[发明专利]一种空间可展开反射面装置

说明书

技术领域

本发明属于航天技术领域，具体是一种可展开反射面装置，主要应用于太空，也可应用于地面。

背景技术

随着航天技术的不断发展和航天应用的不断扩展，空间大型可展开装置如大型可展开天线、太阳能帆板等得到了越来越广泛的应用，甚至成为卫星应用成功与否的关键部件之一。而运载火箭容纳尺寸、运载能力的限制，航天应用高成本、高风险的特点，地面研制环境与太空工作环境的显著差异，都使得大型可展开装置的设计成为航天应用的关键技术之一。大型可展开装置不仅要求能够可靠展开，而且要求在太空环境下能够形成并保持足够的构型精度。航天应用的大型可展开装置，可以用三个方面的参数衡量其综合特性：其一是面密度，其二是构型精度，其三是收纳率。

目前以星载可展开天线为主的大型可展开装置多种多样，但以上三个参数综合特性优良的大型可展开装置并不多见。美国1977年的4030102专利提出一种折叠环式可展开反射器结构(Deployable reflector structure)，采用中心为长鼓结构，收拢时折叠环捆绑在其周围，展开后圆环通过柔索与中心长鼓结构相连。柔性反射面附着在圆环与长鼓结构一端相连的众多牵引绳上。该结构方案有两大缺陷：其一是高度收纳率(约为0.5)受中心长鼓结构尺寸限制，无法应用到大型可展开结构上；其二是它仅能形成圆锥结构反射面，应用相当有限。美国2007年的7216995专利提出一种折叠肋式可展开反射器(Deployable reflector)，采用收拢在中心的6根Z型折叠桁架肋在柔绳牵引下展开，形成圆周为正六边形的刚性支撑结构。柔性丝网绑定在其上，形成反射面结构。该结构方案也有两大缺陷：其一是采用Z型折叠桁架肋结构，结构复杂，径向和高度方向的收纳率都不高(高度方向的收纳率＜2)，其质量及相应面密度也不低；其二是圆周用柔绳牵引，很难保证期望的正六边形型面精度，若要形成圆形反射面，其口径效率很低。

发明的内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足和缺陷，提供一种空间大型可展开反射面装置，以提高其面密度、构型精度、收纳率综合性能指标，为构建大型可展开天线、遮阳罩、太空舱、定居点大型可展开装置提供稳固的支撑装置。

本发明的目的是这样实现的：

本发明的技术思路是采用折叠环肋组合结构，使可展开装置收拢时，在径向和高度方向都有比现有技术更大的收纳率，展开时，由外圆环、支撑肋、中心圆筒相互连接，构成一个完整的刚性骨架，为大型可展开天线等提供稳固的支撑。

本发明的整体装置包括：折叠式环杆、折叠式肋杆和复数个连接关节，其中每两个折叠式环杆通过一个环杆连接关节连接，构成圆形收拢、展开环结构；每两个折叠式肋杆通过一个肋杆连接关节连接成折叠段，构成收拢、展开肋结构；该肋结构的一端通过环肋连接关节与环结构连接，另一端与中心的肋筒连接关节连接，形成一个刚性整体。

所述的折叠式肋杆固定在折叠式环杆内，通过环杆连接关节和肋杆连接关节的驱动、锁定，分别控制折叠式环杆和折叠式肋杆由竖直的收拢状态展开到曲线逼近的工作状态。

所述的折叠式环杆收拢在一个圆柱面或圆桶面上，折叠式肋杆收拢在均匀分布的径向上。

所述的环杆连接关节和环肋连接关节主要由一对圆锥齿轮结构和一对夹板组成，每个圆锥齿轮结构设有驱动、定位机构，两个圆锥齿轮结构的连接处设有角度，齿轮结构上安置有扭簧和锁定装置，控制环杆展开并固定。

所述的肋杆连接关节主要由一对圆柱齿轮结构和一对夹板组成，圆柱齿轮结构上安置有扭簧、定位销，通过扭簧的驱动、定位销的锁定，使折叠式肋杆由竖直的收拢状态展开到曲线逼近状态。

所述的环杆连接关节和环肋连接关节分别采用同步驱动机构，且在驱动机构的关节处设置150～180度的角度，使环结构由收拢到展开过程中绕固定的轴线作平面转动。

所述肋筒连接关节采用法兰盘结构，其夹板与中心分别与相应肋杆和航天器的相应结构相连接。

所述的折叠式环杆和折叠式肋杆均可采用完整或镂空结构的直杆或者曲线杆，截面可采用实心或空心截面。

本发明在捆绑的收拢状态下，环杆连接关节、肋杆连接关节中的扭簧存储弹性势能；解除捆绑后，扭簧的弹性势能转化为驱动能，驱动环杆、肋杆展开；展开到位后，环杆连接关节、肋杆连接关节上的定位装置将各环杆、肋杆锁定，形成空间大型可展开装置。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)本发明由于采用同步齿轮机构控制折叠式环结构和折叠式肋结构动作，可保证折叠式环杆和折叠式肋杆由收拢状态展开到期望的工作状态。