專利名稱：：空間可展開屏蔽面裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于航天
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體是一種可展開屏蔽面裝置。主要應(yīng)用于太空中遮陽罩、屏蔽面等大型可展開裝置，也可應(yīng)用于地面上偽裝棚、展覽棚、臨時(shí)帳篷大型可展開裝置。
背景技術(shù)：
：隨著航天技術(shù)的不斷發(fā)展和航天應(yīng)用的不斷擴(kuò)展，空間大型可展開裝置如可展開天線、太陽能帆板等得到了越來越廣泛的應(yīng)用，甚至成為衛(wèi)星應(yīng)用成敗的關(guān)鍵部件之一。運(yùn)載火箭容納尺寸、運(yùn)載能力的限制，航天應(yīng)用高成本、高風(fēng)險(xiǎn)的特點(diǎn)，地面研制環(huán)境與太空工作環(huán)境的顯著差異，都使得空間大型可展開裝置的設(shè)計(jì)成為航天應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)之一。空間大型可展開裝置不僅要求能夠可靠展開，而且要求在太空環(huán)境下能夠形成并保持足夠的構(gòu)型精度。航天應(yīng)用的大型可展開裝置，可以用三個(gè)方面的參數(shù)衡量其綜合特性其一是面密度，其二是構(gòu)型精度，其三是收納率。經(jīng)過對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，盡管現(xiàn)有的、以星載可展開天線為主的大型可展開裝置多種多樣，但以上三個(gè)參數(shù)綜合特性優(yōu)良的大型可展開裝置并不多見。美國(guó)Astro宇航公司1997年10月公開的AstroMesh可展開天線(美國(guó)專利5680145)具有較好的面密度(約0.36Kg/m2)和型面精度，但這種天線的高度收納率較差，約0.5，我國(guó)現(xiàn)有運(yùn)載火箭僅能容納口徑十幾米的這種天線，國(guó)內(nèi)目前也正在仿制和研發(fā)這種天線。英國(guó)學(xué)者W.W.Gan和S.Pdlegrino于2003年4月發(fā)表在AIAA2003-1450的報(bào)告"Closed-LoopDeployableStructures"中提到一種具有超輕結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的封閉環(huán)式可展開裝置，但僅對(duì)粗糙的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，尚未從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。有些文獻(xiàn)雖然公開了相關(guān)的空間可展開結(jié)構(gòu)技術(shù)方案，但結(jié)構(gòu)的面密度、構(gòu)型精度、收納率這些綜合性能指標(biāo)都達(dá)不到期望的使用目標(biāo)。發(fā)明的內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種空間可展開屏蔽面裝置，以實(shí)現(xiàn)在面密度、構(gòu)型精度、收納率幾方面具有綜合的性能指標(biāo)，并為構(gòu)建滿足性能要求的空間大型可展開遮陽罩、屏蔽面結(jié)構(gòu)提供穩(wěn)固的支撐裝置。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了兩種空間可展開屏蔽面裝置的技術(shù)方案。技術(shù)方案1本發(fā)明提供的以中心對(duì)稱形式安置在衛(wèi)星上的可展開屏蔽面裝置，即空間正置可展開屏蔽面裝置包括折疊式環(huán)桿、折疊式肋桿和連接關(guān)節(jié)，其中折疊式環(huán)桿與環(huán)桿連接關(guān)節(jié)連接，構(gòu)成環(huán)桿收攏、展開環(huán)結(jié)構(gòu)；折疊式肋桿與肋桿連接關(guān)節(jié)連接，構(gòu)成肋桿收攏、展開肋結(jié)構(gòu)，該環(huán)結(jié)構(gòu)與肋結(jié)構(gòu)通過環(huán)肋連接關(guān)節(jié)和肋框連接關(guān)節(jié)連成一個(gè)整體。上述空間正置可展開屏蔽面裝置，其中所述的折疊式肋桿固定在折疊式環(huán)桿內(nèi)，通過環(huán)桿連接關(guān)節(jié)和肋桿連接關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)、鎖定，分別控制折疊式環(huán)桿和折疊式肋桿由豎直的收攏狀態(tài)展開到水平的工作狀態(tài)。上述空間正置可展開屏蔽面裝置，其中所述的折疊式環(huán)桿收攏在一個(gè)圓柱面或圓桶面上，折疊式肋桿收攏在均勻分布的徑向上。