本發(fā)明涉及一種可展開支撐桁架系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

航天器大型載荷如天線、太陽(yáng)翼等，在發(fā)射時(shí)需要折疊收攏成較小的體積，承受各種力學(xué)環(huán)境條件的考核；在入軌后，展開鎖定后需要達(dá)到一定的結(jié)構(gòu)剛度，在真空高低溫環(huán)境下的需保持較高的型面精度。

發(fā)射階段，桁架折疊收攏在天線背面，與天線面板固連，承受發(fā)射階段的載荷；衛(wèi)星入軌后，桁架展開鎖定成一立體構(gòu)型，用于天線的剛度和精度保持。由于天線在軌飛行時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)的溫度場(chǎng)惡劣且不均勻，天線與桁架的變形不協(xié)調(diào)，導(dǎo)致桁架內(nèi)部應(yīng)力較大，天線面板和桁架的變形互相約束，精度難以保持，不能滿足高精度天線在軌高熱穩(wěn)定性的要求。假若溫度環(huán)境進(jìn)一步化還有可能因內(nèi)應(yīng)力過(guò)大造成桁架的結(jié)構(gòu)破壞。

在地面大型天線產(chǎn)品中，也有在安裝界面通過(guò)釋放自由度來(lái)適應(yīng)氣候變化造成的變形。但這種設(shè)計(jì)一是溫度適應(yīng)性要求較低，二是連接剛度要求較低，不能滿足飛行器發(fā)射時(shí)對(duì)大型平面陣天線的收納要求和承受發(fā)射階段載荷的要求，同時(shí)環(huán)境適應(yīng)能力有限。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種適用于空間平板天線的熱解耦可展開桁架系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)大型航天器天線翼收攏發(fā)射和入軌后展開鎖定成穩(wěn)定支撐結(jié)構(gòu)的功能，克服現(xiàn)有天線支撐結(jié)構(gòu)空間惡劣溫度場(chǎng)下型面精度不能保持的技術(shù)不足，可與天線進(jìn)行熱解耦，釋放熱應(yīng)力，滿足天線對(duì)高精度、高剛度可展開支撐結(jié)構(gòu)的需求。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種適用于空間平板天線的熱解耦可展開桁架系統(tǒng)，包括可展開桁架、矩形框架；矩形框架包括底座連桿、單自由度游離接頭、兩自由度游離接頭、固定接頭；單自由度游離接頭、兩自由度游離接頭和固定接頭之間通過(guò)底座連桿連接；矩形框架通過(guò)固定接頭、單自由度游離接頭、兩自由度游離接頭與天線結(jié)構(gòu)板連接；其中，固定接頭與天線結(jié)構(gòu)板固連，單自由度游離接頭分別釋放了沿天線寬度方向、長(zhǎng)度方向的單自由度約束，兩自由度游離接頭釋放了沿天線結(jié)構(gòu)板寬度和長(zhǎng)度方向的兩個(gè)自由度約束；可展開桁架包括四根桿，四根桿一端通過(guò)可旋轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)安裝在外部固定裝置同一位置，另一端分別與單自由度游離接頭、兩自由度游離接頭、固定接頭通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)裝置連接，可展開桁架具有展開折疊功能。

所述單自由度游離接頭有兩個(gè)，分別安裝在矩形框架對(duì)角線兩端點(diǎn)上；固定接頭、兩自由度游離接頭分別安裝在矩形框架另一條對(duì)角線兩端點(diǎn)上。

所述可展開桁架中兩根桿具備展開折疊功能，另兩根桿不可折疊；不可折疊的兩根桿固定在外部固定裝置上；不可折疊的兩根桿的端部分別與一個(gè)單自由度游離接頭、兩自由度游離接頭通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)裝置連接；具備展開折疊功能的兩根連桿的端部分別與固定接頭、另一個(gè)單自由度游離接頭通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)裝置連接。

所述固定接頭包括第一桁架底座、第一壓片、第一固定螺釘、第一壓蓋、第一關(guān)節(jié)軸承和第一連接軸；第一關(guān)節(jié)軸承外圈安裝在第一桁架底座安裝通孔內(nèi)并通過(guò)安裝通孔內(nèi)的臺(tái)階結(jié)構(gòu)定位；第一壓蓋為法蘭結(jié)構(gòu)，安裝在第一桁架底座安裝通孔內(nèi)，法蘭盤與第一桁架底座固定，法蘭結(jié)構(gòu)筒體端部壓緊第一關(guān)節(jié)軸承外圈；第一連接軸一端固定在天線結(jié)構(gòu)板上，另一端從第一桁架底座未安裝第一壓蓋的一側(cè)插入第一關(guān)節(jié)軸承內(nèi)圈，第一關(guān)節(jié)軸承內(nèi)圈通過(guò)軸肩定位；第一壓片壓住第一連接軸端面及第一關(guān)節(jié)軸承內(nèi)圈；第一固定螺釘位于第一壓蓋中心孔內(nèi)，穿過(guò)第一壓片的通孔，通過(guò)螺紋安裝在第一連接軸沿軸線的通孔內(nèi)，頭部壓緊第一壓片。

