[发明专利]一种空间可展机构

说明书

技术领域

本发明属于航天器材与设备技术领域，涉及一种V型杆-剪叉式闭环单自由度机构，可用于卫星抛物面天线、空间伸展臂等。

背景技术

在现代社会中，信息成为最重要的资源之一，作为信息接收装置的天线地位至关重要。随着通信、空间科学的迅猛发展，卫星成为传播中继站的首选。为增加传递的信息量，迫切需要不断增大空间天线的口径，以提高其传输带宽、信号增益并且简化地面接收装置。由于受到火箭有效载荷舱容积和火箭运载力的限制，需要在发射阶段可以收缩为体积很小，而在运行阶段又能展开成大面积或者体积的高折叠比可展机构。因此，具有可展开、可建造性的天线在现代航天中广泛应用。

根据国外航天器已付诸应用的空间可展机构的资料，空间可展机构通常分为三种：杆状可展机构、面状可展机构和体状可展机构。其中可展开成平面的面状可展机构被大量应用于太阳能电池阵、卫星天线支撑架等领域，是目前应用最多的一类可展机构。根据可展机构的组成原理，可展机构又可以分为铰接式可展机构和柔性材料可展机构两大类，前者由运动副和连杆组成，此类机构的展开过程由铰链活动实现，可重复折叠展开性好、寿命长、抗震性好、精度高、刚度大，当前已经被广泛应用于空间可展桁架、空间伸展臂、卫星可展天线等领域，目前已作为成熟组件广泛的应用于各类航天器中。国内以往研制的折叠式太阳电池阵即属于铰接展开式机构。但是该类机构构造工艺复杂，铰接点较多。柔性材料可展机构由柔性材料的弹性变形实现折叠展开，构造工艺相对简单，但是可重复收拢性差，精度和刚度都相对较低。

当前国外已成功研制多种类型的铰接式可展机构，如美国用于三维地形观测的60m可折展雷达支撑臂、国际空间站主太阳翼支撑龙骨、俄罗斯“联盟号”飞船上的四面体构架天线、美国Thuraya通信卫星上直径达12m的环形桁架式天线、日本ETS-8卫星上的13m口径构架型天线等。未来星球探测、太空组装与操作、太空建设、太空运输等作业，都需要宇航空间可折展机构来完成相应的作业。为此，我国相关科研机构对空间可展机构开展了一系列前瞻性的研究工作，并取得一定成果。

中国专利申请201110237143.0公开了一种可折叠发射、可z轴方向和x轴方向同时扩展的桁架单元。该方案中，第一纵向支撑柱和第四纵向支撑柱均与第一立柱和第二立柱相连通，第一纵向支撑柱和第二纵向支撑柱均与第一立柱和第四立柱相连通，第一横向支撑柱和第四横向支撑柱均与第二立柱和第四立柱相连通，第一横向支撑柱和第二横向支撑柱均与第一立柱和第一立柱相连通。

中国专利申请200810017474.1公开了一种空间可展开屏蔽面装置。其包括:折叠式环杆、环杆连接关节、折叠式肋杆、肋杆连接关节、环肋连接关节和肋框连接关节。折叠式环杆、肋杆通过环杆连接关节、肋杆连接关节可由竖直的收拢状态展开到水平的工作状态。环肋连接关节和肋框连接关节将环结构和肋结构连成一个收拢、展开整体结构。该整体结构上绑定有金属丝网或表面镀铝的薄膜，形成空间可展开屏蔽面装置。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、肋杆展开并自动锁定。

由于太空环境恶劣、影响因素多，要求可展开机构在太空中具有较好的可展开性，一定的误差包容性以及较高的加工制造水平。因此，目前尚无大型复杂的空间可展机构付诸应用。

发明内容

针对现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种空间可展机构，其具有较好的可展开性、较高的刚度、较高的误差包容性以及较低的加工制造要求，以更好地适应太空环境。

为了实现上述目的，本发明提供了一种空间可展机构，其包括若干相同的折展单元；其中，折展单元左右对称，其包括：

两根相同的立杆，两根立杆纵向设置；

两根相同的第一弦杆，该两根第一弦杆的始端分别通过转动副连接于两根立杆的上端；两根第一弦杆的末端通过转动副互相连接，形成V型杆；

两根相同的第二弦杆，两根第二弦杆的中部通过转动副互相连接，形成剪叉机构；两根第二弦杆的始端分别通过转动副连接于两根立杆的下端；

两根相同的第三弦杆，两根第三弦杆的始端分别通过转动副连接于两根立杆的中下部；两根第三弦杆的末端分别通过转动副连接于两根第二弦杆的末端。