上述空間正置可展開屏蔽面裝置，其中所述的環(huán)桿連接關(guān)節(jié)，采用兩部同步機(jī)構(gòu)通過扭簧驅(qū)動(dòng)，兩部同步機(jī)構(gòu)連接處設(shè)有角度，使環(huán)桿由收攏到展開過程中繞固定的軸線作平面轉(zhuǎn)動(dòng)。該環(huán)桿和肋桿可采用直桿或者曲線桿，截面可采用實(shí)心截面或者空心截面。技術(shù)方案2本發(fā)明提供的安置在衛(wèi)星側(cè)面的非中心對(duì)稱可展開屏蔽面裝置，即空間偏置可展開屏蔽面裝置包括折疊式環(huán)桿和連接關(guān)節(jié)，折疊式環(huán)桿與環(huán)桿連接關(guān)節(jié)連接，構(gòu)成環(huán)桿收攏、展開整體結(jié)構(gòu)，該整體結(jié)構(gòu)通過外接連接關(guān)節(jié)與航天器連接。所述的外接桿連接關(guān)節(jié)，由兩部同步機(jī)構(gòu)和內(nèi)外夾板組成，外側(cè)夾板上設(shè)有軸孔，軸孔內(nèi)設(shè)有與外部航天器相應(yīng)結(jié)構(gòu)連接的安裝螺栓。上述第一種結(jié)構(gòu)的工作原理是在捆綁的收攏狀態(tài)下，環(huán)桿連接關(guān)節(jié)、肋桿連接關(guān)節(jié)中的扭簧存儲(chǔ)彈性勢(shì)能；解除捆綁后，扭簧的彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)能，驅(qū)動(dòng)環(huán)桿、肋桿展開；展開到位后，環(huán)桿連接關(guān)節(jié)、肋桿連接關(guān)節(jié)上的定位裝置將各環(huán)桿、肋桿鎖定，從而形成空間大型可展開裝置。上述第二種結(jié)構(gòu)的工作原理是解除捆綁后，扭簧的彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)能，驅(qū)動(dòng)環(huán)桿展開，展開到位后環(huán)桿連接關(guān)節(jié)上的定位裝置將各環(huán)桿鎖定，從而形成空間大型可展開裝置。本發(fā)明較現(xiàn)有相關(guān)技術(shù)方案有突出改善。(1)由于本發(fā)明采用折疊式環(huán)桿、折疊式肋桿結(jié)構(gòu)，在徑向方向和高度方向的收納率都能夠同時(shí)得到有效保證，展開口徑幾十米甚至上百米的這種裝置也可容納于我國(guó)現(xiàn)有運(yùn)載火箭中；(2)由于本發(fā)明通過折疊式肋結(jié)構(gòu)將環(huán)結(jié)構(gòu)與中心結(jié)構(gòu)剛性連接，為保證構(gòu)型精度提供了充分保障；(3)由于本發(fā)明的折疊式環(huán)桿、折疊式肋桿均為單桿結(jié)構(gòu)而非桁架結(jié)構(gòu)，形式簡(jiǎn)單，展開運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)單；(4)本發(fā)明的連接關(guān)節(jié)質(zhì)量輕、功能齊全，不僅顯著降低了整個(gè)裝置的質(zhì)量，而且還顯著提高了展開的可靠性；(5)本發(fā)明裝置在面密度、構(gòu)型精度、收納率這幾方面均能夠達(dá)到優(yōu)良的綜合性能指標(biāo)。圖1是木發(fā)明空間可展開屏蔽面裝置收攏態(tài)示意圖2是本發(fā)明裝置展開態(tài)示意圖3是本發(fā)明環(huán)桿連接關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)示意圖4是圖3環(huán)桿連接關(guān)節(jié)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖5是本發(fā)明肋桿連接關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)示意圖6是圖5肋桿連接關(guān)節(jié)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖7是本發(fā)明環(huán)肋連接關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)示意圖8是本發(fā)明肋框連接關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)示意圖9是口徑8m的正方形支撐裝置收攏狀態(tài)示意圖10是圖9中的外接連接關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)示意圖11是口徑20m裝置在地面上吊裝應(yīng)用實(shí)例的示意圖12是口徑80m的圓形支撐裝置收攏狀態(tài)示意圖13是口徑3m裝置由收攏態(tài)到展開態(tài)的展開過程示意圖，其中，(13a)是捆綁收攏態(tài)，(13b)是捆綁解鎖后0.8秒鐘的展開中間態(tài)，(13c)是捆綁解鎖后2.5秒鐘的展開中間態(tài)，(13d)是捆綁解鎖后10秒鐘，已完全展開