所述單自由度游離接頭包括第二連接軸、第一端蓋、第一碟簧壓片、第二壓片、第二壓蓋、第二桁架底座、第二固定螺釘、第一游離滑塊、第二關(guān)節(jié)軸承、第一碟簧；第一碟簧、第一碟簧壓片安裝在桁架底座安裝孔內(nèi)，第一碟簧壓片壓住第一碟簧一端；第一端蓋安裝在第二桁架底座安裝孔端口處，壓緊第一碟簧另一端；第一游離滑塊安裝在桁架底座安裝孔內(nèi)，壓緊第一碟簧壓片，第一游離滑塊中心孔內(nèi)安裝第二關(guān)節(jié)軸承，第二關(guān)節(jié)軸承外圈一側(cè)通過(guò)第一游離滑塊中心孔內(nèi)臺(tái)階結(jié)構(gòu)定位；第二壓蓋安裝在第一游離滑塊中心孔內(nèi)，一端壓緊第二關(guān)節(jié)軸承外圈另一側(cè)，另一端抵住第二桁架底座安裝孔頂部?jī)?nèi)壁；第二連接軸垂直固定在天線結(jié)構(gòu)板上，穿過(guò)第一端蓋中心孔、第一碟簧、第一碟簧壓片中心孔，端部安裝在第二關(guān)節(jié)軸承內(nèi)圈內(nèi)，第二固定螺釘安裝在第二連接軸端部并通過(guò)第二壓片壓緊第二關(guān)節(jié)軸承；第一游離滑塊外壁上凸起的一字結(jié)構(gòu)安裝在第二桁架底座安裝孔側(cè)壁上的一字槽內(nèi)。

所述兩自由度游離接頭包括第三連接軸、第二端蓋、第二碟簧壓片、第三壓片、第三壓蓋、第三桁架底座、第三固定螺釘、第二游離滑塊、第三關(guān)節(jié)軸承、第二碟簧；第二碟簧、第二碟簧壓片安裝在桁架底座安裝孔內(nèi)，第二碟簧壓片壓住第二碟簧一端；第二端蓋安裝在第三桁架底座安裝孔端口處，壓緊第二碟簧另一端；第二游離滑塊安裝在桁架底座安裝孔內(nèi)，壓緊第二碟簧壓片，第二游離滑塊中心孔內(nèi)安裝第三關(guān)節(jié)軸承，第三關(guān)節(jié)軸承外圈一側(cè)通過(guò)第二游離滑塊中心孔內(nèi)臺(tái)階結(jié)構(gòu)定位；第三壓蓋安裝在第二游離滑塊中心孔內(nèi)，一端壓緊第三關(guān)節(jié)軸承外圈另一側(cè)，另一端抵住第三桁架底座安裝孔頂部?jī)?nèi)壁；第三連接軸垂直固定在天線結(jié)構(gòu)板上，穿過(guò)第二端蓋中心孔、第二碟簧、第二碟簧壓片中心孔，端部安裝在第三關(guān)節(jié)軸承內(nèi)圈內(nèi)，第三固定螺釘安裝在第三連接軸端部并通過(guò)第三壓片壓緊第三關(guān)節(jié)軸承；第二游離滑塊外壁為圓柱面，第二游離滑塊在第三桁架底座安裝孔內(nèi)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。

所述底座連桿為碳纖維管件。

所述第一桁架底座、第二桁架底座、第三桁架底座之間通過(guò)底座連桿連接。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：

(1)本發(fā)明的可展開桁架為一空間四桿機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)平板結(jié)構(gòu)的展開收攏功能，且收攏時(shí)可與星體平行貼近，收納體積小；滿足星載大型載荷對(duì)高剛度、高精度、大收納比可展開支撐機(jī)構(gòu)的需求，具備發(fā)射階段的承載能力，同時(shí)滿足在軌高精度和高熱穩(wěn)定性的要求。

