一种基于厚板折纸结构的空间可展抛物面天线背架

1.本发明涉及航空航天设备领域，具体为一种基于厚板折纸结构的空间可展抛物面天线背架。


背景技术：

2.目前大折展比的空间可展开抛物面天线在太空任务中的应用需求愈发迫切，传统的抛物面天线折展效率低，布局固定，已经越来越很难满足在当前的真实的作战、侦查、观测等不同复杂环境中执行多任务的需求。由于发射空间和载荷的限制，抛物面天线的收拢展开构型和制造装配模式是设计过程中要解决的关键问题，这促进了空间可展开抛物面天线的发展。折纸结构具有强大的折展能力，制造装配工艺简单等特点，为许多工程展开结构的创新设计提供了新颖的思路，基于折纸结构的模块化设计更是进一步提升了这些可展开结构的应用领域。


技术实现要素：

3.本发明的目的是：针对传统的抛物面天线折展效率低的问题，提出一种基于厚板折纸结构的空间可展抛物面天线背架。
4.本发明为了解决上述技术问题采取的技术方案是：
5.一种基于厚板折纸结构的空间可展抛物面天线背架，包括多个厚板折纸a模块3和多个厚板折纸b模块4；
6.所述厚板折纸a模块3包括第一四边形厚板单元5、第二四边形厚板单元8、第一三角形厚板单元6、第二三角形厚板单元7、第三三角形厚板单元9以及第四三角形厚板单元10，所述第一四边形厚板单元5和第二四边形厚板单元8为梯形，所述第一三角形厚板单元6、第二三角形厚板单元7、第三三角形厚板单元9以及第四三角形厚板单元10为直角三角形；
7.所述第一四边形厚板单元5的一条边和第一三角形厚板单元6的斜边铰接；
8.所述第一三角形厚板单元6的直角边和第二三角形厚板单元7的直角边铰接；
9.所述第二三角形厚板单元7的斜边和第二四边形厚板单元8的一条边铰接；
10.所述第二四边形厚板单元8的另一条边和第三三角形厚板单元9的斜边铰接；
11.所述第三三角形厚板单元9的直角边和第四三角形厚板单元10的直角边铰接；
12.所述第四三角形厚板单元10的斜边和第一四边形厚板单元5的另一条边铰接；
13.所述第一四边形厚板单元5、第一三角形厚板单元6、第二三角形厚板单元7、第二四边形厚板单元8、第三三角形厚板单元9和第四三角形厚板单元10形成闭环；
14.所述厚板折纸a模块3展开为矩形；
15.所述厚板折纸a模块3折叠时，第一三角形厚板单元6、第二三角形厚板单元7、第三三角形厚板单元9以及第四三角形厚板单元10置于第一四边形厚板单元5和第二四边形厚板单元8之间；
16.所述厚板折纸b模块4包括：第三四边形厚板单元11、第四四边形厚板单元14、第五三角形厚板单元12、第六三角形厚板单元13、第七三角形厚板单元15和第八三角形厚板单元16，所述第三四边形厚板单元11、第四四边形厚板单元14为梯形，所述第五三角形厚板单元12、第六三角形厚板单元13、第七三角形厚板单元15和第八三角形厚板单元16为直角三角形；
17.所述第三四边形厚板单元11的下底和第四四边形厚板单元14的下底铰接；
18.所述第三四边形厚板单元11的两条边分别与第五三角形厚板单元12的斜边和第六三角形厚板单元13的斜边铰接；
19.所述第四四边形厚板单元14的两条边分别与第七三角形厚板单元15的斜边和第八三角形厚板单元16的斜边铰接；
20.所述厚板折纸b模块4展开为矩形；
21.所述厚板折纸b模块4折叠时，第五三角形厚板单元12、第六三角形厚板单元13、第七三角形厚板单元15和第八三角形厚板单元16不置于第三四边形厚板单元11和第四四边形厚板单元14之间；
22.所述厚板折纸a模块3和厚板折纸b模块4折叠时，厚板折纸b模块4插装在第一四边形厚板单元5和第二四边形厚板单元8之间；
23.第三三角形厚板单元9与第一四边形厚板单元5或第二四边形厚板单元8底边平行的边，即a边；