的展開態(tài)；圖14是圖13結(jié)構(gòu)在展開仿真過程中一根環(huán)桿和一根肋桿質(zhì)心的位移變化曲線，其中，(14a)是一根環(huán)桿質(zhì)心的位移變化曲線，(14b)是一根肋桿質(zhì)心的位移變化曲線；圖15是口徑8m裝置由收攏態(tài)到展開態(tài)的展開過程示意圖，其中，(15a)是捆綁收攏態(tài)，(15b)是捆綁解鎖后10秒鐘的展開中間態(tài)，(15c)是捆綁解鎖后20秒鐘的展開中間態(tài)，圖16是圖15結(jié)構(gòu)在展開仿真過程中一根環(huán)桿質(zhì)心的位移變化曲線；圖17是口徑20m裝置由收攏態(tài)到展開態(tài)的展開過程示意圖，其中，(17a)是捆綁收攏態(tài)，(17b)是捆綁解鎖后30秒鐘的展開中間態(tài)，(17c)是捆綁解鎖后60秒鐘的展開中間態(tài)，圖18是圖17結(jié)構(gòu)在展開仿真過程中一根環(huán)桿質(zhì)心的位移變化曲線；圖19是口徑80m裝置由收攏態(tài)到展開態(tài)的展開過程示意圖，其中，(19a)是捆綁收攏態(tài)，(19b)是捆綁解鎖后60秒鐘的展開中間態(tài)，(19c)是捆綁解鎖后120秒鐘的展開中間態(tài)，(19d)是捆綁解鎖后200秒鐘的展開中間態(tài)；圖20是圖19結(jié)構(gòu)在展開仿真過程中一根環(huán)桿和一根肋桿質(zhì)心的位移變化曲線，其中，(20a)是一根環(huán)桿質(zhì)心的位移變化曲線，(20b)是一根肋桿質(zhì)心的位移變化曲線。具體實(shí)施例方式參照?qǐng)D1和圖2，本發(fā)明包括折疊式環(huán)桿l、環(huán)桿連接關(guān)節(jié)2、折疊式肋桿3、肋桿連接關(guān)節(jié)4、環(huán)肋連接關(guān)節(jié)5和肋框連接關(guān)節(jié)6。其中折疊式環(huán)桿1為復(fù)數(shù)根，每?jī)筛鶠橐唤M，由環(huán)桿連接關(guān)節(jié)2連接，構(gòu)成環(huán)桿收攏、展開環(huán)結(jié)構(gòu)，通過環(huán)桿連接關(guān)節(jié)2的驅(qū)動(dòng)、鎖定，控制環(huán)結(jié)構(gòu)的所有環(huán)桿可由豎直的收攏狀態(tài)展開到如圖2所示的水平的工作狀態(tài)，環(huán)結(jié)構(gòu)的所有環(huán)桿1收攏在一個(gè)圓柱面或圓桶面上。折疊式肋桿3為復(fù)數(shù)根，設(shè)置在環(huán)結(jié)構(gòu)內(nèi)，每?jī)筛鶠橐唤M，由肋桿連接關(guān)節(jié)4連接，構(gòu)成肋桿收攏、展開肋結(jié)構(gòu)，通過肋桿連接關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)、鎖定，控制肋結(jié)構(gòu)的肋桿可由豎直的收攏狀態(tài)展開到期望的水平狀態(tài)，肋結(jié)構(gòu)的所有肋桿3收攏在均勻分布的徑向上。環(huán)肋連接關(guān)節(jié)5和肋框連接關(guān)節(jié)6將環(huán)結(jié)構(gòu)和肋結(jié)構(gòu)連成一個(gè)整體剛性結(jié)構(gòu)。該整體剛性結(jié)構(gòu)中的環(huán)結(jié)構(gòu)和肋結(jié)構(gòu)，可根據(jù)展開尺寸要求和收攏尺寸要求確定折疊桿的數(shù)目。該整體剛性結(jié)構(gòu)中的環(huán)桿和肋桿均可采用直桿，以獲得高的收納率，也可采用曲線桿，以獲得好的構(gòu)型精度；環(huán)桿和肋桿的截面可以采用實(shí)心截面，也可采用空心截面結(jié)構(gòu)，在保證強(qiáng)度、剛度的前提下可進(jìn)一步減輕質(zhì)量。同時(shí)本發(fā)明在剛性結(jié)構(gòu)上面綁定有金屬絲網(wǎng)或表面鍍鋁的薄膜結(jié)構(gòu)，從而形成空間大型可展開屏蔽面裝置。該裝置其收攏態(tài)下內(nèi)部有足夠的空間，可容納相關(guān)的索網(wǎng)、絲網(wǎng)或薄膜柔性結(jié)構(gòu)。參照?qǐng)D3和圖4，所述的環(huán)桿連接關(guān)節(jié)2，采用通過扭簧驅(qū)動(dòng)的兩部同步機(jī)構(gòu)，該兩部同步機(jī)構(gòu)的連接處設(shè)有角度，以保證環(huán)桿由收攏到展開過程中繞固定的軸線作平面轉(zhuǎn)動(dòng)。該角度的大小與環(huán)桿數(shù)目有關(guān)，即按照公式6=180*(l-2/n)確定，其中n為環(huán)桿數(shù)目，n》4。所述的同步機(jī)構(gòu)由一對(duì)圓錐齒輪結(jié)構(gòu)201和202，與一對(duì)夾板203和204組成。