一种绳索驱动的可折展伞状天线

技术领域

本发明涉及航空航天技术领域，具体涉及一种绳索驱动的可折展伞状天线。

背景技术

天线作为广播、电视、导航、雷达和通信等无线电系统中用来有效发射和接收无线电波的装置，在航空航天领域发挥着不可替代的作用。对于曲面天线的雷达，其展开状态下会占据较大的空间位置，严重制约其机动性能。为了在非工作状态下节省空间，提高曲面天线的运输性能，许多天线反射面被设计为可折展的，但现有的构架式、固面式、充气式及周边桁架式等可展开天线都难以同时满足高刚度、高收纳比、高精度、大口径的要求。相比之下，伞状可展开天线在面密度、展开性能以及收纳比等方面，具有突出优势，因此受到众多国内外研究机构的高度关注和广泛研究。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种绳索驱动的可折展伞状天线，其在非工作状态下可实现二级折叠，以节省空间，方便运输；工作状态下，天线可在弹簧作用下恢复展开；同时，该折展机构还设计了天线展开的锁定组件，保证天线展开后具有较高的刚度。

本发明的技术方案为：一种绳索驱动的可折展伞状天线，包括：扇形阵列、中间柱、锁定组件、绳索驱动组件、球头及连杆驱动机构；三组以上所述扇形阵列沿球头的一个圆周方向均匀分布形成可折展的伞状天线，中间柱抵触在球头上，中间柱和每个扇形阵列之间设有连杆驱动机构，其可驱动所有扇形阵列相对中间柱同步展开或二级折叠；其中，每组扇形阵列上设有锁定组件，锁定组件和球头之间设有绳索驱动组件，伞状天线展开时，绳索驱动组件驱动锁定组件锁紧，伞状天线需要折叠时，绳索驱动组件驱动锁定组件解锁，每组扇形阵列可沿周向进行一级折叠。

优选地，每组所述扇形阵列包括：低侧板、高侧板和中侧板，所述中侧板两侧分别与高侧板、低侧板通过弹簧合页连接在一起，高侧板、低侧板可绕各自连接的弹簧合页的转轴转动到中侧板内侧；其中，每个扇形阵列中低侧板、高侧板的展开由折叠弹簧合页所储存的弹性势能驱动，弹簧合页两端分别拉拽中侧板与其两侧的低侧板和高侧板处于展开状态，且其与绳索驱动组件相连，在绳索驱动组件的驱动下可使低侧板和高侧板克服弹簧合页的弹簧阻力并绕弹簧合页的转轴转动到中侧板的内侧，进行一级折叠。

优选地，所述低侧板、高侧板和中侧板均为扇形板，展开状态下，低侧板、高侧板和中侧板与球头均为无缝贴合。

优选地，所述绳索驱动组件包括：小齿轮、大齿轮、连接件、固定件Ⅰ、电机Ⅰ、电机Ⅱ、定滑轮Ⅰ、定滑轮Ⅱ、定滑轮Ⅲ、定滑轮Ⅳ和绳索；

所述球头上固定有两个固定件Ⅰ，两个固定件Ⅰ上通过连接件对应安装电机Ⅰ和电机Ⅱ，电机Ⅰ和电机Ⅱ的输出轴上分别安装一个小齿轮，每个小齿轮和同轴套装在中间柱上的一个大齿轮对应啮合；每个大齿轮周向设有沟槽，用于缠绕绳索；

所述锁定组件设置在每个扇形阵列中的低侧板和中侧板之间，其包括：锁定基座A、锁定基座B、锁定销和弹簧；锁定基座A和锁定基座B分别安装在中侧板和低侧板上，且二者之上设有同轴的盲孔，锁定销一端同轴安装在锁定基座B的盲孔内，另一端通过弹簧安装在锁定基座A的盲孔内；伞状天线处于展开状态时，锁定销在弹簧作用下锁紧在锁定基座A和锁定基座B中，对低侧板和中侧板之间的相对转动限位；折叠时，锁定销在绳索拉动下，压缩弹簧、脱离锁定基座B，锁定组件解锁，低侧板可绕弹簧合页的转轴折叠在中侧板内侧；