24.第四三角形厚板单元10与第一四边形厚板单元5或第二四边形厚板单元8底边平行的边，即b边；
25.第五三角形厚板单元12与第三四边形厚板单元11或第四四边形厚板单元14底边平行的边，即c边；
26.第六三角形厚板单元13与第三四边形厚板单元11或第四四边形厚板单元14底边平行的边，即d边；
27.a边与d边重合，b边与c边重合，第三三角形厚板单元9与第六三角形厚板单元13重合的部分固定连接，第四三角形厚板单元10和第五三角形厚板单元12重合的部分固定连接；
28.所述厚板折纸a模块3中第一四边形厚板单元5的下底与另一个厚板折纸a模块3中第二四边形厚板单元8的下底铰接；
29.所述厚板折纸b模块4中第五三角形厚板单元12与第三四边形厚板单元11或第四四边形厚板单元14下底垂直的边，即e边；
30.所述厚板折纸b模块4中第六三角形厚板单元13与第三四边形厚板单元11或第四四边形厚板单元14下底垂直的边，即f边；
31.所述厚板折纸b模块4中第七三角形厚板单元15与第三四边形厚板单元11或第四四边形厚板单元14下底垂直的边，即g边；
32.所述厚板折纸b模块4中第八三角形厚板单元16与第三四边形厚板单元11或第四四边形厚板单元14下底垂直的边，即h边；
33.所述厚板折纸b模块4中的e边与另一个厚板折纸b模块4中的f边铰接；
34.所述厚板折纸b模块4中的g边与另一个厚板折纸b模块4中的h边铰接。
35.进一步的，所述第一四边形厚板单元5、第二四边形厚板单元8、第三四边形厚板单元11以及第四四边形厚板单元14的厚度参数相等。
36.进一步的，所述第一三角形厚板单元6、第二三角形厚板单元7、第三三角形厚板单元9、第四三角形厚板单元10、第五三角形厚板单元12、第六三角形厚板单元13、第七三角形厚板单元15和第八三角形厚板单元16通过相互配合对天线背架的展开形态进行控制。
37.进一步的，所述天线背架为阶梯斜面结构；
38.所述第一四边形厚板单元5、第二四边形厚板单元8、第三四边形厚板单元11、第四四边形厚板单元14、第一三角形厚板单元6、第二三角形厚板单元7、第三三角形厚板单元9、第四三角形厚板单元10、第五三角形厚板单元12、第六三角形厚板单元13、第七三角形厚板单元15和第八三角形厚板单元16的几何尺寸参数随所在行的位置变化而变化，同一行的厚板单元尺寸参数相同。
39.进一步的，所述天线背架的自由度为1。
40.进一步的，所述第一四边形厚板单元5、第二四边形厚板单元8、第三四边形厚板单元11、第四四边形厚板单元14、第一三角形厚板单元6、第二三角形厚板单元7、第三三角形厚板单元9、第四三角形厚板单元10、第五三角形厚板单元12、第六三角形厚板单元13、第七三角形厚板单元15和第八三角形厚板单元16的几何尺寸参数根据目标抛物面天线背架的曲率确定。
41.本发明的有益效果是：
42.本技术将折纸结构与模块化设计理念引入空间可展抛物面天线背架的设计中，可展天线背架是通过铰链连接组成的一个单自由度厚板可展机构，不同厚板折纸模块按照给定的方式连接固定，驱动可以实现拉伸和曲面变形。在天线背架表面覆盖柔性索网，即可实现整个抛物面天线背架的折叠收拢变形。背架的初始形态为形态的最小状态，可以节约发射时所占的空间。当天线被发射至太空工作位置后，通过电机驱动实现天线背架的展开，实现表面抛物面索网成形，可有效提升天线的折展效率。
43.本发明结构简单，折叠比较大，适用于不同形态的空间抛物面天线背架设计，且生产装配过程比较方便，适用于大规模生产制造，制造成本低。采用模块化设计，原理简单便于控制。
附图说明
44.图1为厚板折纸结构的空间可展抛物面天线背架示意图；