圓錐齒輪結(jié)構(gòu)的齒輪軸205上安置有扭簧206，圓錐齒輪結(jié)構(gòu)的平臺(tái)上設(shè)有第一定位導(dǎo)槽208，夾板203和204分別固定在一對(duì)圓錐齒輪結(jié)構(gòu)的內(nèi)外，圓錐齒輪結(jié)構(gòu)的兩端腔臂設(shè)有螺紋孔207，折疊式環(huán)桿1通過該螺紋孔連接到圓錐齒輪結(jié)構(gòu)上，通過扭簧控制環(huán)桿收攏和展開，通過第一定位導(dǎo)槽208控制所有環(huán)桿展開到位后fi動(dòng)鎖定，即在收攏狀態(tài)下，扭簧206貯存彈性勢(shì)能，系統(tǒng)解鎖后，扭簧206釋放彈性勢(shì)能，驅(qū)動(dòng)同步圓錐齒輪通過第一定位導(dǎo)槽208轉(zhuǎn)動(dòng)，使環(huán)桿由豎直的收攏狀態(tài)展開到水平的工作狀態(tài)，并在轉(zhuǎn)到期望角度后鎖定。參照?qǐng)D5和圖6，所述肋桿連接關(guān)節(jié)4采用一對(duì)圓柱齒輪結(jié)構(gòu)401、402和一對(duì)夾板403、404組成。圓柱齒輪結(jié)構(gòu)的平臺(tái)上設(shè)有齒輪軸孔405和第二定位導(dǎo)槽407，齒輪軸孔內(nèi)安裝齒輪軸和扭簧，圓柱齒輪結(jié)構(gòu)的關(guān)節(jié)柄上設(shè)有凹槽406，夾板403和404分別同定在一對(duì)圓柱齒輪結(jié)構(gòu)的內(nèi)外，折疊式肋桿3通過凹槽406連接到圓柱齒輪結(jié)構(gòu)上，通過扭簧驅(qū)動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，使肋桿繞固定軸線作平面轉(zhuǎn)動(dòng)展開到水平的狀態(tài)，并在展開到位后，即在齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)到期望角度后通過第二定位導(dǎo)槽407自動(dòng)鎖定。參照?qǐng)D7，所述的環(huán)肋連接關(guān)節(jié)5，由圓錐齒輪結(jié)構(gòu)501和502、內(nèi)外夾板503和504組成。該外夾板504上設(shè)有軸孔508安裝軸銷，圓錐齒輪結(jié)構(gòu)的齒輪軸505上安置有扭簧506，夾板503和504分別固定在一對(duì)圓錐齒輪結(jié)構(gòu)的內(nèi)外，折疊式環(huán)桿1通過螺紋孔507連接到圓錐齒輪的腔臂上，以形成完整的展開圓環(huán)，通過軸孔508的軸銷將相應(yīng)的肋桿連接到外側(cè)夾板504上，使環(huán)結(jié)構(gòu)和肋結(jié)構(gòu)剛性相連。在收攏狀態(tài)下，扭簧506貯存彈性勢(shì)能，系統(tǒng)解鎖后，扭簧506釋放彈性勢(shì)能，驅(qū)動(dòng)同步圓錐齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，使得環(huán)桿由豎直的收攏狀態(tài)展開到水平的工作狀態(tài)，并在展開到位后自動(dòng)鎖定。參照?qǐng)D8，本發(fā)明的肋框連接關(guān)節(jié)由中心框架601和軸孔602組成。軸孔602開設(shè)在中心框架的一端，用來安裝軸銷，以連接相應(yīng)的肋桿。該肋框連接關(guān)節(jié)可根據(jù)具體需要與航天器的相應(yīng)結(jié)構(gòu)相連接。本發(fā)明的整體裝置在太空環(huán)境下，可用繩索、卡環(huán)機(jī)構(gòu)捆綁，采用爆炸螺栓解鎖。在地面環(huán)境應(yīng)用時(shí)，需要采用一定的吊裝裝置，同時(shí)需要加大相應(yīng)結(jié)構(gòu)的尺寸，提高結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度，以便承受重力的影響，并可用繩索、卡環(huán)、插銷機(jī)構(gòu)捆綁，自動(dòng)或手動(dòng)解鎖。在捆綁的收攏狀態(tài)下，環(huán)桿連接關(guān)節(jié)、肋桿連接關(guān)節(jié)中的扭簧存儲(chǔ)彈性勢(shì)能；解除捆綁后，扭簧的彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)能，驅(qū)動(dòng)環(huán)桿、肋桿展開；展開到位后，環(huán)桿連接關(guān)節(jié)、肋桿連接關(guān)節(jié)上的定位裝置將各環(huán)桿、肋桿鎖定，從而形成空間大型可展開屏蔽面裝置。本發(fā)明的實(shí)施可根據(jù)具體的展開要求選擇不同的結(jié)構(gòu)參數(shù)，以下給出幾種不同的實(shí)例實(shí)例l，展開口徑3m的圓形空間正置平面支撐裝置。該裝置的收攏狀態(tài)如圖1所示，展開狀態(tài)如圖2所示。口徑圓環(huán)結(jié)構(gòu)上有24根環(huán)桿，徑向兩根支撐肋結(jié)構(gòu)上共有8根肋桿。環(huán)桿和肋桿均采用0.006mX0.004m矩形實(shí)心截面的直桿。