其中，每个扇形阵列上设有两根绳索，分别为低侧绳索和高侧绳索，低侧绳索的一端连接在锁定销和弹簧相抵触的一端，中间依次绕过扇形阵列低侧板所在侧的定滑轮Ⅳ、定滑轮Ⅲ、定滑轮Ⅱ和定滑轮Ⅰ，另一端连接在一个大齿轮上；高侧绳索一端连接在高侧板所在侧的定滑轮Ⅳ上，中间依次绕过高侧板所在侧的定滑轮Ⅲ、定滑轮Ⅱ和定滑轮Ⅰ，另一端与另一个大齿轮相连。

优选地，两个所述大齿轮之间设有垫片。

优选地，所述连杆驱动机构包括：电机Ⅲ、固定件Ⅱ、连杆Ⅰ、连杆Ⅱ、连杆Ⅲ、螺纹环和轴环；

所述轴环固定在球头上，且同轴套装在中间柱上，连杆Ⅲ一端转动连接在轴环的外圆周上，另一端固定在中侧板的根部；固定件Ⅱ为L型，一端固定在轴环的外圆周上，另一端与电机Ⅲ的外壳固定，电机Ⅲ的输出轴与中间柱远离球头一端中心设置的D形槽轴孔配合；螺纹环内圆周面上设有螺纹，与中间柱外圆周面上设置的螺纹配合构成丝杠螺母副，连杆Ⅰ一端转动连接在螺纹环的外圆周面上，另一端与连杆Ⅱ的一端转动连接，连杆Ⅱ的另一端固定在中侧板上。

优选地，所述中间柱为阶梯形柱体。

有益效果：

1、本发明提出的可折展伞状天线可实现由三组以上扇形阵列组成的伞状天线进行重复折展，且折展运动分两级进行，一级折叠可将大反射面的伞状天线沿周向折叠至较紧凑的状态，二级折叠可将伞状天线沿径向折叠至更为紧凑的状态，大大减少了非工作状态下天线所占的空间体积，便于运输。

2、本发明提出的可折展伞状天线中扇形阵列的具体设计，便于快速实现一级折叠。

3、本发明提出的可折展伞状天线中锁定组件与绳索驱动组件的具体设计，折叠时，通过绳索与定滑轮传递拉力至锁定组件和高、低侧板，解锁的同时带动高、低侧板运动至中侧板内侧，实现一级折叠；驱动解锁方式灵活巧妙，减少了驱动数量，节省空间的同时可有效避免折叠过程构件的干涉；同时，锁定组件保证了伞状天线展开后的稳定性、可靠性，锁定和解锁分别由弹簧和绳索驱动，简化了驱动机构。

4、本发明提出的可折展伞状天线中连杆驱动组件的具体设计，通过丝杠螺母副的运动形式，配合各连杆实现伞状天线的二级折叠，使折叠后的天线结构更加紧凑；丝杠螺母副的螺纹传动可保证较高的运动精度，还可实现机构地自锁。

附图说明

图1为本发明提出的可折展伞状天线的整体构造图。

图2为本发明提出的可折展伞状天线的展开俯视图。

图3为本发明提出的可折展伞状天线中绳索驱动组件的构造图。

图4为本发明提出的可折展伞状天线中连杆驱动组件的构造图。

图5为本发明提出的可折展伞状天线中锁定组件的构造图。

图6为本发明提出的可折展伞状天线的折叠状态图。

其中，1-低侧板，2-高侧板，3-中侧板，4-中间柱，5-锁定组件，6-绳索驱动组件，7-弹簧合页，8-球头，9-连杆驱动组件，51-锁定基座B，52-锁定销，53-锁定基座A，54-弹簧，61-小齿轮，62-大齿轮，63-连接件，64-固定件Ⅰ，65-电机Ⅰ，66-电机Ⅱ，671-定滑轮Ⅰ，672-定滑轮Ⅱ，673-定滑轮Ⅲ，674-定滑轮Ⅳ，91-螺纹环，92-电机Ⅲ，93-固定件Ⅱ，94-连杆Ⅰ，95-连杆Ⅱ，96-轴环，97-连杆Ⅲ。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本实施例提供了一种绳索驱动的可折展伞状天线，其在非工作状态下可实现二级折叠，以节省空间，方便运输；工作状态下，天线可在弹簧作用下恢复展开；同时，该折展机构还设计了天线展开的锁定组件，保证天线展开后具有较高的刚度。

