專利名稱：大型可展開天線吊裝系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機械技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種吊裝系統(tǒng)，主要應(yīng)用于星載環(huán)肋可展天線 的地面展開試驗，也可應(yīng)用于其他類型的可展開天線的地面展開試驗和地面上的臨時遮陽 棚。
背景技術(shù)：
隨著空間通信技術(shù)的發(fā)展和對深空探測的需求，天線口徑越來越大，由于衛(wèi)星的 攜帶能力和攜帶空間的限制，星載可展開天線應(yīng)運而生。一般星載可展天線都具有收攏態(tài)、 從收攏態(tài)到展開態(tài)的中間的過渡狀態(tài)、保持鎖定為工作狀態(tài)的展開態(tài)三種狀態(tài)，但由于復 雜的太空環(huán)境，使一般仿真結(jié)果難以達到令人信服的展開天線的高可靠性的要求。一旦在 太空中展開失敗，代價將非常巨大。因此，大型星載展開天線的展開特性，表面精度需由地 面試驗來進行驗證。然而，地面環(huán)境與太空環(huán)境差異非常大，最主要的就是重力環(huán)境。由于 地面重力環(huán)境，本可以在太空展開的結(jié)構(gòu)在地面就可能展不開，甚至可能造成結(jié)構(gòu)的破壞。 大型星載可展天線一般由復數(shù)個關(guān)節(jié)和連接桿件構(gòu)成，柔性較大，因此在地面展開試驗中， 進行重力卸載時需采取多點卸載的方式。地面展開試驗裝置需要根據(jù)展開天線的結(jié)構(gòu)、展 開方式、展開運動軌跡、天線口徑及剩余的可操作空間來設(shè)計，才能達到卸載部分重力或全 部重力的目的。現(xiàn)有的試驗技術(shù)通常是在試件上的一個或多個結(jié)構(gòu)點上通過吊索懸掛于天花板 上來對試件結(jié)構(gòu)本身的重力進行補償。王朝援在通信與測控2001年第四期發(fā)表的論文大型網(wǎng)狀反射器機械性能的地面 驗證第33-34頁中介紹了一種重力補償方法，該方法是將磁懸滑動器懸掛于天花板上，通 過位移傳感器控制天花板和滑動器的間歇來降低水平摩擦，應(yīng)用直流馬達和控制吊索張力 的力傳感器來抵消天線的重量。該方法有兩個明顯缺陷須懸掛于室內(nèi)，應(yīng)用高度和跨度受 限；由于使用了馬達，力傳感器，位移傳感器等復雜器件，安裝、調(diào)試和撤收都不方便。路波、陶國良、劉吳在浙江大學學報2009年第5期第43卷發(fā)表的論文零重力模 擬氣動懸掛系統(tǒng)的開發(fā)及關(guān)鍵技術(shù)介紹了一種重力補償方法，該方法是在豎直方向上懸掛 一無摩擦汽缸，汽缸一側(cè)通大氣，另一側(cè)通過大直徑管道與儲氣罐相連，通過管道上的壓力 閥控制汽缸容腔內(nèi)的壓力使作用在活塞上的力始終與試件的重力平衡。該方法也有三大 缺陷該方法只能夠?qū)崿F(xiàn)在豎直方向上的運動，無法滿足展開天線的復雜運動軌跡的要求； 該方法無法滿足試驗對象大柔性需要多點卸載的試驗要求；無摩擦汽缸的制造成本過高。雖然以星載可展開天線為主的地面試驗展開裝置多種多樣，但綜合特性優(yōu)良的大 型可展開裝置并不多見。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足和缺陷，提供一種不受試驗空間 限制的大型可展開天線吊裝系統(tǒng)，以達到降低試驗成本，實現(xiàn)大型星載可展天線的多點卸載，便于快速安裝和拆卸，滿足展開天線對復雜運動軌跡的綜合性能指標要求。