環(huán)桿連接關(guān)節(jié)采用圖3中所示扭簧驅(qū)動(dòng)的兩部圓錐同歩齒輪機(jī)構(gòu)，兩部同步機(jī)構(gòu)連接角度為165度。肋桿連接關(guān)節(jié)釆用圖5中所示扭簧驅(qū)動(dòng)的兩部圓柱同步齒輪機(jī)構(gòu)。環(huán)桿、肋桿通過采用圖5中所示凹槽結(jié)構(gòu)分別與環(huán)桿連接關(guān)節(jié)、肋桿連接關(guān)節(jié)相裝配。環(huán)結(jié)構(gòu)和肋結(jié)構(gòu)通過圖7、圖8中所示環(huán)肋連接關(guān)節(jié)、肋框連接關(guān)節(jié)構(gòu)成一個(gè)可收攏、展開的整體剛性結(jié)構(gòu)。整個(gè)裝置選擇鋁合金材料，收攏在巾0.17mX0.37m的圓柱體內(nèi)。縱橫牽引索交接點(diǎn)上綁定柔性絲網(wǎng)，構(gòu)成柔性反射面結(jié)構(gòu)，該柔性反射面結(jié)構(gòu)選擇凱芙拉纖維材料。對(duì)本實(shí)例的整個(gè)反射面裝置按保守計(jì)算，其質(zhì)量小于1.2Kg，面密度小于0.17Kg/m2，徑向收納率為17.6，收攏時(shí)高度與口徑之比為2.2。實(shí)例2，展開口徑8m的正方形空間偏置平面支撐裝置。該裝置的收攏狀態(tài)如圖9所示?？趶綀A環(huán)結(jié)構(gòu)上有4根環(huán)桿，采用0.010mX0.008m矩形實(shí)心截面的直桿。環(huán)桿通過采用圖5中所示凹槽結(jié)構(gòu)與環(huán)桿連接關(guān)節(jié)相裝配，構(gòu)成一個(gè)可收攏、展開的整體剛性結(jié)構(gòu)。環(huán)桿連接關(guān)節(jié)采用圖3中所示扭簧驅(qū)動(dòng)的兩部圓錐同步齒輪機(jī)構(gòu)，兩部同步機(jī)構(gòu)連接角度為90度。環(huán)結(jié)構(gòu)通過圖10中外部連接關(guān)節(jié)7中所示安裝孔708與航天器相應(yīng)結(jié)構(gòu)相裝配。整個(gè)裝置結(jié)構(gòu)選擇鋁合金材料，收攏在約0.15mX0.15mX5.53m的長(zhǎng)方體內(nèi)?？v橫牽引索交接點(diǎn)上綁定柔性薄膜，構(gòu)成柔性反射面結(jié)構(gòu)，該柔性反射面結(jié)構(gòu)選擇凱芙拉纖維材料。對(duì)本實(shí)例的整個(gè)反射面裝置按保守計(jì)算，其質(zhì)量小于5.0Kg，面密度小于0.10Kg/m2，徑向收納率為53.3，收攏時(shí)高度與口徑之比為26.0。實(shí)例3，展開口徑20m的圓形正置平面支撐裝置，應(yīng)用于地面環(huán)境。該裝置的展開狀態(tài)如圖11所示?？趶綀A環(huán)結(jié)構(gòu)上有36根環(huán)桿，采用外徑①0.026m，內(nèi)徑①0.020m圓管截面的直桿；中心圓筒8采用外徑①0.20m，內(nèi)徑O0.18m，高10m的圓管作為支柱，固結(jié)在地面上；環(huán)桿連接關(guān)節(jié)2采用圖3所示的結(jié)構(gòu)，且在該環(huán)桿連接關(guān)節(jié)的外夾板204上可開設(shè)一孔，用來穿系柔繩9。環(huán)桿通過采用圖3中所示螺紋孔結(jié)構(gòu)與環(huán)桿連接關(guān)節(jié)相裝配，兩部圓錐同步齒輪機(jī)構(gòu)的連接角度為170度。整個(gè)裝置結(jié)構(gòu)選擇鋁合金材料，收攏在①0.52mX1.73m的圓柱體內(nèi)?？v橫牽引索交接點(diǎn)上綁定柔性絲網(wǎng)，構(gòu)成柔性反射面結(jié)構(gòu)，該柔性反射面結(jié)構(gòu)選擇凱芙拉纖維材料。對(duì)本實(shí)例的整個(gè)反射面裝置按保守計(jì)算，除中心支柱外其質(zhì)量小于50Kg，面密度小于0.16Kg/m2，徑向收納率為38.5，收攏時(shí)高度與口徑之比為3.3。實(shí)例四，展開口徑80m的圓形空間正置平面支撐裝置。該裝置的收攏狀態(tài)如圖12所示?？趶綀A環(huán)結(jié)構(gòu)上有96根環(huán)桿，徑向六根支撐肋結(jié)構(gòu)卜.共有96根肋桿。環(huán)桿采用外徑0.030m、內(nèi)徑0.020m的圓管截面，且為鏤空結(jié)構(gòu)的圓弧桿；肋桿采用0.020mX0.016m矩形實(shí)心截面，且為鏤空結(jié)構(gòu)的直桿。環(huán)桿連接關(guān)節(jié)采用圖3中所示扭簧驅(qū)動(dòng)的兩部圓錐同步齒輪機(jī)構(gòu)，兩部同步機(jī)構(gòu)連接角度為176.25度，環(huán)桿通過采用圖3中所示套筒結(jié)構(gòu)與環(huán)桿連接關(guān)節(jié)螺紋裝配。肋桿連接關(guān)節(jié)采用圖5所示扭簧驅(qū)動(dòng)的兩部圓柱同步齒輪機(jī)構(gòu)，肋桿通過采用圖5中所示凹槽結(jié)構(gòu)與肋桿連接關(guān)節(jié)相裝配。