(2)本發(fā)明的矩形框架通過(guò)1組固定接頭、2組單自由度游離接頭、1組兩自由度游離接頭與天線結(jié)構(gòu)板連接。其中，固定接頭與天線結(jié)構(gòu)板固連，2組單自由度游離接頭分別釋放了沿天線長(zhǎng)度和寬度方向的單自由度約束，兩自由度游離接頭釋放了沿天線結(jié)構(gòu)板寬度和長(zhǎng)度方向的兩個(gè)自由度約束；在展開鎖定狀態(tài)下，可展開桁架與矩形框架可構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的四棱柱桁架結(jié)構(gòu)，構(gòu)型簡(jiǎn)單，但具有較高的結(jié)構(gòu)支撐剛度。

(3)本發(fā)明的矩形框架通過(guò)4組游離接頭與天線結(jié)構(gòu)板連接，并在連接處通過(guò)碟簧組預(yù)緊實(shí)現(xiàn)了較大的連接剛度，同時(shí)保證了沿天線結(jié)構(gòu)板法線方向的連接精度。

(4)本發(fā)明適用于航天器上需要在軌展開的空間大型平面天線，展開后可提供高剛度、高精度的結(jié)構(gòu)支撐，且能夠在惡劣的溫度交變環(huán)境中保持良好的平面。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明中型面度自由度釋放的原理圖

圖2為本發(fā)明機(jī)構(gòu)展開狀態(tài)示意圖；

圖3為本發(fā)明機(jī)構(gòu)收攏狀態(tài)示意圖；

圖4為本發(fā)明固定接頭的結(jié)構(gòu)圖；

圖5為本發(fā)明單自由度游離接頭的結(jié)構(gòu)圖；

圖6為本發(fā)明單自由度游離接頭的桁架底座結(jié)構(gòu)圖；

圖7為本發(fā)明單自由度游離接頭除去桁架底座后的結(jié)構(gòu)圖；

圖8為本發(fā)明兩自由度游離接頭的桁架底座結(jié)構(gòu)圖；

圖9為本發(fā)明兩自由度游離接頭的結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，為可展開桁架展開狀態(tài)，如圖2所示，為可展開桁架收攏狀態(tài)。

一種適用于空間平板天線的熱解耦可展開桁架系統(tǒng)，包括可展開桁架3，矩形框架5；矩形框架5包括底座連桿、單自由度游離接頭2、7，兩自由度游離接頭4，固定接頭1；第一單自由度游離接頭2、第二單自由度游離接頭7、兩自由度游離接頭4和固定接頭1通過(guò)底座連桿連接，分別安裝在矩形框架5的四個(gè)角點(diǎn)上。四個(gè)接頭中的連接軸與天線結(jié)構(gòu)板6固連，四個(gè)接頭中的桁架底座11、26、46通過(guò)底座連桿連接成一體，構(gòu)成了矩形框架5，作為可展開桁架的安裝基礎(chǔ)。底座連桿為碳纖維管件。

矩形框架5通過(guò)固定接頭1、第一單自由度游離接頭2、第二單自由度游離接頭7、兩自由度游離接頭4與天線結(jié)構(gòu)板6連接，并在連接處通過(guò)碟簧預(yù)緊實(shí)現(xiàn)了較大的連接剛度，保證了沿天線結(jié)構(gòu)板6法線方向的連接精度。其中，固定接頭1與天線結(jié)構(gòu)板6固連，第一單自由度游離接頭2釋放了沿天線寬度方向的單自由度約束，第二單自由度游離接頭7釋放了沿天線結(jié)構(gòu)板6長(zhǎng)度方向的單自由度約束，兩自由度游離接頭4釋放了沿天線結(jié)構(gòu)板6寬度和長(zhǎng)度方向的兩個(gè)自由度約束，如圖3所示。

可展開桁架3為一空間四桿機(jī)構(gòu)。可展開桁架3中四根桿的一端通過(guò)鉸接方式串接在一起；有兩根桿具備展開折疊功能，另兩根桿不可折疊；不可折疊的兩根桿固定在外部固定裝置(星體)上；不可折疊的兩根桿的端部分別與第二單自由度游離接頭7、兩自由度游離接頭4通過(guò)鉸鏈連接；具備展開折疊功能的兩根連桿的端部分別與固定接頭1、第一單自由度游離接頭2通過(guò)鉸鏈連接。