本實現(xiàn)發(fā)明的目的的技術(shù)思路是采用升降桿作為中心支柱和高度支撐，通過繩 索牽引適當配重抵消天線重力，并利用繩索的柔性跟蹤天線的復雜運動，復數(shù)的定位索、吊 環(huán)、配重和支撐索的組合完成多點卸載，從而使展開天線可以在重力環(huán)境中在自身的連接 關(guān)節(jié)扭簧驅(qū)動力作用下展開到位。整個系統(tǒng)包括復數(shù)數(shù)目的牽引索、配重、復數(shù)個定位索、 一個支撐索和一個升降桿；支撐索為正多邊形，平行位于展開天線的口面上部，定位索徑向 排列，每個定位索與支撐索的交叉點處設(shè)有吊環(huán)；牽引索穿過吊環(huán)一端與配重連接，另一端 與展開天線連接；定位索的一端與升降桿的上端連接，定位索和升降桿的另一端與地固定， 形成以升降桿為中心的圓錐面展開支撐結(jié)構(gòu)。所述的升降桿，由多段直徑不同的圓形套筒連接組成，構(gòu)成伸縮結(jié)構(gòu)，以實現(xiàn)在展 開時拉長作為整個系統(tǒng)的中心支柱和高度支撐，不使用時收攏；該升降桿的拉伸高度和定 位索的長度均為可調(diào)，以適應(yīng)不同口徑、焦徑比的展開天線的使用要求。所述的定位索，為多股鋼絲膠合而成的鋼絞線，使用時通過自帶絞盤拉緊。所述的支撐索，采用斷裂伸長率小于4%的凱夫拉繩，該支撐索與定位索在其交叉 點處綁定。所述的吊環(huán)，穿過定位索由支撐索卡住，以防下滑，吊環(huán)與中心柱的距離大于完全 展開后天線上與牽引索的連接點到中心柱的距離。本發(fā)明具有如下優(yōu)點本發(fā)明由于使用可固定于地面的升降桿作為系統(tǒng)的中心支柱和高度支撐，不受試 驗空間的限制。(1)本發(fā)明由于在定位索和支撐索的交叉位置設(shè)有吊環(huán)，且都在展開天線口面上 方，因此可方便通過牽引索和配重實現(xiàn)展開天線的多點卸載。(2)本發(fā)明由于使用高度可調(diào)的升降桿和長度可調(diào)的定位索，因此不同口徑和焦 徑比的天線的展開試驗都可在同一個試驗系統(tǒng)進行，而不必要為不同口徑和焦徑比的天線 搭建不同的試驗系統(tǒng)，因此降低了試驗成本。(3)本發(fā)明由于位于展開天線口面上方的吊環(huán)與中心柱的距離大于天線上與牽引 索的連接點到中心柱的距離，因此很容易利用穿過吊環(huán)的柔性牽引索來滿足展開天線復雜 展開運動軌跡的要求。試驗結(jié)果表明本發(fā)明可以使展開天線在地面重力環(huán)境下構(gòu)型精度達到令人滿意 的技術(shù)指標，且便于安裝和撤收。


圖1是本發(fā)明收攏態(tài)的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明展開態(tài)的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明懸掛位置繩索及吊環(huán)交互示意圖；圖4是口徑20m的展開天線在本發(fā)明裝置下的收攏狀態(tài)示意圖；圖5是口徑20m的展開天線在本發(fā)明裝置下的展開狀態(tài)示意圖；圖6是口徑30m的可展開柔性遮陽棚的收攏狀態(tài)示意圖；圖7是口徑30m的可展開柔性遮陽棚的展開狀態(tài)示意圖8是IOm 口徑的展開天線展開態(tài)仿真示意圖；圖9是20m 口徑的展開天線展開態(tài)仿真示意圖。