環(huán)結(jié)構(gòu)和肋結(jié)構(gòu)通過圖7、圖8中所示環(huán)肋連接關(guān)節(jié)、肋筒連接關(guān)節(jié)構(gòu)成一個(gè)可收攏、展開的整體剛性結(jié)構(gòu)。整個(gè)結(jié)構(gòu)選擇鋁合金材料，收攏在①1.55mX3.22m的圓桶體內(nèi)。縱橫牽引索交接點(diǎn)上綁定柔性薄膜，構(gòu)成柔性反射面結(jié)構(gòu)，該柔性反射面結(jié)構(gòu)選擇凱芙拉纖維材料。對(duì)本實(shí)例的整個(gè)反射面裝置按保守計(jì)算，其質(zhì)量小于600Kg，面密度小于0.12KgZm2，徑向收納率為51.6，收攏時(shí)高度與口徑之比為2.1。本發(fā)明裝置ft]結(jié)構(gòu)不限于上述的實(shí)例。本發(fā)明可通過圓環(huán)展開口徑、收攏口徑、收攏高度、環(huán)桿截面尺寸、肋桿截面尺寸參數(shù)確定空間可展開屏蔽面裝置的具體尺寸。根據(jù)具體需要，其展開尺寸可覆蓋口徑幾米到上百米甚至更大的尺寸范圍。本發(fā)明的扭簧驅(qū)動(dòng)方式也可以根據(jù)具體需要采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，還可以通過牽引索進(jìn)行驅(qū)動(dòng)與控制。本發(fā)明的效果可以通過以下仿真結(jié)果進(jìn)一歩說明仿真l以本發(fā)明第一實(shí)例中的模型為仿真對(duì)象。圖13展示了在太空環(huán)境下，該裝置的剛性支撐結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)模型由收攏態(tài)進(jìn)行展開的展開過程仿真圖，其中，圖13(a)是捆綁收攏態(tài)，收攏在一個(gè)小的圓柱體內(nèi)；圖13(b)是展開0.8秒鐘的中間態(tài)，圓周上環(huán)桿和徑向肋桿都開始展開；圖13(c)是展開2.5秒鐘的中間態(tài)，圓周上環(huán)桿進(jìn)一歩展開、擴(kuò)張，徑向肋桿也逐漸伸展開；圖13(d)是展開10秒鐘的中間態(tài)，先前豎直的環(huán)桿和肋桿都已轉(zhuǎn)動(dòng)成接近水平的橫桿，屏蔽面支撐結(jié)構(gòu)已趨向于成型。圖14是在以上圖13展開過程仿真中，該裝置的環(huán)桿和肋桿質(zhì)心的變化曲線。其中，圖14(a)是第l根環(huán)桿質(zhì)心的位移變化曲線，從14(a)中可以看到，該環(huán)桿由收攏半徑約O.08m的位置逐漸展開到展開半徑約1.5m的位置。圖14(b)是第1個(gè)肋結(jié)構(gòu)的第3根肋桿質(zhì)心的位移變化曲線，從14(b)中可以看到，該肋桿也配合著環(huán)桿，在逐漸的展開過程之中。仿真2以本發(fā)明第二實(shí)例中的模型為仿真對(duì)象。圖15展示了在太空環(huán)境下，該裝置的剛性支撐結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)模型由收攏態(tài)進(jìn)行展開的展開過程仿真圖，其中，圖15(a)是捆綁收攏態(tài)，收攏在一個(gè)細(xì)長(zhǎng)的長(zhǎng)方體內(nèi)；圖15(b)是展開IO秒鐘的中間態(tài)，環(huán)桿開始展開；圖15(c)是展開20秒鐘的中間態(tài)，環(huán)桿進(jìn)一歩向水平方向展開。圖16是在以上圖15展開過程仿真中，該裝置的第4根環(huán)桿質(zhì)心的位移變化曲線，從圖16中可以看到，該環(huán)桿由收攏位置逐漸向預(yù)期位置展開。仿真3以本發(fā)明第三實(shí)例中的模型為仿真對(duì)象。圖17展示了在地面吊裝環(huán)境下，該裝置的剛性支撐結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)模型由收攏態(tài)進(jìn)行展開的展開過程仿真圖，其中，圖17(a)是捆綁收攏態(tài)，收攏在一個(gè)細(xì)長(zhǎng)的圓柱體內(nèi)；圖17(b)是展開30秒鐘的中間態(tài)，環(huán)桿開始展開；圖17(c)是展開60秒鐘的中間態(tài)，環(huán)桿進(jìn)一步向水平方向展開，已接近目標(biāo)狀態(tài)。圖18是在以上圖17展開過程仿真中，該裝置的第18根環(huán)桿質(zhì)心的位移變化曲線，從圖18中可以看到，該環(huán)桿由收攏位置逐漸向預(yù)期位置展開。仿真4以本發(fā)明第四實(shí)例中的模型為仿真對(duì)象。