本發(fā)明屬于星載可展開天線領(lǐng)域，具體是一種新型環(huán)形可展開桁架結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

隨著太空探測(cè)技術(shù)的不斷進(jìn)步，對(duì)大型星載天線的技術(shù)要求也越來(lái)越高。環(huán)形可展開天線因?yàn)榫哂写罂趶健⑤p質(zhì)量、高精度、高收納率等優(yōu)點(diǎn)，是目前比較理想的大型星載天線的結(jié)構(gòu)形式。

美國(guó)northropgrumman公司的am-1環(huán)形可展開天線已被多次成功應(yīng)用于太空衛(wèi)星中，目前世界上最先進(jìn)的星載環(huán)形可展開天線。am-1天線的環(huán)形可展開結(jié)構(gòu)一般由30個(gè)平行四邊形單元組成，每個(gè)平行四邊形單元的有一個(gè)沿對(duì)角線方向布置的可伸縮套筒結(jié)構(gòu)。通過(guò)改變平行四邊形單元結(jié)構(gòu)的對(duì)角線長(zhǎng)度，實(shí)現(xiàn)環(huán)形天線的收攏和展開。如圖1所示，平行四邊形單元結(jié)構(gòu)的橫桿和斜桿位于同一個(gè)平面內(nèi)，所以桁架收攏到一定角度時(shí)，橫桿和斜桿會(huì)發(fā)生碰撞，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)無(wú)法繼續(xù)收攏，收攏直徑偏大。其次，am-1天線的五點(diǎn)鉸鏈和三點(diǎn)鉸鏈與豎桿均使用固定副相連，導(dǎo)致天線收攏時(shí)收攏高度偏大。

運(yùn)載火箭的空間有限，故天線的收攏體積越小越好，即可展開天線的收攏直徑及收攏高度越小越好。環(huán)形桁架作為整個(gè)星載天線的支撐結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的收攏直徑和收攏高度決定了整個(gè)天線的收攏體積，所以設(shè)計(jì)出一種收攏直徑小、收攏高度小的環(huán)形桁架是很有意義的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，提出了一種新型的環(huán)形周邊可展開桁架結(jié)構(gòu)，可通過(guò)減小環(huán)形桁架的收攏直徑，降低環(huán)形桁架的收攏高度，從而有效地較小天線的收攏體積。

本發(fā)明的技術(shù)方案：一種新型環(huán)形可展開桁架結(jié)構(gòu)，包括多個(gè)類平行四邊形結(jié)構(gòu)單元，相鄰的類平行四邊形結(jié)構(gòu)單元通過(guò)三點(diǎn)鉸鏈和五點(diǎn)鉸鏈連接形成一個(gè)封閉的環(huán)形結(jié)構(gòu)；其中一個(gè)類平行四邊形結(jié)構(gòu)單元包括第一豎桿和第二豎桿兩根豎桿、第一橫桿和第二橫桿兩根橫桿、第一斜桿和第二斜桿兩根斜桿、第一五點(diǎn)鉸鏈和第二五點(diǎn)鉸鏈兩個(gè)五點(diǎn)鉸鏈以及第一三點(diǎn)鉸鏈和第二三點(diǎn)鉸鏈兩個(gè)三點(diǎn)鉸鏈；所述第一豎桿的上端連接第一五點(diǎn)鉸鏈，第二豎桿的下端連接第二五點(diǎn)鉸鏈，第一豎桿沿其桿長(zhǎng)還滑動(dòng)連接第一三點(diǎn)鉸鏈，第二豎桿沿其桿長(zhǎng)還滑動(dòng)連接第二三點(diǎn)鉸鏈，其中，其中第一五點(diǎn)鉸鏈和第二三點(diǎn)鉸鏈位于第一豎桿和第二豎桿的同一側(cè)；第一三點(diǎn)鉸鏈和第二五點(diǎn)鉸鏈位于第一豎桿和第二豎桿的另一側(cè)；所述第一橫桿的左端與第一五點(diǎn)鉸鏈連接，右端與第二三點(diǎn)鉸鏈連接；所述第二橫桿的左端與第一三點(diǎn)鉸鏈連接，右端與第二五點(diǎn)鉸鏈連接；所述第一斜桿和第二斜桿的軸線相同，使用滑動(dòng)副連接，二者構(gòu)成伸縮桿結(jié)構(gòu)，第一斜桿位于第二斜桿的上方，所述第一斜桿的上端連接第一五點(diǎn)鉸鏈，第二斜桿的下端連接第二五點(diǎn)鉸鏈；該新型環(huán)形可展開桁架結(jié)構(gòu)的相鄰兩個(gè)類平行四邊形結(jié)構(gòu)單元共用一根豎桿、一個(gè)五點(diǎn)鉸鏈和一個(gè)三點(diǎn)鉸鏈；所述第一橫桿、兩根斜桿以及第二橫桿分別分布于三個(gè)相互平行的縱向平面內(nèi)，第一橫桿位于內(nèi)層縱向平面，第一斜桿和第二斜桿位于中間縱向平面，第二橫桿位于外層縱向平面。