具體實施例方式如圖1，圖2所示，本發(fā)明包括升降桿1、定位索2、支撐索3、吊環(huán)4、牽引索5和配 重6。其中，升降桿1和支撐索3的數(shù)目為單個；定位索2，吊環(huán)4，牽引索5，配重6的數(shù)目 均為復數(shù)個，其具體個數(shù)根據(jù)需要的展開天線型面精度和天線口徑選擇，例如在IOm 口徑 的展開天線實例中使用的數(shù)目為6個，在20m 口徑的展開天線實例中使用的數(shù)目為12個。 升降桿1由多段直徑不同的圓形套筒連接而成，根據(jù)使用需要可以伸長到任意高度位置。 定位索2采用鋼絞線，既能夠較大程度的抗軸向伸長又有一定的柔性。支撐索3和牽引索 5采用的是斷裂伸長率<4%的凱夫拉繩索。吊環(huán)4采用的是質(zhì)量較輕且光滑的圓環(huán)，在整 個系統(tǒng)參數(shù)計算中質(zhì)量可以忽略不計。配重6采用的是鉛垂儀。連接時，將升降桿1下端固定在地面上，且保持穩(wěn)定；定位索2的上端與升降桿1 的上端相連，定位索2的下端與地面固定，并通過自帶的絞盤拉緊，這樣就可以使起中心支 柱作用的升降桿1的兩端都處于固定狀態(tài)，成為整個系統(tǒng)穩(wěn)定的高度支撐，進而形成以升 降桿1為中心的圓錐面展開支撐結(jié)構(gòu)；由于升降桿1的伸長高度與定位索2的長度均為可 調(diào)，因此不同口徑和焦徑比的天線的展開試驗都可以在同一個系統(tǒng)中進行，而不需要重新 構(gòu)造新的試驗系統(tǒng)；支撐索3為一段自封閉凱夫拉繩索，當在支撐索3上的多個均勻等分 的位置與每根定位索2的相應(yīng)位置綁定后，支撐索3就在空間高度形成一水平位置的正多 邊形。如圖3所示，吊環(huán)4穿過定位索2且在支撐索3的上方，這樣，吊環(huán)4會因為支撐索 3的卡位作用不下滑而分布在這個支撐索3形成的正多邊形的每個頂點上。因此，支撐索3 的長度決定吊環(huán)4的位置。支撐索3的長度選擇的原則是必須使吊環(huán)4到升降桿1的距離 大于天線展開后牽引索與天線連接點到升降桿的距離，這樣就可以使配重6通過穿過吊環(huán) 4的牽引索5起到重力卸載的作用。牽引索5的長度需滿足天線7完全展開后配重6不接 觸到地面。由于配重6通過吊環(huán)4對展開天線7進行了重力卸載，因此，展開天線7在解鎖 后，就可以在自身關(guān)節(jié)扭簧驅(qū)動力下展開，由于展開天線7的關(guān)節(jié)處自帶鎖定機構(gòu)，當展開 到位后就可以自行鎖定。圖1為IOm 口徑的環(huán)肋可展開天線7在本系統(tǒng)下收攏的情況，圖 2為IOm 口徑的環(huán)肋可展開天線7在本吊裝系統(tǒng)下順利展開后的情況。如圖4、圖5所示，為20m 口徑的展開天線中試驗系統(tǒng)，由于展開天線的口徑增大， 其柔性增大，因此需要更多數(shù)目的卸載點來滿足展開精度的要求，根據(jù)實際需要增加了定 位索2、吊環(huán)4、牽引索5和配重6的數(shù)目，由6增加到12，以增加展開狀態(tài)時多點卸載的效 果，從而實現(xiàn)了更高精度要求的地面重力展開試驗。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和參數(shù)可根據(jù)整體裝置反射面展開的口徑要求確定，以下給出幾種 不同實例，但不限于這些實例。實例1，口徑IOm的可展開天線在本發(fā)明裝置下的展開。該裝置的收攏狀態(tài)如圖1所示，展開態(tài)如圖2所示。中心柱采用可移動升降桿，伸展后高度12米；試驗使用6根定位索，每根定位索索 長17米，與升降桿成45度；一根長度為42. 43m的凱夫拉支撐索；6個吊環(huán)；6根凱芙拉牽 引索；展開后天線頂點據(jù)升降桿底端為1米；天線重M公斤，每個配重4. 