45.图2为厚板折纸结构的空间可展抛物面天线背架主视图；
46.图3为厚板折纸模块a示意图；
47.图4为厚板折纸模块a展开示意图；
48.图5为厚板折纸模块b示意图；
49.图6为厚板折纸模块b展开示意图；
50.图7为厚板折纸模块a和厚板折纸模块b装配示意图；
51.图8为厚板折纸模块a和厚板折纸模块b装配示意图；
52.图9为厚板单元的阶梯斜面结构与相邻厚板单元配合状态示意图；
53.图10为厚板折纸结构的空间可展抛物面天线背架收拢状态示意图。
54.抛物面索网(1)，厚板折纸结构空间可展抛物面天线背架(2)，厚板折纸模块a(3)，厚板折纸模块b(4)，四边形厚板单元a(5)，三角形厚板单元a(6)，三角形厚板单元b(7)，四边形厚板单元b(8)，三角形厚板单元c(9)，三角形厚板单元d(10)，四边形厚板单元c(11)，三角形厚板单元e(12)，三角形厚板单元f(13)，四边形厚板单元d(14)，三角形厚板单元g(15)，三角形厚板单元h(16)，装配三角形厚板单元a(17)，装配三角形厚板单元b(18)，形态控制四边形厚板单元(19)，形态控制三角形厚板单元(20)，厚板折纸模块a-1(21)，厚板折纸模块a-2(22)，厚板折纸模块a-3(23)，厚板折纸模块b-1(24)，厚板折纸模块b-2(25)，厚板折纸模块b-3(26)，厚板折纸模块b-4(27)。
具体实施方式
55.需要特别说明的是，在不冲突的情况下，本技术公开的各个实施方式之间可以相互组合。
56.具体实施方式一：参照图1具体说明本实施方式，本实施方式所述的一种基于厚板折纸结构的空间可展抛物面天线背架，包括多个厚板折纸a模块3和多个厚板折纸b模块4；
57.所述厚板折纸a模块3包括第一四边形厚板单元5、第二四边形厚板单元8、第一三角形厚板单元6、第二三角形厚板单元7、第三三角形厚板单元9以及第四三角形厚板单元10，所述第一四边形厚板单元5和第二四边形厚板单元8为梯形，所述第一三角形厚板单元6、第二三角形厚板单元7、第三三角形厚板单元9以及第四三角形厚板单元10为直角三角形；
58.所述第一四边形厚板单元5的一条边和第一三角形厚板单元6的斜边铰接；
59.所述第一三角形厚板单元6的直角边和第二三角形厚板单元7的直角边铰接；
60.所述第二三角形厚板单元7的斜边和第二四边形厚板单元8的一条边铰接；
61.所述第二四边形厚板单元8的另一条边和第三三角形厚板单元9的斜边铰接；
62.所述第三三角形厚板单元9的直角边和第四三角形厚板单元10的直角边铰接；
63.所述第四三角形厚板单元10的斜边和第一四边形厚板单元5的另一条边铰接；
64.所述第一四边形厚板单元5、第一三角形厚板单元6、第二三角形厚板单元7、第二四边形厚板单元8、第三三角形厚板单元9和第四三角形厚板单元10形成闭环；
65.所述厚板折纸a模块3展开为矩形；
66.所述厚板折纸a模块3折叠时，第一三角形厚板单元6、第二三角形厚板单元7、第三三角形厚板单元9以及第四三角形厚板单元10置于第一四边形厚板单元5和第二四边形厚板单元8之间；
67.所述厚板折纸b模块4包括：第三四边形厚板单元11、第四四边形厚板单元14、第五三角形厚板单元12、第六三角形厚板单元13、第七三角形厚板单元15和第八三角形厚板单元16，所述第三四边形厚板单元11、第四四边形厚板单元14为梯形，所述第五三角形厚板单元12、第六三角形厚板单元13、第七三角形厚板单元15和第八三角形厚板单元16为直角三角形；
68.所述第三四边形厚板单元11的下底和第四四边形厚板单元14的下底铰接；
69.所述第三四边形厚板单元11的两条边分别与第五三角形厚板单元12的斜边和第六三角形厚板单元13的斜边铰接；