上述第一豎桿與第一三點(diǎn)鉸鏈之間、第二豎桿與第二三點(diǎn)鉸鏈之間均通過(guò)滑動(dòng)副連接。

上述第一橫桿與第二三點(diǎn)鉸鏈之間、第二橫桿與第一三點(diǎn)鉸鏈之間均通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副連接。

上述第一豎桿與第一五點(diǎn)鉸鏈之間、第二豎桿與第二五點(diǎn)鉸鏈之間均通過(guò)固定副連接。

上述第一斜桿和第二斜桿使用滑動(dòng)副連接。

該新型環(huán)形可展開桁架結(jié)構(gòu)還包括兩條驅(qū)動(dòng)繩索，第一條驅(qū)動(dòng)繩索從第一豎桿上的第一五點(diǎn)鉸鏈接口開始，穿過(guò)第一橫桿，再繞過(guò)第二豎桿上端設(shè)置的滑輪進(jìn)入下一個(gè)類平行四邊形結(jié)構(gòu)單元的第一橫桿，終止于第一豎桿上的第一五點(diǎn)鉸鏈接口；第二條驅(qū)動(dòng)繩索從第二橫桿上的第二五點(diǎn)鉸鏈接口開始，穿過(guò)第二橫桿，再繞過(guò)第一豎桿下端的滑輪進(jìn)入下一個(gè)類平行四邊形結(jié)構(gòu)單元的第二橫桿，終止于第二豎桿上的第二五點(diǎn)鉸鏈接口；第一條驅(qū)動(dòng)繩索主要沿環(huán)形可展開桁架結(jié)構(gòu)的第一橫桿分布，第二條驅(qū)動(dòng)繩索主要沿環(huán)形可展開桁架結(jié)構(gòu)的第二橫桿分布；每個(gè)類平行四邊形結(jié)構(gòu)單元的兩根斜桿組成滑動(dòng)連接的套筒結(jié)構(gòu)，套筒結(jié)構(gòu)中設(shè)有一驅(qū)動(dòng)彈簧；通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)繩索收縮和驅(qū)動(dòng)彈簧伸長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)整個(gè)環(huán)形可展開桁架結(jié)構(gòu)的展開。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明將環(huán)形可展開桁架結(jié)構(gòu)相鄰的類平行四邊形單元結(jié)構(gòu)通過(guò)固定于豎桿上的五點(diǎn)鉸鏈和沿豎桿方向滑動(dòng)的三點(diǎn)鉸鏈相連接。上橫桿、斜桿和下橫桿設(shè)計(jì)分布在沿水平方向的三個(gè)平面內(nèi)，上橫桿位于內(nèi)層平面，斜桿位于中間平面，下橫桿位于外層平面。環(huán)形桁架在收攏時(shí)，上橫桿、斜桿和下橫桿就分別在三個(gè)相互平行的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，桿件之間不會(huì)發(fā)生碰撞。桁架完全收攏時(shí)，各個(gè)桿件均沿豎直方向分布，可以有效地減小桁架的收攏直徑。其次，三點(diǎn)鉸鏈與豎桿使用滑動(dòng)副相連，桁架收攏時(shí)，三點(diǎn)鉸鏈可沿豎桿方向滑動(dòng)，可以大大減小桁架的收攏高度。

以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

附圖說(shuō)明

圖1為現(xiàn)有環(huán)形周邊桁架的相鄰單元示意圖；

圖2為本發(fā)明的類平行四邊形結(jié)構(gòu)單元示意圖；

圖3a為圖2中的第一豎桿結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3b為圖2中的第二豎桿結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4a為本發(fā)明的相鄰單元的五點(diǎn)鉸鏈?zhǔn)疽鈭D一；

圖4b為本發(fā)明的相鄰單元的五點(diǎn)鉸鏈?zhǔn)疽鈭D二；

圖4c為本發(fā)明的相鄰單元的三點(diǎn)鉸鏈?zhǔn)疽鈭D一；

圖4d為本發(fā)明的相鄰單元的三點(diǎn)鉸鏈?zhǔn)疽鈭D二；

圖5為本發(fā)明的環(huán)形桁架完全收攏態(tài)示意圖；

圖6為本發(fā)明的環(huán)形桁架部分展開態(tài)示意圖；

圖7為本發(fā)明的環(huán)形桁架完全展開態(tài)示意圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1：