5公斤；該IOm 口徑的環(huán)肋可展開天線的焦徑比為0. 5。對該裝置下的反射面進行仿真分析，發(fā)現(xiàn)最大變形出現(xiàn)在環(huán)上，最大變形為15mm， 達到的表面均方根誤差RMS為6mm，可見卸載效果還是非常理想的。實例2，口徑20m的可展開天線在本發(fā)明裝置下的展開。該裝置的收攏態(tài)如圖4所示，安裝有索網(wǎng)的展開態(tài)如圖5所示。中心柱采用固定升降桿，伸展后高度為20m;由于天線口徑較大，為了保證展開天 線型面精度，這里采用更多數(shù)目的卸載點，除了在天線環(huán)肋結(jié)合處卸載以外，還在環(huán)關(guān)節(jié)處 卸載，共采用了 12根定位索，同樣使用的是鋼絞線，展開后用絞盤拉緊，拉直后與中心升降 桿成36. 87度，每根定位索長25m ；相應(yīng)的，使用了 12根牽引索，同樣采用凱芙拉纖維材料； 12個吊環(huán)；12個配重；天線口徑20m，焦徑比為0. 5，頂點上端據(jù)地3m，總重84公斤，每個配 重9公斤。對該裝置下的反射面進行仿真分析，最大變形出現(xiàn)在肋上，最大變形為12mm?？梢?達到的表面均方根誤差RMS為6mm?？梢娫诳趶郊哟蟮那闆r下，適當?shù)脑黾訝恳鞯臄?shù)目， 可以達到比實例1更高的精度。實例3，口徑30m的可展開柔性遮陽棚。該裝置的收攏態(tài)如圖6所示，展開態(tài)如圖7所示。中心柱201采用固定支柱，高20米；定位索202共有6段，使用鋼絞線，拉之后絞 盤拉緊，每段長40米；相應(yīng)的，使用了 6個吊環(huán)203 ；6個配重205，每個配重中10公斤；遮 陽棚總重102公斤，吊裝高度18米，由于遮陽棚自身的邊界尺寸限制，配重牽引到一定的位 置就會停止下滑。該裝置可以為快速搭建臨時的遮陽棚提供一種思路。以上幾種實例對本發(fā)明不構(gòu)成任何限制。根據(jù)實際的天線口徑需要和試驗精度的 需要，可以選擇不同長度的升降桿，既可以為電動的也可以為手動的，既可以為移動的也可 以為固定的；合理布置牽引索的角度，數(shù)目和長度，吊環(huán)的數(shù)目，配重的大小，支撐索的長度 都是可以根據(jù)實際需要而設(shè)定的。本發(fā)明的效果可以根據(jù)以下仿真實例進一步說明仿真1以本發(fā)明的第一實例為仿真對象。圖8展示了在地面的重力環(huán)境下，展開天線的剛性骨架在本系統(tǒng)下的變形情況。 若天線工作頻率為1(Λζ，波長λ為300mm，以0. 02 λ的表面均方根誤差RMS為計算標準， 則本仿真實例的6mm的RMS可以滿足要求；以3 λ為最大變形計算標準，則本仿真實例的 15mm也可以滿足要求。說明本裝置可以達到在IG及以下工作頻率的使用要求。仿真2以本發(fā)明的第二實例為仿真對象。圖9展示了在地面的重力環(huán)境下，展開天線的剛性骨架在本系統(tǒng)下的變形情況。 若天線工作頻率為1(Λζ，波長λ為300mm，以0. 02 λ的RMS為計算標準，則本仿真實例的 6mm的RMS可以滿足要求；以3 λ為最大變形計算標準，則本仿真實例的12mm也可以滿足 要求。說明本裝置可以達到IG及以下工作頻率的使用要求。以上仿真實例結(jié)果說明即使是在地面重力環(huán)境下，大型的星載環(huán)肋可展開天線也 可以在地面進行展開，并且可以達到令人滿意的型面精度。本試驗系統(tǒng)采用簡單的試驗器材，極好地在地面模擬了太空的無重力環(huán)境的展開天線從收攏到展開的過程，綜合特性優(yōu)良ο
權(quán)利要求
