[发明专利]航天飞行器展开机构

说明书

本发明涉及航天飞行器展开机构，包括两个主铰链，其分别用于装配连接至待展开机构的两展开侧，还包括两个副铰链，各副铰链分别通过一副铰链扭簧连接至不同的主铰链，两个主铰链之间以及两个副铰链之间分别通过主铰链扭簧相连，其中，主铰链扭簧具有指向展开方向的第一扭矩，副铰链扭簧具有指向折叠方向的第二扭矩，待展开机构可按照第一扭矩和第二扭矩异步减小而使得主铰链间的相对运动受到第一限制作用的方式完成展开。

技术领域

本发明涉及空间机构展开技术领域，尤其涉及航天飞行器展开机构。

背景技术

随着国家加大对航空航天领域的投入，如卫星通信、导航、军事侦察、深空探测等空间科学技术得到飞速发展。而这些技术的发展都离不开空间天线。空间天线被称为卫星的“眼睛”，是卫星的重要组成部分。而空间可展开天线在空间可展开结构中具有非常重要的地位，是空间天线的主要组成部分。天线机构是卫星、飞船及空间站等航天器必不可少的主要部件，承担着测控、通信等多种任务。目前为止，可展开天线结构已经在包括军事、航天、信息技术等领域在内的多个领域内广泛使用。由于随着航天技术的发展，愈来愈多的应用场合需要大型可展天线结构，而之所以将空间可展开结构应用于飞行器天线之中是因为火箭的运载容积受到火箭技术发展的制约，运载容积的有限与天线的愈来愈大的体积之间的矛盾。

将可展结构应用于天线后，在发射状态时天线处于折叠锁紧状态，当飞行器进入预定轨道后，折叠的天线机构就在驱动机构的作用下由折叠状态逐渐展开至工作状态并锁定。空间可展开天线能否正常工作的重要一环就是在卫星进入轨道后在外界驱动力的作用下能否顺利展开。由于空间可展开天线口径大，收缩比大的特点，在展开过程中天线的不同折叠部件必然存在着相对运动，尤其是相对转动，因此铰链在天线的展开结构中扮演着不可或缺的角色。

在过去的数十年间，合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR) 作为一种先进的雷达技术，由于其相对传统光波段雷达具有全天候全天时功能，已经在众多的对地观测任务中出现了较为频繁的应用。合成孔径雷达是利用一个个规模较小的天线沿着长线阵列的方向等速移动并辐射相参信号，然后把在不同位置接收到的反射波相干处理后，从而获得较高分辨率的成像雷达。为了得到较高的观测分辨率，就需要尺寸较大的天线，这也导致合成孔径雷达天线板一般板基较厚、尺寸较大、具有较大的质量及折叠率较大，例如加拿大RADARSAT-2天线重80Okg，折叠体积仅7m。同时，合成孔径雷达成像对天线板平面精度要求较高。因此，对于可展开合成孔径雷达天线，展开后的平面精度及刚度是很重要的，这就需要可展开天线的铰链具有较高的精度、刚度及重复精度。特别是对于无背架式的雷达天线，天线刚度主要靠板间铰链保证，也可以说，铰链的性能在一定程度上决定了天线的性能。改善铰链性能的一种重要方法是在铰链中加入锁紧装置，装置锁定后可以使铰链结构刚度获得显著提升。此外，航天铰链锁定装置另一个设计约束就是要尽可能地减小质量。展开结构的驱动下，天线面板绕回转铰链展开运动，展开到位后铰链在锁紧装置的作用下自动锁定，并保持一定的刚度，以满足在各种载荷作用下卫星天线机构高刚度、高精度、轻质量的要求。

由于展开折叠的需要，铰链连接的两构件之间有相对运动，轴销与铰链孔之间必须有一定的间隙，使得两个铰链之间出现两个方向的平移自由度，产生锁定后相对位置的误差；锥销与锥孔之间存在相对滑动，进一步影响了锁定精度。当为了降低制造成本而选用精度等级较低的配合时，间隙还有可能较大。而且随着机构运动时间的增加，铰链间的磨损加剧，铰链间的间隙也会增大。