基于中心变形桁架外接缠绕肋大型可展开反射面

摘要

基于中心变形桁架外接缠绕肋大型可展开反射面，涉及大型缠绕肋式展开抛物面天线技术领域。中心变形桁架是正多边形桁架，每个分叉肋板前缘板边与中心变形桁架对应短边柱通过铰链连接，反射面几何构型为偏馈抛物面，反射面外法线方向的背面中心区域与变形桁架支撑的张拉背网成型，中心区域之外与多个对称分叉肋板的下板边固接，张拉背网通过多个控形调节索与反射面连接，支撑臂一端与中心变形桁架的上边缘短边柱结点处铰接，支撑臂另一端与卫星本体铰接，抛物面焦点处馈源与反射面相对应，馈源通过波导管固定安装在卫星本体上。它采用中心索网式内无骨架外有肋板骨架的集成结构，具有很高的面质比优势，展开可靠性强，同时消除了遮挡效应。

说明书

技术领域

本发明涉及大型缠绕肋式展开抛物面天线技术领域，尤其是基于中心变形桁架外接缠绕肋大型可展开反射面。

背景技术

在航天技术发展日新月异的今天，反射面与卫星之间如何更有效的进行结合，一直是航天领域的科研人员十分重视的问题。周边桁架张拉网反射面与缠绕肋展开反射面是目前比较常见的两种反射面，两者均存在各自的缺陷。周边桁架张拉网反射面的桁架高度设计受到发射体积限制，要求周边桁架的高度大于运载火箭的整流罩的高度，占用空间较大。而缠绕肋展开反射面的中心与卫星本体连接的支撑臂过长，折叠展开节数过多，造成结构挠度大，展开可靠性低的问题。此外，目前的反射面设计时普遍为馈源正馈，存在馈源的遮挡效应，亦是不容忽略的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供基于中心变形桁架外接缠绕肋大型可展开反射面，它采用内无骨架外有骨架的结构，具有很高的面质比优势，展开可靠性强，同时消除了遮挡效应。

实现上述目的，本发明采取下述技术方案：基于中心变形桁架外接缠绕肋大型可展开反射面，包括中心变形桁架、反射面、张拉背网、支撑臂、馈源、多个分叉肋板以及多个控形调节索，所述的中心变形桁架是偶数个矩形框单元共用短边组成的正多边形桁架，所述的多个分叉肋板均为对称分叉的变横截面薄板，每个所述的分叉肋板前缘与中心变形桁架对应矩形框单元短边柱通过铰链连接，所述的反射面为几何形状偏馈抛物面，反射面背面中心区域与变形桁架支撑的张拉背网同控形调节索连接，反射面背面中心区域之外与多个分叉肋板的下板边固接，所述的张拉背网位于中心变形桁架内部，张拉背网通过多个控形调节索沿外法线方向与反射面背面点对点连接，所述的支撑臂一端与中心变形桁架的上边缘短边柱结点处铰接，支撑臂另一端与卫星本体铰接，所述的馈源位于反射面焦点重合位置，馈源通过波导管固定安装在卫星本体上。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明是将传统的周边桁架张拉网反射面与缠绕肋展开反射面进行优化组合与改进，进行优势互补，采用内无骨架外有骨架的分区设计，解决了周边桁架张拉网反射面的桁架高度设计受到发射体积限制而导致的体积过大的问题，以及缠绕肋展开反射面的中心体与卫星本体之间机械臂过长而导致的展开可靠性低的问题，收拢体积小、展开面积大，具有很高的面质比优势，展开可靠性强，同时消除了遮挡效应。

附图说明

图1是本发明的基于中心变形桁架外接缠绕肋大型可展开反射面的安装结构示意图；

图2是本发明展开时的轴测图，支撑臂及馈源未表示；

图3是本发明收拢时的轮廓示意图；

图4是本发明展开时的轮廓示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是发明的一部分实施例，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做出创造性劳动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。