70.所述第四四边形厚板单元14的两条边分别与第七三角形厚板单元15的斜边和第八三角形厚板单元16的斜边铰接；
71.所述厚板折纸b模块4展开为矩形；
72.所述厚板折纸b模块4折叠时，第五三角形厚板单元12、第六三角形厚板单元13、第七三角形厚板单元15和第八三角形厚板单元16不置于第三四边形厚板单元11和第四四边形厚板单元14之间；
73.所述厚板折纸a模块3和厚板折纸b模块4折叠时，厚板折纸b模块4插装在第一四边形厚板单元5和第二四边形厚板单元8之间；
74.第三三角形厚板单元9与第一四边形厚板单元5或第二四边形厚板单元8底边平行的边，即a边；
75.第四三角形厚板单元10与第一四边形厚板单元5或第二四边形厚板单元8底边平行的边，即b边；
76.第五三角形厚板单元12与第三四边形厚板单元11或第四四边形厚板单元14底边平行的边，即c边；
77.第六三角形厚板单元13与第三四边形厚板单元11或第四四边形厚板单元14底边平行的边，即d边；
78.a边与d边重合，b边与c边重合，第三三角形厚板单元9与第六三角形厚板单元13重合的部分固定连接，第四三角形厚板单元10和第五三角形厚板单元12重合的部分固定连接；
79.所述厚板折纸a模块3中第一四边形厚板单元5的下底与另一个厚板折纸a模块3中第二四边形厚板单元8的下底铰接；
80.所述厚板折纸b模块4中第五三角形厚板单元12与第三四边形厚板单元11或第四四边形厚板单元14下底垂直的边，即e边；
81.所述厚板折纸b模块4中第六三角形厚板单元13与第三四边形厚板单元11或第四四边形厚板单元14下底垂直的边，即f边；
82.所述厚板折纸b模块4中第七三角形厚板单元15与第三四边形厚板单元11或第四四边形厚板单元14下底垂直的边，即g边；
83.所述厚板折纸b模块4中第八三角形厚板单元16与第三四边形厚板单元11或第四四边形厚板单元14下底垂直的边，即h边；
84.所述厚板折纸b模块4中的e边与另一个厚板折纸b模块4中的f边铰接；
85.所述厚板折纸b模块4中的g边与另一个厚板折纸b模块4中的h边铰接。
86.参见图1-7说明本实施方式，一种厚板折纸结构的空间可展抛物面天线背架，它包括厚板折纸模块a、厚板折纸模块b和柔性抛物面索网，所述厚板折纸模块a与厚板折纸模块b串联装配，所述抛柔性物面索网设置在厚板折纸结构的表面上，所述厚板折纸模块均可折叠和展开，通过串联联动带动整个天线背架展开和收拢，实现抛物面索网的拉伸和曲面变形。
87.具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一的进一步说明，本实施方式与具体实施方式一的区别是所述第一四边形厚板单元5、第二四边形厚板单元8、第三四边形厚板单元11以及第四四边形厚板单元14的厚度参数相等。
88.具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式一的进一步说明，本实施方式与具体实施方式一的区别是所述第一三角形厚板单元6、第二三角形厚板单元7、第三三角形厚板单元9、第四三角形厚板单元10、第五三角形厚板单元12、第六三角形厚板单元13、第七三角形厚板单元15和第八三角形厚板单元16通过相互配合对天线背架的展开形态进行控制。
89.具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式一的进一步说明，本实施方式与具体实施方式一的区别是所述天线背架为阶梯斜面结构；
90.所述第一四边形厚板单元5、第二四边形厚板单元8、第三四边形厚板单元11、第四四边形厚板单元14、第一三角形厚板单元6、第二三角形厚板单元7、第三三角形厚板单元9、第四三角形厚板单元10、第五三角形厚板单元12、第六三角形厚板单元13、第七三角形厚板单元15和第八三角形厚板单元16的几何尺寸参数随所在行的位置变化而变化，同一行的厚板单元尺寸参数相同。
