动装置。
具体实施方式
38.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
39.本发明的目的是提供一种双向平板折展单元及双向平板折展天线机构，以解决上述现有技术存在的问题，实现更大物理口径、高刚度的平面天线的折展。
40.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
41.如图1至图13所示：本实施例提供了一种双向平板折展单元100，包括沿第一方向分布的第一排天线平板和第二排天线平板；第一排天线平板和第二排天线平板均包括三个依次沿第二方向分布的天线平板，第二方向与第一方向垂直；第一排天线平板中的三个天线平板与第二排天线平板中的三个天线平板一一相对设置，任意两个相对设置的天线平板之间均相互铰接形成第一转动副；同一排天线平板中任意相邻的两个天线平板之间均相互铰接形成第二转动副，第一转动副的轴向与第二方向相同，第二转动副的轴向与第一方向相同。
42.第一排天线平板中的三个天线平板和第二排天线平板中的三个天线平板分别通过一个竖向支撑机构连接，且两个竖向支撑机构关于双向平板折展单元100的原点对称，第一排天线平板通过横向支撑机构与第二排天线平板连接；竖向支撑机构能够驱动同一排天线平板中的任意相邻的两个天线平板绕第一方向转动，并在同一排天线平板中的三个天线平板完全展开后进行支撑，横向支撑机构能够驱动两排天线平板绕第二方向转动，并在两排天线平板完全展开后进行支撑。
43.以同一排天线平板中中间的天线平板为中间天线平板，以同一排天线平板中的另一个天线平板为第一临边天线平板，以同一排天线平板中的另一个天线平板为第二临边天线平板；在本实施例中，第一排天线平板中的三个天线平板分别为第一天线平板1、第二天线平板2和第三天线平板3；第二排天线平板中的三个天线平板分别为第六天线平板6、第五天线平板5和第四天线平板4。以第二天线平板2和第五天线平板5为中间天线平板；以第一天线平板1和第四天线平板4为第一临边天线平板；以第三天线平板3和第六天线平板6为第二临边天线平板。第一天线平板1与第二天线平板2通过第一铰接头12和第二铰接头13铰接
形成第二转动副，第二天线平板2与第三天线平板3通过第三铰接头14和第四铰接头15铰接形成第二转动副，第四天线平板4与第五天线平板5通过第七铰接头18和第八铰接头19铰接形成第二转动副，第五天线平板5与第六天线平板6通过第五铰接头16和第六铰接头17铰接形成第二转动副。
44.竖向支撑机构包括第一折展组件200、第二折展组件300和连接折展组件400；第一折展组件200包括第一补偿板7，第一补偿板7一端铰接有第一折展支撑杆24和分别一端与第一临边天线平板铰接的第一连接杆20、第二连接杆21，第一连接杆20与第一临边天线平板上的第一铰接座28铰接，第二连接杆21与第一临边天线平板上的第二铰接座29铰接，第一折展支撑杆24的另一端与第二折展支撑杆26的一端铰接，第二折展支撑杆26的另一端与第一临边天线平板上的第五铰接座32铰接；第一补偿板7的另一端铰接有第三折展支撑杆25和分别一端与中间天线平板铰接的第三连接杆22、第四连接杆23，第三连接杆22与中间天线平板上的第三铰接座30铰接，第四连接杆23与中间天线平板上的第四铰接座31铰接；第三折展支撑杆25的另一端与第四折展支撑杆27的一端铰接，第四折展支撑杆27的另一端与第一临边天线平板上的第六铰接座33铰接；
45.第二折展组件300包括第二补偿板34，第二补偿板34一端铰接有分别一端与中间天线平板铰接的第五连接杆35、第六连接杆36，第五连接杆35与中间天线平板上的第七铰接座39铰接，第六连接杆36与中间天线平板上的第八铰接座40铰接；第二补偿板34的另一端铰接有两个分别一端与第二临边天线平板铰接的第七连接杆37、第八连接杆38，第七连接杆37与中间天线平板上的第九铰接座41铰接第八连接杆38与中间天线平板上的第十铰接座42铰接；
46.连接折展组件400包括第一折展连接杆43和一端与第一折展连接杆43的一端铰接的第二折展连接杆44，第一折展连接杆43的另一端与第二补偿板34铰接，第二折展连接杆44的另一端与第一补偿板7铰接。