具体实施方式一：如图1~图4所示，本发明公开了基于中心变形桁架外接缠绕肋大型可展开反射面，包括中心变形桁架1、反射面3、张拉背网4、支撑臂6、馈源7、多个分叉肋板2以及多个控形调节索5，所述的中心变形桁架1是偶数个矩形框单元1-1共用短边组成的正多边形桁架，所述的多个分叉肋板2均为对称分叉的变横截面薄板，每个所述的分叉肋板2前缘与中心变形桁架1对应矩形框单元1-1短边柱通过铰链连接，所述的反射面3为几何形状偏馈抛物面，反射面3背面中心区域与变形桁架1支撑的张拉背网4同控形调节索5连接，反射面3背面中心区域之外与多个分叉肋板2的下板边固接，所述的张拉背网4位于中心变形桁架1内部，张拉背网4通过多个控形调节索5沿外法线方向与反射面3背面点对点连接，所述的支撑臂6一端与中心变形桁架1的上边缘短边柱结点处铰接，支撑臂6另一端与卫星本体8铰接，所述的馈源7位于反射面3焦点重合位置，馈源7通过波导管固定安装在卫星本体8上。通过设置控形调节索5的数量和位置，并调节张力的大小及方向，使反射面3满足抛物线方程y=ax²，张拉背网4和控形调节索5是柔性材料，当中心变形桁架1向心折叠时，能随结构一起变化。

具体实施方式二：如图2所示，本实施方式是对具体实施方式一作出的进一步说明，所述的中心变形桁架1由多个竖直的矩形框单元1-1共用短边柱组成正多边形棱柱体，每个所述的矩形框单元1-1的两条长边均为水平设置的长条薄片状，每个矩形框单元1-1的两条短边均为竖直设置的圆柱体，每个矩形框单元1-1的四个角点处均固定设有扭矩弹簧，每个矩形框单元1-1的一条对角线处均固定有长条状薄板条1-2。中心变形桁架1能通过第一次的向心折叠实现中心收拢，每个矩形框单元1-1的两条长杆为长条薄片状，每个矩形框单元1-1的一条对角线处固定有用于稳定矩形框单元1-1的长条状薄板条1-2，可以顺时针或逆时针卷曲收拢，展开时中心变形桁架1收拢的弹性势能与矩形框单元1-1角点的扭矩弹簧平衡，实现低冲击展开过程。

具体实施方式三：如图2所示，本实施方式是对具体实施方式一作出的进一步说明，每个所述的分叉肋板2均包括主肋2-1和两个对称分叉的次肋2-2，每个所述的主肋2-1中心位置的两侧分别通过片状弹簧与一个次肋2-2的前板边构成锐角一体化纤维连接。片状弹簧可使分叉的次肋2-2展开到指定角度。

具体实施方式四：如图2所示，本实施方式是对具体实施方式三作出的进一步说明，每个所述的主肋2-1及次肋2-2的自由尾端均一体化纤维连接光滑过度为一对弹性薄柱壳（9）。弹性薄柱壳9在折叠收拢时呈一字形，存储一定的弹性势能，展开后呈人字形，作用是提高分叉肋板2的主肋2-1及次肋2-2的抗扭刚度。

具体实施方式五：如图1、2所示，本实施方式是对具体实施方式一作出的进一步说明，所述的反射面3位于抛物线方程y=ax²的单侧偏置区域。本发明的反射面3为偏馈抛物面，位于抛物线方程y=ax²的单侧偏置区域，由中心变形桁架1和多个分叉肋板2固定支撑，可消除反射面3和馈源7的遮挡效应。

具体实施方式六：如图1所示，本实施方式是对具体实施方式一作出的进一步说明，所述的支撑臂6为三段折叠支撑臂。采用三段折叠支撑臂用于调整反射面3的角度。

具体实施方式七：如图1所示，本实施方式是对具体实施方式一作出的进一步说明，所述的馈源7为含双振子的方形金属片。

每个分叉肋板2一端与中心变形桁架1对应端点通过铰链连接，该铰链能实现相邻两个矩形框单元1-1的短杆产生相对转动，也能与对应的分叉肋板2的主肋2-1之间产生转动。

传统缠绕肋的机械支撑臂要通过中心鼓连接到卫星本体，支撑臂需要的最小长度等于反射面半径，支撑臂需要最小长度加反射面边缘到卫星本体的距离，之后再除以整流罩的高度为折叠段数，本发明摒弃了传统的中心连接方式，而是与中心变形桁架1的上边缘一结点位置连接，效果是减小了支撑臂需要的最小长度（减小约1/3），从而降低结构挠度，增强稳定性。本发明的分叉肋板2与传统的缠绕肋相比，没有关节，通过弹性势能被动展开，而且还设有弹性薄柱壳9，提高了展开可靠性。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的装体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同条件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。