圖19展示了在太空環(huán)境下，該裝置的剛性支撐結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)模型由收攏態(tài)進(jìn)行展開的展幵過程仿真圖，其中，圖19(a)是捆綁收攏態(tài)，收攏在一個(gè)小的圓桶體內(nèi)；圖19(b)是展開60秒鐘的中間態(tài)，圓周上環(huán)桿和徑向肋桿都開始展開；圖19(c)是展開120秒鐘的中間態(tài)，圓周上環(huán)桿進(jìn)一步展開、擴(kuò)張，徑向肋桿也逐漸伸展開；圖19(d)是展開200秒鐘的中間態(tài)，先前豎直的環(huán)桿和肋桿都已轉(zhuǎn)動(dòng)成接近水平的橫桿，屏蔽面支撐結(jié)構(gòu)己趨向于成型。圖20是在以上圖19展開過程仿真屮，該裝置的環(huán)桿和肋桿質(zhì)心的變化曲線。其中，圖20(a)是第48根環(huán)桿質(zhì)心的位移變化曲線，從20(a)中可以看到，該環(huán)桿由收攏半徑約0.8m的位置逐漸向展開半徑40m的方向展開。圖20(b)是第1個(gè)肋結(jié)構(gòu)的第8根肋桿質(zhì)心的位移變化曲線，從20(b)中可以看到，該肋桿也配合著環(huán)桿，逐漸向期望位置展開。以上仿真結(jié)果說明本發(fā)明的整體剛性結(jié)構(gòu)不僅在太空環(huán)境下順利、平穩(wěn)地展開，也可以在地面環(huán)境應(yīng)用。本發(fā)明與現(xiàn)有綜合性能較好、國(guó)內(nèi)相關(guān)研究所正在研制的AstroMesh可展開天線相比主要參數(shù)如下表<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>通過以上應(yīng)用實(shí)例計(jì)算和仿真結(jié)果可以看到，本發(fā)明裝置首先是可行的，其次在面密度方面質(zhì)輕特性顯著，再次在徑向和高度方向都有優(yōu)越的收納率，而且在構(gòu)型精度方面也有保證，因此有著優(yōu)良的綜合性能指標(biāo)，顯著優(yōu)于國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有相關(guān)方案。權(quán)利要求1.一種空間正置可展開屏蔽面裝置，包括折疊式環(huán)桿、折疊式肋桿和連接關(guān)節(jié)，其特征在于折疊式環(huán)桿(1)與環(huán)桿連接關(guān)節(jié)(2)連接，構(gòu)成環(huán)桿收攏、展開環(huán)結(jié)構(gòu)；折疊式肋桿(3)與肋桿連接關(guān)節(jié)(4)連接，構(gòu)成肋桿收攏、展開肋結(jié)構(gòu)，該環(huán)結(jié)構(gòu)與肋結(jié)構(gòu)通過環(huán)肋連接關(guān)節(jié)(5)和肋框連接關(guān)節(jié)(6)連成一個(gè)整體。2.—種空間偏置可展開屏蔽面裝置，包括折疊式環(huán)桿和連接關(guān)節(jié)，其特征在于折疊式環(huán)桿(1)與環(huán)桿連接關(guān)節(jié)(2)連接，構(gòu)成收攏、展開整體結(jié)構(gòu)，該整體結(jié)構(gòu)通過外接連接關(guān)節(jié)(7)與航天器連接。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正置可展開屏蔽面裝置，其特征在于折疊式肋桿(3)固定在折疊式環(huán)桿(1)內(nèi)，通過環(huán)桿連接關(guān)節(jié)(2)和肋桿連接關(guān)節(jié)(4)的驅(qū)動(dòng)、鎖定，分別控制折疊式環(huán)桿(1)和折疊式肋桿(3)由豎直的收攏狀態(tài)展開到水平的展開狀態(tài)。4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的正置空間可展開屏蔽面裝置，其特征在于折疊式環(huán)桿(1)收攏在一個(gè)圓柱面或圓桶面上，折疊式肋桿(3)收攏在均勻分布的徑向上。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正置可展開屏蔽面裝置，其特征在于折疊式環(huán)桿(1)和折疊式肋桿(3)采用直桿或者曲線桿，截面采用實(shí)心截面或者空心截面。6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的正置可展開屏蔽面裝置，其特征在于環(huán)桿連接關(guān)節(jié)(2)采用通過扭簧驅(qū)動(dòng)的兩部同步機(jī)構(gòu)，該兩部同步機(jī)構(gòu)的連接處設(shè)有角度，使環(huán)桿由收攏到展開過程中繞固定的軸線作平面轉(zhuǎn)動(dòng)，該角度按照公式6=180*(l-2/n)確定，n為環(huán)桿數(shù)目，且大于或者等于4。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的正置可展開屏蔽面裝置，其特征在于兩部同步機(jī)構(gòu)由一對(duì)圓錐齒輪結(jié)構(gòu)(201)和(202)、一對(duì)夾板(203)和(204)組成，圓錐齒輪結(jié)構(gòu)的齒輪軸(205)上安置有扭簧(206)，圓錐齒輪結(jié)構(gòu)的平臺(tái)上設(shè)有第一定位導(dǎo)槽(208)，夾板(203)和(204)分別固定在一對(duì)圓錐齒輪結(jié)構(gòu)的內(nèi)外，圓錐齒輪結(jié)構(gòu)的兩端腔臂分別與折疊式環(huán)桿(1)連接，通過扭簧控制每個(gè)環(huán)桿的收攏和展開，通過第一定位導(dǎo)槽控制所有環(huán)桿展開到位后自動(dòng)鎖定。