在展開鎖定狀態(tài)下，可展開桁架3與矩形框架5可構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的四棱錐桁架結(jié)構(gòu)，具有較高的結(jié)構(gòu)支撐剛度。在發(fā)射狀態(tài)下，具備展開折疊功能的兩根桿折疊，通過(guò)兩自由度游離接頭4和第二單自由度游離接頭7與星體之間的鉸鏈為軸拉動(dòng)天線結(jié)構(gòu)板6，將可展開桁架3與天線結(jié)構(gòu)板6一起收攏壓緊在外部固定裝置(星體)上，承受發(fā)射階段的載荷；入軌后展開鎖定構(gòu)成一穩(wěn)定的四棱錐桁架結(jié)構(gòu)，保證天線結(jié)構(gòu)板6的展開剛度。

固定接頭1如圖4所示。固定接頭1包括第一桁架底座11、第一壓片12、第一固定螺釘13、第一壓蓋14、第一關(guān)節(jié)軸承15和第一連接軸16；第一關(guān)節(jié)軸承15外圈安裝在第一桁架底座11安裝通孔內(nèi)并通過(guò)安裝通孔內(nèi)的臺(tái)階結(jié)構(gòu)定位，第一壓蓋14為法蘭結(jié)構(gòu)，安裝在第一桁架底座11安裝通孔內(nèi)，法蘭盤通過(guò)螺釘與第一桁架底座11固定，法蘭結(jié)構(gòu)筒體端部壓緊第一關(guān)節(jié)軸承15外圈；第一連接軸16一端固定在天線結(jié)構(gòu)板6上，另一端從第一桁架底座11未安裝第一壓蓋14的一側(cè)插入第一關(guān)節(jié)軸承15內(nèi)圈，第一關(guān)節(jié)軸承15內(nèi)圈通過(guò)軸肩定位；第一壓片12壓住第一連接軸16端面及第一關(guān)節(jié)軸承15內(nèi)圈；第一固定螺釘13位于第一壓蓋14中心孔內(nèi)，穿過(guò)第一壓片12的通孔，通過(guò)螺紋安裝在第一連接軸16沿軸線的通孔內(nèi)，頭部壓緊第一壓片12；為適應(yīng)天線結(jié)構(gòu)板6形狀偏差和天線結(jié)構(gòu)板6與矩形框架5的相對(duì)誤差，使用了第一關(guān)節(jié)軸承15，以確保矩形框架5形成一個(gè)較好的安裝平面。

如圖5所示，單自由度游離接頭2、7包括第二連接軸21、第一端蓋22、第一碟簧壓片23、第二壓片24、第二壓蓋25、第二桁架底座26如圖6所示、第二固定螺釘27、第一游離滑塊28、第二關(guān)節(jié)軸承29、第一碟簧210。如圖7所示，是將桁架底座26去除后的單自由度游離接頭2、7的結(jié)構(gòu)圖。

第一碟簧210、第一碟簧壓片23安裝在桁架底座26安裝孔內(nèi)，第一碟簧壓片23壓住第一碟簧210一端；第一端蓋22安裝在第二桁架底座26安裝孔端口處，壓緊第一碟簧210另一端；第一游離滑塊28安裝在桁架底座26安裝孔內(nèi)，壓緊第一碟簧壓片23，中心孔內(nèi)安裝第二關(guān)節(jié)軸承29，第二關(guān)節(jié)軸承29外圈一側(cè)通過(guò)第一游離滑塊28中心孔內(nèi)臺(tái)階結(jié)構(gòu)定位，另一側(cè)通過(guò)安裝在第一游離滑塊28中心孔上的第二壓蓋25壓緊；第二壓蓋25為圓筒結(jié)構(gòu)，通過(guò)側(cè)壁上的螺紋安裝在第一游離滑塊28中心孔內(nèi)，端部平面抵住第二桁架底座26安裝孔頂部?jī)?nèi)壁；第二連接軸21垂直固定在天線結(jié)構(gòu)板6上，穿過(guò)第一端蓋22中心孔、第一碟簧210、第一碟簧壓片23中心孔，端部安裝在第二關(guān)節(jié)軸承29內(nèi)圈內(nèi)，第二固定螺釘27安裝在第二連接軸21端部并通過(guò)第二壓片24壓緊第二關(guān)節(jié)軸承29；