如图1、图2和图6所示，该可折展伞状天线包括：扇形阵列、中间柱4、锁定组件5、绳索驱动组件6、球头8及连杆驱动机构9。

该可折展伞状天线的连接关系为：三组以上扇形阵列沿球头8的一个圆周方向均匀分布(无缝贴合但无装配关系)形成可折展的伞状天线，中间柱4抵触在球头8上，中间柱4和每个扇形阵列之间设有连杆驱动机构9，其可控制所有扇形阵列相对中间柱4同步展开或二级折叠；其中，每组扇形阵列上设有锁定组件5，锁定组件5和球头8之间设有绳索驱动组件6，伞状天线展开时，绳索驱动组件6驱动锁定组件5锁紧，锁定组件5作为加强筋，保证伞状天线展开后具有较高的刚度，伞状天线需要折叠时，绳索驱动组件6驱动锁定组件5解锁，每组扇形阵列可沿周向进行一级折叠。

本实施例中，每组扇形阵列包括：低侧板1、高侧板2和中侧板3，中侧板3位于中间，两侧分别与高侧板2、低侧板1通过弹簧合页7连接在一起，高侧板2、低侧板1可绕各自连接的弹簧合页7的转轴转动到中侧板3内侧；其中，低侧板1、高侧板2和中侧板3均为扇形板，展开状态下，低侧板1、高侧板2和中侧板3与球头8均为无缝贴合但无装配关系；其中，弹簧合页7内的弹簧为拉簧，每个扇形阵列中低侧板1、高侧板2的展开由折叠弹簧合页7所储存的弹性势能驱动，弹簧合页7两端分别拉拽中侧板3与其两侧的低侧板1和高侧板2处于展开状态，且其与绳索驱动组件6相连，在绳索驱动组件6的驱动下可使低侧板1和高侧板2克服弹簧合页7的弹簧阻力并绕弹簧合页7的转轴转动到中侧板3的内侧，进行一级折叠，减少伞状天线的周向尺寸。

本实施例中，如图3所示，绳索驱动组件6包括：小齿轮61、大齿轮62、连接件63、固定件Ⅰ64、电机Ⅰ65、电机Ⅱ66、定滑轮Ⅰ671、定滑轮Ⅱ672、定滑轮Ⅲ673、定滑轮Ⅳ674和绳索；

球头8上固定有两个固定件Ⅰ64，两个固定件Ⅰ64上通过连接件63对应安装电机Ⅰ65和电机Ⅱ66，电机Ⅰ65和电机Ⅱ66的输出轴上分别安装一个小齿轮61，每个小齿轮61和同轴套装在中间柱4上的一个大齿轮62对应啮合，两个大齿轮62之间设有垫片，保证两个大齿轮62之间相对转动；每个大齿轮62周向设有沟槽，用于缠绕绳索；扇形阵列需要折叠时，电机Ⅰ65和电机Ⅱ66驱动对应小齿轮61转动，带动与之啮合的大齿轮62绕中间柱4转动，从而将绳索缠绕在大齿轮62，带动高侧板2和低侧板1相对中侧板3折叠；

每个扇形阵列中的低侧板1和中侧板3之间除了设有一个以上弹簧合页7铰接，还设有锁定组件5，如图5所示，锁定组件5包括：锁定基座A53、锁定基座B51、锁定销52和弹簧54；锁定基座A53和锁定基座B51分别安装在中侧板3和低侧板1上，且二者之上设有同轴的盲孔，锁定销52一端同轴安装在锁定基座B51的盲孔内，另一端通过弹簧54安装在锁定基座A53的盲孔内(弹簧54为压簧，其一端抵触在锁定基座A53的盲孔内底面，另一端抵触在锁定销52端部)；伞状天线处于展开状态时，锁定销52在弹簧54作用下锁紧在锁定基座A53和锁定基座B51中，限制该伞状天线展开后低侧板1和中侧板3之间的相对转动，实现该伞状天线的锁定，提高刚度；折叠时，锁定销52在绳索拉动下，压缩弹簧54、脱离锁定基座B51，锁定组件5解锁，低侧板1可绕弹簧合页7的转轴折叠在中侧板3内侧；