91.具体实施方式五：本实施方式是对具体实施方式一的进一步说明，本实施方式与具体实施方式一的区别是所述天线背架的自由度为1。
92.具体实施方式六：本实施方式是对具体实施方式一的进一步说明，本实施方式与具体实施方式一的区别是所述第一四边形厚板单元5、第二四边形厚板单元8、第三四边形厚板单元11、第四四边形厚板单元14、第一三角形厚板单元6、第二三角形厚板单元7、第三三角形厚板单元9、第四三角形厚板单元10、第五三角形厚板单元12、第六三角形厚板单元13、第七三角形厚板单元15和第八三角形厚板单元16的几何尺寸参数根据目标抛物面天线背架的曲率确定。
93.包括厚板折纸模块a、厚板折纸模块b和抛物面索网，所述厚板折纸模块a与厚板折纸模块b串联装配，所述抛物面索网设置在厚板折纸结构的表面上，所述厚板折纸模块均可折叠和展开，通过串联联动带动整个天线背架展开和收拢，实现抛物面索网的拉伸和曲面变形。所述厚板折纸模块a包括2个四边形厚板单元和4个三角形厚板单元，四边形厚板单元几何尺寸相同，三角形厚板单元几何尺寸与四边形单元尺寸相互对应。所述厚板单元之间依次铰接，形成封闭环路，三角形厚板单元的铰接位置位于单元板面的两侧，四边形厚板单元的铰接位置位于板面一侧，四边形厚板单元间不放置铰链，所述厚板折纸模块a完全展开后上表面为平面状态。所述厚板折纸模块b包括2个四边形厚板单元和4个三角形厚板单元，四边形厚板单元几何尺寸相同，三角形厚板单元几何尺寸与四边形单元尺寸相互对应。所述三角形厚板单元与四边形厚板单元铰接，四边形厚板单元相互铰接，铰接位置位于单元板面的两侧，所述厚板折纸模块b完全展开后上表面为平面状态。所述厚板折纸模块a和厚板折纸模块b串联装配，对应位置的厚板单元粘接固定，重合边线的长度相等，角度对应相等。所述相互装配粘结固定的厚板单元结构形式相同，装配表面完全重合，面板间厚度差值与四边形厚板单元的厚度参数相等。所述厚板单元通过阶梯斜面结构与相邻厚板单元配合对天线背架的展开形态进行控制。所述厚板折纸结构的空间可展抛物面天线背架可以完全收拢。所述厚板折纸模块的几何尺寸参数随所在行的位置变化而变化，同一行中模块单元的尺寸参数是相同的。所述厚板折纸结构的空间可展抛物面天线背架的自由度为1。
94.实施例：
95.本实施例厚板折纸模块a-3包括四边形厚板单元a-5、四边形厚板单元b-8和4个三
角形厚板单元a-6、三角形厚板单元b-7、三角形厚板单元c-9、三角形厚板单元d-10，所述四边形厚板单元a-5与三角形厚板单元a-6铰接，三角形厚板单元a-6与三角形厚板单元b-7铰接，三角形厚板单元b-7与四边形厚板单元b-8铰接，四边形厚板单元b-8与三角形厚板单元c-9铰接，三角形厚板单元c-9与三角形厚板单元d-10铰接，三角形厚板单元d-10与四边形厚板单元a-5铰接，形成闭环。三角形厚板单元的铰接位置位于板面两侧，四边形厚板单元的铰接位置位于板面一侧，四边形厚板单元a-5和四边形厚板单元b-8几何尺寸相同，三角形厚板单元a-6和三角形厚板单元b-7的结构形式对称，三角形厚板单元c-9和三角形厚板单元d-10的结构形式对称，所述厚板折纸模块a-3的自由度为1，展开后上表面为平面。