本實(shí)施例提供了一種新型環(huán)形可展開桁架結(jié)構(gòu)，包括多個(gè)類平行四邊形結(jié)構(gòu)單元，相鄰的類平行四邊形結(jié)構(gòu)單元通過(guò)三點(diǎn)鉸鏈和五點(diǎn)鉸鏈連接形成一個(gè)封閉的環(huán)形結(jié)構(gòu)；如圖2所示，其中一個(gè)類平行四邊形結(jié)構(gòu)單元包括第一豎桿1和第二豎桿2兩根結(jié)構(gòu)相同的豎桿、第一橫桿3和第二橫桿4兩根結(jié)構(gòu)相同的橫桿、第一斜桿5和第二斜桿6兩根斜桿、第一五點(diǎn)鉸鏈7和第二五點(diǎn)鉸鏈8兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同的五點(diǎn)鉸鏈以及第一三點(diǎn)鉸鏈9和第二三點(diǎn)鉸鏈10兩個(gè)結(jié)構(gòu)相同的三點(diǎn)鉸鏈；所述第一豎桿1的上端連接第一五點(diǎn)鉸鏈7，第二豎桿2的下端連接第二五點(diǎn)鉸鏈8，第一豎桿1沿其桿長(zhǎng)還滑動(dòng)連接第一三點(diǎn)鉸鏈9，第二豎桿2沿其桿長(zhǎng)還滑動(dòng)連接第二三點(diǎn)鉸鏈10，其中，其中第一五點(diǎn)鉸鏈7和第二三點(diǎn)鉸鏈10位于第一豎桿1和第二豎桿2的同一側(cè)；第一三點(diǎn)鉸鏈9和第二五點(diǎn)鉸鏈8位于第一豎桿1和第二豎桿2的另一側(cè)；所述第一橫桿3的左端與第一五點(diǎn)鉸鏈7連接，右端與第二三點(diǎn)鉸鏈10連接；所述第二橫桿4的左端與第一三點(diǎn)鉸鏈9連接，右端與第二五點(diǎn)鉸鏈8連接；所述第一斜桿5和第二斜桿6的軸線相同，使用滑動(dòng)副連接，二者構(gòu)成伸縮桿結(jié)構(gòu)，第一斜桿5位于第二斜桿6的上方，所述第一斜桿5的上端連接第一五點(diǎn)鉸鏈7，第二斜桿6的下端連接第二五點(diǎn)鉸鏈8；該新型環(huán)形可展開桁架結(jié)構(gòu)的相鄰兩個(gè)類平行四邊形結(jié)構(gòu)單元共用一根豎桿、一個(gè)五點(diǎn)鉸鏈和一個(gè)三點(diǎn)鉸鏈；如圖3所示為相鄰的豎桿、五點(diǎn)鉸鏈以及三點(diǎn)鉸鏈的結(jié)構(gòu)示意圖。所述第一橫桿3、兩根斜桿以及第二橫桿4分別分布于三個(gè)相互平行的縱向平面內(nèi)，第一橫桿3位于內(nèi)層縱向平面，第一斜桿5和第二斜桿6位于中間縱向平面，第二橫桿4位于外層縱向平面。圖4所示為相鄰類平行四邊形結(jié)構(gòu)單元的五點(diǎn)鉸鏈和三點(diǎn)鉸鏈結(jié)構(gòu)示意圖，結(jié)合圖2和3可以得出在一個(gè)類平行四邊形結(jié)構(gòu)單元中，第一橫桿3，兩根斜桿，第二橫桿4分別位于三個(gè)相互平行的縱向平面內(nèi)，第一橫桿3位于內(nèi)層平面，兩根斜桿位于中間平面，第二橫桿位于外層平面。這樣，環(huán)形桁架收攏的過(guò)程中第一橫桿3、第一斜桿5和第二斜桿6、第二橫桿4分別在三個(gè)相互平行的平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)，互不干擾。桁架完全收攏時(shí)，各個(gè)桿件均沿豎直方向分布，可以有效地減小桁架的收攏直徑。其次，三點(diǎn)鉸鏈與豎桿使用滑動(dòng)副相連，桁架收攏時(shí)，三點(diǎn)鉸鏈可沿豎桿方向滑動(dòng)，可以大大減小桁架的收攏高度。

實(shí)施例2：

在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，所述第一豎桿1與第一三點(diǎn)鉸鏈9之間、第二豎桿2與第二三點(diǎn)鉸鏈10之間均通過(guò)滑動(dòng)副連接。所述第一橫桿3與第二三點(diǎn)鉸鏈10之間、第二橫桿4與第一三點(diǎn)鉸鏈9之間均通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副連接。所述第一豎桿1與第一五點(diǎn)鉸鏈7之間、第二豎桿2與第二五點(diǎn)鉸鏈8之間均通過(guò)固定副連接。所述第一斜桿5和第二斜桿6使用滑動(dòng)副連接，二者形成可伸縮套筒結(jié)構(gòu)。

