基于螺旋理论的环形桁架可展开天线机构型综合
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摘要
环形桁架可展开天线由可展开机构构成外围支撑桁架,桁架为完全中心对称结构,各可展单元结构相同,均为平面单元,索网布置在环形桁架机构上下表面,索网间由含有预应力的纵向拉索阵连接,依靠预应力来使前后索网逼近工作状态所需的抛物面形状,金属反射网铺设于索网上来接受反射天线的馈源信号,环形可展开天线的桁架支撑桁架为整个天线展开收拢的核心部分,但是目前在轨运行的此类天线机构的构型较少,存在单一化、重复性研究的问题,针对环形桁架可展开天线机构进行构型综合研究,有望得到新型高性能环形桁架机构,对于改善现有环形桁架机构存在的问题,提高我国大口径星载折展天线的研发能力具有重要意义。该研究将整个环形桁架机构分为上下环形边部分和中间连接部分,上层环形边部分连接上层索网,下层环形边部分连接下层索网,中间连接部分连接上下环形边,将对于环形桁架天线机构进行构型综合分解为对上下环形边折展机构的综合。首先分析各单元的收拢形式,得出支撑桁架中的各个平面折展单元收拢的实质为位于环形边的某段上的两个点相互靠拢,收拢于垂直于环形边所在平面的轴线上,轴线存在不过顶点和过其中一个顶点两种情况,将两个节点互相靠拢的运动形式分为了直线靠拢和曲线摆动靠拢,基于螺旋理论的约束综合法,分析两种运动形式的运动螺旋并计算出相应的约束力螺旋,设计分支个数并根据相应的约束力螺旋构造运动支链,完成环形边收拢构型的综合,对综合出的机构进行优选,为保证整体具有较大收拢率,除去含有移动副的机构,得到了2R、3R、4R、5R和7R机构,然后进行上下环形边的连接分析,分析得出上下边的连接可以分为通过连杆连接和共用运动副或者构件连接两种方式,分别进行机构连接综合,得到了多种单闭环折展机构,均可以组环成为环形桁架可展开天线机构,选定其中的剪叉式7R机构组成了单环环形桁架,并通过几何条件分析与计算组合出了内外层均为剪叉式7R机构的双层环形桁架机构。该研究将螺旋理论应用于空间环形桁架可展开天线的构型综合,不仅拓展基于螺旋理论的约束综合法的应用范围,同时也为环形桁架机构的构型综合提供了一种新途径,综合出了多种单闭环折展机构构型。
引文