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正置可展開屏蔽面裝置，其特征在于肋桿連接關(guān)節(jié)(4)采用一對(duì)圓柱齒輪結(jié)構(gòu)(401)、(402)和一對(duì)夾板(403)、(404)組成，圓柱齒輪結(jié)構(gòu)的平臺(tái)上設(shè)有齒輪軸孔(405)和第二定位導(dǎo)槽(407)，齒輪軸孔內(nèi)安裝齒輪軸和扭簧，通過扭簧驅(qū)動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，使肋桿繞固定軸線作平面轉(zhuǎn)動(dòng)展開到水平的狀態(tài)，并在展開到位后通過第二定位導(dǎo)槽(407)自動(dòng)鎖定。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的正置可展開屏蔽面裝置，其特征在于環(huán)肋連接關(guān)節(jié)(5)由圓錐齒輪結(jié)構(gòu)(501)和(502)、內(nèi)外夾板(503)和(504)組成，該外夾板(504)上設(shè)有安裝軸銷的軸孔(508)，通過該軸孔將相應(yīng)的肋桿與外夾板相連，圓錐齒輪結(jié)構(gòu)的齒輪軸(505)上安置有扭簧(506)，夾板(503)和(504)分別固定在一對(duì)圓錐齒輪結(jié)構(gòu)的內(nèi)外，通過扭簧控制環(huán)桿的收攏和展開，并在展開到位后自動(dòng)鎖定。10.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的正置可展開屏蔽面裝置，其特征在于折疊式環(huán)桿(1)、折疊式肋桿(3)通過可拆卸的螺紋(207)或可拆卸的凹槽結(jié)構(gòu)(406)結(jié)構(gòu)形式與環(huán)桿連接關(guān)節(jié)的腔臂、肋桿連接關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)柄連接。11.根據(jù)權(quán)利要求2所述的偏置可展開屏蔽面裝置，其特征在于外接連接關(guān)節(jié)(7)由兩部同步機(jī)構(gòu)和內(nèi)外夾板組成，外側(cè)夾板(704)上設(shè)有軸孔(708)，軸孔內(nèi)設(shè)有與外部航天器相應(yīng)結(jié)構(gòu)連接的安裝螺栓。12.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的可展開屏蔽面裝置，其特征在于收攏、展開整體結(jié)構(gòu)上綁定有金屬絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)或表面鍍鋁的薄膜結(jié)構(gòu)，形成空間可展開屏蔽面。全文摘要本發(fā)明公開了一種空間可展開屏蔽面裝置。包括折疊式環(huán)桿、環(huán)桿連接關(guān)節(jié)、折疊式肋桿、肋桿連接關(guān)節(jié)、環(huán)肋連接關(guān)節(jié)和肋框連接關(guān)節(jié)。折疊式環(huán)桿、肋桿通過環(huán)桿連接關(guān)節(jié)、肋桿連接關(guān)節(jié)可由豎直的收攏狀態(tài)展開到水平的工作狀態(tài)。環(huán)肋連接關(guān)節(jié)和肋框連接關(guān)節(jié)將環(huán)結(jié)構(gòu)和肋結(jié)構(gòu)連成一個(gè)收攏、展開整體結(jié)構(gòu)。該整體結(jié)構(gòu)上綁定有金屬絲網(wǎng)或表面鍍鋁的薄膜，形成空間可展開屏蔽面裝置。在捆綁的收攏狀態(tài)下，環(huán)桿連接關(guān)節(jié)、肋桿連接關(guān)節(jié)中的扭簧存儲(chǔ)彈性勢(shì)能；解除捆綁后，扭簧的彈性勢(shì)能轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)能，驅(qū)動(dòng)環(huán)桿、肋桿展開并自動(dòng)鎖定。本發(fā)明具有面密度低、構(gòu)型精度高、收納率大的優(yōu)良綜合性能指標(biāo)，可用于太空或地面作為可展開支撐裝置。文檔編號(hào)H01Q1/27GK101314411SQ20081001747公開日2008年12月3日申請(qǐng)日期2008年2月1日優(yōu)先權(quán)日2008年2月1日發(fā)明者飛鄭,梅陳申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)