該新型環(huán)形可展開桁架結(jié)構(gòu)還包括兩條驅(qū)動(dòng)繩索，其使用兩條驅(qū)動(dòng)繩索和彈簧驅(qū)動(dòng)進(jìn)行展開，第一條驅(qū)動(dòng)繩索從第一豎桿1上的第一五點(diǎn)鉸鏈7接口開始，穿過(guò)第一橫桿3，再繞過(guò)第二豎桿2上端設(shè)置的滑輪進(jìn)入下一個(gè)類平行四邊形結(jié)構(gòu)單元的第一橫桿3，終止于第一豎桿1上的第一五點(diǎn)鉸鏈7接口；第二條驅(qū)動(dòng)繩索從第二橫桿4上的第二五點(diǎn)鉸鏈8接口開始，穿過(guò)第二橫桿4，再繞過(guò)第一豎桿1下端的滑輪進(jìn)入下一個(gè)類平行四邊形結(jié)構(gòu)單元的第二橫桿4，終止于第二豎桿2上的第二五點(diǎn)鉸鏈8接口；第一條驅(qū)動(dòng)繩索主要沿環(huán)形可展開桁架結(jié)構(gòu)的第一橫桿3分布，第二條驅(qū)動(dòng)繩索主要沿環(huán)形可展開桁架結(jié)構(gòu)的第二橫桿4分布；每個(gè)類平行四邊形結(jié)構(gòu)單元的兩根斜桿組成滑動(dòng)連接的套筒結(jié)構(gòu)，套筒結(jié)構(gòu)中設(shè)有一驅(qū)動(dòng)彈簧；通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)繩索收縮和驅(qū)動(dòng)彈簧伸長(zhǎng)實(shí)現(xiàn)整個(gè)環(huán)形可展開桁架結(jié)構(gòu)的展開。

本發(fā)明的新型環(huán)形可展開桁架結(jié)構(gòu)的環(huán)形桁架使用繩索驅(qū)動(dòng)。沿平行四邊形單元的斜桿、第一橫桿和第二橫桿布置三條繩索。通過(guò)電機(jī)改變繩索長(zhǎng)度，實(shí)現(xiàn)環(huán)形桁架的展開與收攏。為了保證各平行四邊形單元展開的同步性，相鄰平行四邊形單元的斜桿使用同步齒輪連接。

圖5為本發(fā)明的環(huán)形桁架完全收攏態(tài)示意圖，各個(gè)桿件均沿豎直方向分布。圖6為環(huán)形桁架的部分展開示意圖。圖7為環(huán)形桁架的完全展開態(tài)示意圖。

采用與圖7環(huán)形桁架相同尺寸桿件，以一個(gè)由12個(gè)平行四邊形單元組成的環(huán)形可展開桁架為例，其收攏外徑為220mm,展開外徑為2770mm。收攏高度為1037mm,展開高度為1012mm。

綜上所述，本發(fā)明提供的新型環(huán)形可展開桁架結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)由多個(gè)類平行四邊形單元結(jié)構(gòu)組成，相鄰的類平行四邊形結(jié)構(gòu)通過(guò)三點(diǎn)鉸鏈和五點(diǎn)鉸鏈連接形成一個(gè)封閉的環(huán)形結(jié)構(gòu)。每個(gè)類平行四邊形單元結(jié)構(gòu)由兩根豎桿、兩根橫桿、兩根斜桿、兩個(gè)五點(diǎn)鉸鏈和兩個(gè)三點(diǎn)鉸鏈組成。相鄰的兩個(gè)類平行四邊形單元結(jié)構(gòu)共用一根豎桿、一個(gè)五點(diǎn)鉸鏈和一個(gè)三點(diǎn)鉸鏈。本發(fā)明通過(guò)將上橫桿、斜桿、下橫桿設(shè)計(jì)分布在沿水平方向的三個(gè)相互平行的平面內(nèi)，各個(gè)桿件的運(yùn)動(dòng)相互不影響。桁架完全收攏時(shí)，各個(gè)桿件均沿豎直方向分布，有效地減小了桁架的收攏直徑；豎桿與三點(diǎn)鉸鏈?zhǔn)褂没瑒?dòng)副連接，在桁架收攏時(shí)，三點(diǎn)鉸鏈可沿豎桿方向滑動(dòng)，大大減小了桁架的收攏高度。

本實(shí)施方式中沒(méi)有詳細(xì)敘述的部分屬本行業(yè)的公知的常用手段，這里不一一敘述。以上例舉僅僅是對(duì)本發(fā)明的舉例說(shuō)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的保護(hù)范圍的限制，凡是與本發(fā)明相同或相似的設(shè)計(jì)均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。