47.横向支撑机构包括三个沿第一方向分布且依次铰接的连接板，分别为第一连接板8、第二连接板9和第三连接板10，每个连接板上均设置有若干个第三折展组件500，第三折展组件500包括与连接板固连的第三补偿板11，第三补偿板11一端铰接有第五折展支撑杆49和第九连接杆47，第九连接杆47远离第三补偿板11的一端与天线平板上的第十一铰接座53铰接，第五折展支撑杆49远离第三补偿板11的一端与第七折展支撑杆50铰接，第七折展支撑杆50的另一端与天线平板上的第十二铰接座54铰接；第三补偿板11的另一端铰接有第六折展支撑杆51和第十连接杆48，第十连接杆48远离第三补偿板11的一端与天线平板上的第十三铰接座55铰接，第六折展支撑杆51远离第三补偿板11的一端与第八折展支撑杆52铰接，第八折展支撑杆52的另一端与天线平板上的第十四铰接座56铰接；第九连接杆47和第七折展支撑杆50与同一个天线平板铰接，第十连接杆48和第八折展支撑杆52与同一个天线平板铰接，且与同一个第三补偿板11连接的两个天线平板相对设置。
48.第一折展支撑杆24和第二折展支撑杆26之间、第三折展支撑杆25和第四折展支撑杆27之间、第五折展支撑杆49和第七折展支撑杆50之间、第六折展支撑杆51和第八折展支撑杆52之间分别通过含锁紧机构的第九铰接头45、第十铰接头46铰接；锁紧机构包括设置在第九铰接头45上的锁槽和设置在第十铰接头46上的锁勾，锁勾能够卡紧在锁槽上，要使锁勾能越过锁槽的最高点以实现锁紧，需要一定的冲击，当锁勾卡紧在锁槽上后，锁勾不再
与锁槽分离，以维持各个天线平板在展开状态。
49.第一排天线平板或第二排天线平板中的两个第二转动副、第一连接杆20与第一临边天线平板上的第一铰接座28之间的转动副、第九连接杆47远离第三补偿板11的一端与天线平板上的第十一铰接座53之间的转动副、第十连接杆48远离第三补偿板11的一端与天线平板上的第十三铰接座56之间的转动副上分别设置有主动驱动装置57，主动驱动装置57能够驱动对应的转动副进行转动。具体的，主动驱动装置57采用电机，主动驱动装置57的输出轴通过联轴器与转动副的转轴相连，主动驱动装置57驱动转轴转动时转动副就会进行转动。
50.第一折展连接杆43与第二补偿板34的铰接轴的轴向、第二折展连接杆44与第一补偿板7之间的铰接轴的轴向及相邻的两个连接板之间的铰接轴的轴向均垂直于第一转动副的轴向；第一折展支撑杆24、第二折展支撑杆26、第一连接杆20、第二连接杆21、第三连接杆22和第四连接杆23与第一补偿板7之间的铰接轴的轴向均垂直于第一转动副的轴向；第二折展支撑杆26、第四折展支撑杆27、第一连接杆20、第二连接杆21、第三连接杆22和第四连接杆23与天线平板之间的铰接轴的轴向均垂直于第一转动副的轴向；第一折展支撑杆24与第二折展支撑杆26之间的铰接轴、第三折展支撑杆25与第四折展支撑杆27之间的铰接轴的轴向均垂直于第一转动副的轴向；第五连接杆35、第六连接杆36、第七连接杆37和第八连接杆38与第二补偿板34之间的铰接轴的轴向均垂直于第一转动副的轴向；第五连接杆35、第六连接杆36、第七连接杆37和第八连接杆38与天线平板之间的铰接轴的轴向均垂直于第一转动副的轴向；第三折展组件500中的任意一个铰接轴的轴向均垂直平行于第一转动副的轴向。
51.当六块天线平板为完全展开状态时，第一折展组件200为“梯形”并与第二折展组件300为“三角形”通过连接折展组件400连接，第三折展组件500为“梯形”；当六块天线平板为完全折叠状态时，第一折展组件200、第二折展组件300和连接折展组件400的折叠方向垂直于第一转动副的轴线方向；第三折展组件500的折叠方向平行于第一转动副的轴线方向。本实施例中，六块天线平板的结构完全相同。上述可知，第一竖向支撑机构的折展方向与天线平板的竖向折展方向完全平行，横向支撑机构的折展方向与天线平板的横向折展方向完全平行，提高了支撑刚度，也进一步增强了单元结构展开时的结构稳定性。
52.当六块天线平板为完全展开状态时，双向平板折展的两个竖向支撑机构和横向支撑机构均为四棱台结构。即在完全展开的状态下，两个竖向支撑机构和横向支撑机投影均为梯形。
53.如图14至图15所示：本实施例还提供一种双向平板折展天线机构600，包括两个上述的双向平板折展单元100，上一个双向平板折展单元100中末端的两个相对设置的天线平板作为下一个双向平板折展单元100中首端的两个相对设置的天线平板；相邻的两个双向平板折展单元100中相邻的两个连接板铰接。当所有双向平板折展单元100均为完全展开状态时，不同双向平板折展单元100的竖向支撑机构的轴线相互平行。需要说明的是，双向平板折展天线机构600中双向平板折展单元100的具体数量不以本实施例为限，在具体应用中双向平板折展天线机构600中可以包含三个甚至更多个的双向平板折展单元100，多个双向平板折展单元100的相互连接与本实施例的思路相同，在此不再赘述。
54.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能
理解为指示或暗示相对重要性。
55.本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。