第二連接軸21與第二關(guān)節(jié)軸承29內(nèi)圈、第二壓片24、第二固定螺釘27一體，與第二關(guān)節(jié)軸承29外圈、第一游離滑塊28和第二端蓋25之間可以發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，以適應(yīng)天線板形狀偏差和天線板與框架的相對(duì)誤差。當(dāng)因發(fā)射、熱環(huán)境形成的外界載荷小于第一碟簧210的預(yù)加載荷時(shí)，第二桁架底座26和第二連接軸21及天線結(jié)構(gòu)板6的相對(duì)位置是固定的。當(dāng)外界載荷大于第一碟簧210的預(yù)加載荷時(shí)，第二桁架底座26與第二連接軸21及天線結(jié)構(gòu)板6之間的發(fā)生相對(duì)滑移，釋放了桁架桿中的內(nèi)應(yīng)力，確保了桁架安裝的基礎(chǔ)形狀。

圖5為單自由度游離接頭，第一游離滑塊28，如圖7所示，外壁上凸起的一字結(jié)構(gòu)被第二桁架底座26安裝孔側(cè)壁上的一字槽約束，如圖6所示，限制游離滑塊28只能發(fā)生沿一字槽方向發(fā)生左右位移。

如圖9所示，兩自由度游離接頭4包括第三連接軸41、第二端蓋42、第二碟簧壓片43、第三壓片44、第三壓蓋45、第三桁架底座46、第三固定螺釘47、第二游離滑塊48、第三關(guān)節(jié)軸承49、第二碟簧410；第二碟簧410、第二碟簧壓片43安裝在桁架底座46安裝孔內(nèi)，第二碟簧壓片43壓住第二碟簧410一端；第二端蓋42安裝在第三桁架底座46安裝孔端口處，壓緊第二碟簧410另一端；第二游離滑塊48安裝在桁架底座46安裝孔內(nèi)，壓緊第二碟簧壓片43，第二游離滑塊48中心孔內(nèi)安裝第三關(guān)節(jié)軸承49，第三關(guān)節(jié)軸承49外圈一側(cè)通過(guò)第二游離滑塊48中心孔內(nèi)臺(tái)階結(jié)構(gòu)定位；第三壓蓋45安裝在第二游離滑塊48中心孔內(nèi)，一端壓緊第三關(guān)節(jié)軸承49外圈另一側(cè)，另一端抵住第三桁架底座46安裝孔頂部?jī)?nèi)壁；第三連接軸41垂直固定在天線結(jié)構(gòu)板6上，穿過(guò)第二端蓋42中心孔、第二碟簧410、第二碟簧壓片43中心孔，端部安裝在第三關(guān)節(jié)軸承49內(nèi)圈內(nèi)，第三固定螺釘47安裝在第三連接軸41端部并通過(guò)第三壓片44壓緊第三關(guān)節(jié)軸承49；第二游離滑塊48外壁為圓柱面，第二游離滑塊48與第三桁架底座46安裝孔之間存在間隙，第二游離滑塊48安裝在第三桁架底座46安裝孔內(nèi)，發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)。

兩自由度游離接頭4與單自由度游離接頭2、7的結(jié)構(gòu)一致，區(qū)別在于：兩自由度游離接頭4的第三桁架底座46(如圖8所示)上只有安裝圓孔、兩自由度游離接頭4的第二游離滑塊48為圓筒形，第二游離滑塊48安裝在第三桁架底座46安裝孔內(nèi)，使得兩自由度接頭4的第二游離滑塊48在第三桁架底座46安裝孔內(nèi)發(fā)生面內(nèi)運(yùn)動(dòng)。

相對(duì)滑動(dòng)的零件界面上采用了空間固體潤(rùn)滑。通過(guò)碟簧210、410的剛度設(shè)計(jì)，可以有效控制兩相對(duì)運(yùn)動(dòng)零件之間的滑移力。

當(dāng)系統(tǒng)在軌經(jīng)歷惡劣而復(fù)雜熱環(huán)境時(shí)或天線自身工作發(fā)熱時(shí)，天線結(jié)構(gòu)板6將不可避免地發(fā)生面內(nèi)伸縮或膨脹變形，天線結(jié)構(gòu)板6與可展開桁架機(jī)構(gòu)由于熱場(chǎng)分布不均將發(fā)生不匹配的熱變形，此時(shí)系統(tǒng)將通過(guò)4個(gè)游離接頭沿自由度釋放的方向的滑移釋放熱應(yīng)力，保證天線結(jié)構(gòu)板6與可展開桁架3不發(fā)生由于熱應(yīng)力引起的扭曲甚至破壞，維持了桁架機(jī)構(gòu)的型面從而保持了天線陣面的指向精度。

本發(fā)明未詳細(xì)說(shuō)明部分屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員公知技術(shù)。