1.一種大型可展開天線吊裝系統(tǒng)，包括復數(shù)數(shù)目的牽引索和配重，其特征在于還包 括復數(shù)個定位索O)、一個支撐索C3)和一個升降桿(1)；支撐索(3)為正多邊形，平行位 于展開天線(7)的口面上部，定位索(2)徑向排列，每個定位索與支撐索的交叉點處設(shè)有吊 環(huán)⑷；牽引索(5)穿過吊環(huán)⑷一端與配重(6)連接，另一端與展開天線(7)連接；定位 索(2)的一端與升降桿(1)的上端連接，定位索和升降桿的另一端與地固定，形成以升降桿 (1)為中心的圓錐面展開支撐結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可展開天線吊裝系統(tǒng)，其特征在于升降桿(1)由多段直徑 不同的圓形套筒連接組成，構(gòu)成伸縮結(jié)構(gòu)，以實現(xiàn)在展開時伸長作為整個系統(tǒng)的中心支柱 和高度支撐，不使用時收攏。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可展開天線吊裝系統(tǒng)，其特征在于定位索(2)為多股鋼絲 膠合而成的鋼絞線，使用時通過自帶絞盤拉緊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可展開天線吊裝系統(tǒng)，其特征在于支撐索(3)與定位索(2) 在其交叉點處綁定。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可展開天線吊裝系統(tǒng)，其特征在于支撐索(3)采用斷裂伸 長率小于4%的凱夫拉繩。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可展開天線吊裝系統(tǒng)，其特征在于吊環(huán)(4)穿過定位索(2) 由支撐索⑶卡住，以防下滑，吊環(huán)⑷與升降桿(1)的距離大于完全展開后天線上與牽引 索的連接點到升降桿(1)的距離。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可展開天線吊裝系統(tǒng)，其特征在于升降桿(1)的拉伸高度 和定位索O)的長度均為可調(diào)，以適應(yīng)不同口徑、焦徑比的展開天線的使用要求。
全文摘要
本發(fā)明公開了大型可展開天線吊裝系統(tǒng),一種展開天線的地面試驗系統(tǒng)。主要解決現(xiàn)有的試驗系統(tǒng)難以實現(xiàn)展開天線在地面模擬太空中的零重力展開問題。該系統(tǒng)包括升降桿(1)、定位索(2)、支撐索(3)、吊環(huán)(4)、牽引索(5)和配重(6)。支撐索(3)為平行于展開天線(7)口面的正多邊形，在每個徑向排列的定位索(2)與支撐索(3)的交叉點處設(shè)有吊環(huán)(4)；牽引索(5)穿過吊環(huán)(4)分別與配重(6)和展開天線(7)連接；定位索(2)的一端與升降桿(1)的上端連接，定位索和升降桿的另一端與地固定，形成以升降桿(1)為中心的圓錐面展開支撐結(jié)構(gòu)。本發(fā)明具有重力卸載方便，不受試驗空間限制的優(yōu)點，可用于展開天線的地面展開試驗。
文檔編號B66F11/00GK102050409SQ20101057501
公開日2011年5月11日 申請日期2010年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月6日
發(fā)明者劉代明, 張久利, 林上民, 梁志剛, 鄭飛, 陳梅, 項斌斌 申請人:西安電子科技大學