其中，每个扇形阵列上设有两根绳索，分别为低侧绳索和高侧绳索，低侧绳索的一端连接在锁定销52和弹簧54相抵触的一端，中间依次绕过扇形阵列低侧板1所在侧的定滑轮Ⅳ674、定滑轮Ⅲ673、定滑轮Ⅱ672和定滑轮Ⅰ671(该侧的定滑轮Ⅳ674和定滑轮Ⅲ673设置在中侧板3靠近低侧板1的一侧，定滑轮Ⅱ672和定滑轮Ⅰ671设置在低侧板1上)，另一端连接在一个大齿轮62上，由电机Ⅰ65驱动小齿轮61带动其转动，从而不断将该绳索缠绕在大齿轮62上的沟槽中，拉动对应扇形阵列进行一级折叠(向着球头8所在方向折叠)；高侧绳索一端连接在高侧板2所在侧的定滑轮Ⅳ674上，中间依次绕过高侧板2所在侧的定滑轮Ⅲ673、定滑轮Ⅱ672和定滑轮Ⅰ671(该侧的定滑轮Ⅳ674和定滑轮Ⅲ673设置在中侧板3靠近高侧板2的一侧，定滑轮Ⅱ672和定滑轮Ⅰ671设置在高侧板2上)，另一端与另一个大齿轮62相连，由电机Ⅱ66驱动对应的小齿轮61带动其转动，从而不断将该绳索缠绕在对应的大齿轮62上的沟槽中，与低侧绳索共同拉动对应扇形阵列进行一级折叠(向着球头8所在方向折叠)；其中，电机Ⅰ65和电机Ⅱ66先后动作，带动低侧板1和高侧板2依次折叠到中侧板3内侧，完成一级折叠。

本实施例中，如图4所示，连杆驱动机构9包括：电机Ⅲ92、固定件Ⅱ93、连杆Ⅰ94、连杆Ⅱ95、连杆Ⅲ97、螺纹环91和轴环96；

轴环96固定在球头8上，且同轴套装在中间柱4上，连杆Ⅲ97一端铰接在轴环96的外圆周上，另一端固定在中侧板3的根部；固定件Ⅱ93为L型，一端固定在轴环96的外圆周上，另一端与电机Ⅲ92的外壳固定，电机Ⅲ92的输出轴与中间柱4远离球头8一端中心设置的D形槽轴孔配合；螺纹环91内圆周面上设有螺纹，与中间柱4外圆周面上设置的螺纹配合构成丝杠螺母副，连杆Ⅰ94一端铰接在螺纹环91的外圆周面上，另一端与连杆Ⅱ95的一端铰接，连杆Ⅱ95的另一端固定在中侧板3上；在一级折叠的基础上，电机Ⅲ92驱动中间柱4转动，中间柱4转动通过丝杠螺母副转化为螺纹环91沿中间柱4轴向的直线运动，进一步地，螺纹环91的上下运动经连杆Ⅰ94、连杆Ⅱ95和连杆Ⅲ97传递到中侧板3上，带动中侧板3及折叠后的低侧板1和高侧板2实现由展开状态(扇形阵列所在平面与中间柱4的轴向垂直)到折叠状态(扇形阵列所在平面与中间柱4的轴向平行)之间的往复运动，完成二级折叠，减少伞状天线的径向尺寸。

本实施例中，中间柱4为阶梯形柱体，开有D形槽的一端为大端，且大端设有外螺纹，小端内部为空心。

伞状天线展开过程为：电机Ⅲ92先反转，中侧板3复位，然后，高侧板2和低侧板1先后在弹簧合页7的弹性势能作用下复位，最后弹簧54推动锁定销52插入锁定基座B52实现锁定。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。