96.厚板折纸模块b-4包括四边形厚板单元c-11、四边形厚板单元d-14和4个三角形厚板单元e-12、三角形厚板单元f-13、三角形厚板单元g-15、三角形厚板单元h-16，所述四边形厚板单元c-11与三角形厚板单元e-12铰接，三角形厚板单元f-13与四边形厚板单元d-14铰接，三角形厚板单元g-15与四边形厚板单元d-14铰接，三角形厚板单元h-16与四边形厚板单元c-11铰接，四边形厚板单元c-11与四边形厚板单元d-14铰接。三角形厚板单元的铰接位置位于板面一侧，四边形厚板单元的铰接位置位于板面两侧，四边形厚板单元c-11和四边形厚板单元d-14几何尺寸相同，三角形厚板单元e-12和三角形厚板单元f-13的结构形式对称，三角形厚板单元g-15和三角形厚板单元h-16的结构形式对称，所述厚板折纸模块b-2展开后上表面为平面。
97.厚板折纸模块a-3和厚板折纸模块b-4串联装配，所述三角形厚板单元d-10与三角形厚板单元e-12粘接固定，重合边线的长度相等，角度对应相等，所述三角形厚板单元c-9与三角形厚板单元f-13粘接固定，重合边线的长度相等，角度对应相等。粘接固定后的三角形厚板单元的运动形式相同，可以串联带动四边形厚板单元运动。形态控制三角形厚板单元-20与形态控制四边形厚板单元-19配合对天线背架的展开状态进行控制，展开到位后实现限位制动。
98.本实施例中厚板折纸模块a的数量共9个，分别布置在3行，每行3个模块；厚板折纸模块b的数量共6个，分别布置在2行，每行3个模块；半个厚板折纸模块b的数量共6个，分别布置在两侧末端2行，每行3个模块；厚板折纸模块的几何尺寸参数随所在行的位置序号而变化，同一行中厚板模块单元的尺寸参数是相同的，厚板折纸模块a共分为3类，分别为厚板折纸模块a-1，厚板折纸模块a-2，厚板折纸模块a-3，厚板折纸模块a的共分为4类，分别为厚板折纸模块b-1，厚板折纸模块b-2，厚板折纸模块b-3，厚板折纸模块b-4。厚板折纸模块的几何参数可根据目标抛物面天线背架的曲率进行设计，采用模块化设计，背架的面积越大则厚板折纸模块单元的数量越多。
99.抛柔性物面索网设置在厚板折纸结构背架的表面上，厚板折纸模块背架通过串联联动带动整个天线背架展开和收拢，实现抛物面索网的拉伸和曲面变形。
100.工作原理如下：
101.假定厚板折纸空间可展抛物面天线背架的工作状态和收拢状态分别如图1和图7所示，天线背架初始处于收拢状态，此时厚板折纸模块a和厚板折纸模块b中的各四边形厚板单元处于平行相邻状态，三角形厚板单元折叠收拢在四边形厚板单元之间。当天线背架由收拢状态展开至工作状态时，中间行位置的厚板折纸模块a-1左右两侧的四边形厚板单元向外侧运动，从而带动中间行中的其他厚板折纸模块向外伸展运动，由于中间行一侧铰
接的厚板折纸模块b-1中的三角形厚板单元随着中间行模块的运动发生位置改变，带动b-1模块所在行其他的厚板单元运动，进而带动该行厚板折纸模块的产生向外伸展运动。位于中间行另一侧的厚板折纸模块b-2的运动过程与b-1模块的运动模式一致，由此改行也可实现折纸模块的伸展。厚板折纸模块a-2所在行的三角形厚板单元会随着厚板折纸模块b-1的展开运动发生位置改变，进而带动a-2模块所在行其他的厚板单元运动，所有a-2厚板折纸模块产生向外的伸展运动，而a-2厚板折纸模块的运动会带动厚板折纸模块b-3的向外展开。另一侧的a-3厚板折纸模块及b-4厚板折纸模块分别与a-2厚板折纸模块及b-3厚板折纸模块的运动原理对应，由此整个天线背架的所有厚板折纸模块都会发生向外的伸展运动，实现整个天线背架的展开。当形态控制四边形厚板单元与形态控制三角形厚板单元的阶梯斜面结构相接触后，相应的厚板折纸模块的运动就会停止，由此整个天线背架的展开运动也会停止，实现抛物面索网的拉伸和曲面变形。
102.需要注意的是，具体实施方式仅仅是对本发明技术方案的解释和说明，不能以此限定权利保护范围。凡根据本发明权利要求书和说明书所做的仅仅是局部改变的，仍应落入本发明的保护范围内。