充氣展開式索網反射面天線反射器的製作方法

2023-09-20 10:28:00

本發明涉及星載可展開天線技術領域，尤其涉及一種結合充氣結構和索網結構的充氣展開式索網反射面天線反射器。

背景技術：

自上世紀60年代中期以來，隨著航天技術在衛星廣播、空間通訊、深空探測、電子偵查以及射電天文觀測等領域的應用的逐步深入，人們對裝載在太空飛行器上的天線性能需求與日俱增。星載天線作為太空飛行器必備的載荷，為獲取更大的天線增益和信號接收能力，正朝著大口徑、高精度的方向發展。由於運載火箭的運載能力和裝載空間限制，傳統的固面天線已無法滿足設計需求，這就要求天線在發射前處於摺疊狀態，待太空飛行器進入空間軌道後，天線在控制指令下逐步展開，最終鎖定在運營工作狀態。

可展開天線是在目前運載火箭能力下實現大口徑天線的有效形式。按照反射面的類型，可展開天線可分為3類：固體反射面可展開天線、充氣反射面天線和索網反射面天線。固體反射面可展開天線秉承了傳統固面天線的優點，可以實現很高的形面精度，但其摺疊後的體積和質量仍然很大，限制了天線的口徑和在軌應用。充氣反射面天線可以做到超大口徑，且質量很輕，但通過對薄膜材料充氣形成的反射面形面精度較低，結構熱穩定性較差，技術成熟度低，難以實現廣泛的工程應用。索網反射面天線在展開口徑、收納率、面密度和形面精度方面都有較好的表現，是目前應用最為廣泛的一類可展開天線，但無論環形桁架式索網天線還是徑向肋式索網天線，他們的展開機構都比較複雜，展開過程可能會發生索網與支撐結構的纏繞和鉤掛，從而導致天線展開失敗。

技術實現要素：

根據上述提出的技術問題，提供一種充氣展開式索網反射面天線反射器。本發明採用的技術手段如下：

一種充氣展開式索網反射面天線反射器，所述反射器的反射面為金屬反射網，所述金屬反射網附著在一張拉索網結構上，所述張拉索網結構外套接有一充氣展開結構；

工作狀態時，通過對所述充氣展開結構充氣實現所述張拉索網結構的展開並為其提供保持型面的張緊力。

所述張拉索網結構包括反射面索網和背部索網；

所述張拉索網結構展開時，所述反射面索網呈六邊形曲面狀，所述反射面索網外沿所圍空間內均勻布滿多個多邊形索網單元Ⅰ，所述反射面索網外沿的每條邊的中部分別設有等腰三角形連接索網Ⅰ，所述等腰三角形連接索網Ⅰ的兩側分別設有三角形連接索網Ⅰ，所述等腰三角形連接索網Ⅰ和所述三角形連接索網Ⅰ的底邊均為所述反射面索網外沿的邊的一部分，所述反射面索網的內部節點均位於一旋轉拋物面Ⅰ上，所述反射面索網的頂點，所述等腰三角形連接索網Ⅰ的自由端和所述三角形連接索網Ⅰ的自由端位於一圓Ⅰ上；

所述張拉索網結構展開時，所述背部索網呈六邊形曲面狀，所述背部索網外沿所圍空間內均勻布滿多個多邊形索網單元Ⅱ，所述背部索網外沿的每條邊的中部分別設有等腰三角形連接索網Ⅱ，所述等腰三角形連接索網Ⅱ的兩側分別設有三角形連接索網Ⅱ，所述等腰三角形連接索網Ⅱ和所述三角形連接索網Ⅱ的底邊均為所述背部索網外沿的邊的一部分，所述背部索網的內部節點均位於一旋轉拋物面Ⅱ上，所述背部索網的頂點，所述等腰三角形連接索網Ⅱ的自由端和所述三角形連接索網Ⅱ的自由端位於一圓Ⅱ上；

所述反射面索網在水平面上的正投影與所述背部索網在水平面上的正投影重合；

所述多邊形索網單元Ⅰ的節點與所述多邊形索網單元Ⅱ的相對應的節點之間設有縱向拉索；

所述充氣展開結構充氣展開時，所述充氣展開結構呈環形柱體狀；

所述旋轉拋物面Ⅰ與所述充氣展開結構的上部內側相切，切線為所述圓Ⅰ；

所述旋轉拋物面Ⅱ與所述充氣展開結構的下部內側相切，切線為所述圓Ⅱ；

所述金屬反射網附著在所述反射面索網上。

所述充氣展開結構為薄膜結構，材質為浸過樹脂的Kevlar。所述Kevlar為凱夫拉，是美國杜邦(DuPont)公司研製的一種芳綸纖維材料產品的品牌名，材料原名叫「聚對苯二甲醯對苯二胺」，化學式的重複單位為-[-CO-C6H4-CONH-C6H4-NH-]-接在苯環上的醯胺基團為對位結構(間位結構為另一項商標名為Nomex的產品，俗稱防火纖維)。

所述張拉索網結構的材質為Kevlar纖維。

所述金屬反射網為鍍金鉬網。

所述旋轉拋物面Ⅰ與所述旋轉拋物面Ⅱ的焦距相等。

所述多邊形索網單元Ⅰ和所述多邊形索網單元Ⅱ均為三角形索網單元。

本發明的工作過程為：所述充氣展開式索網反射面天線反射器在發射前處於摺疊狀態裝載在火箭整流罩內，衛星入軌後，由機械臂將所述充氣展開式索網反射面天線反射器送至距離饋源一定距離的設計位置並固定。然後向所述充氣展開結構充氣，所述張拉索網結構以及所述金屬反射網隨之慢慢展開，當所述充氣展開結構達到設定壓強時，所述張拉索網結構以及所述金屬反射網完全展開並形成滿足設計要求的型面精度。持續向所述充氣展開結構充氣使其保持在設定壓強，待所述充氣展開結構固化後停止充氣並將其密封，這時所述充氣展開式索網反射面天線反射器便可實現長期在軌工作。

與現有的索網反射面天線反射器相比，本發明的有益效果是：

1.本發明由充氣結構和索網結構組成，相比於現有的索網反射面天線質量更輕。

2.由於本發明的支撐機構為充氣結構，因此其在發射前擁有更大的摺疊收納率，可以實現超大口徑(100m級口徑)的反射器。

3.本發明用充氣展開結構代替環形桁架結構，使得本發明的展開機構更簡單可靠，降低了展開複雜性，增加了展開成功率。

綜上所述本發明具有結構簡單、展開可靠性高、收納率大、質量輕等優點，其在大型，尤其是超大型星載天線領域有著廣泛的應用前景，若批量投入市場必將產生積極的社會效益和顯著的經濟效益。

基於上述理由本發明可在星載可展開天線技術等領域廣泛推廣。

附圖說明

下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細的說明。

圖1是本發明的具體實施方式中充氣展開式索網反射面天線反射器的俯視圖。

圖2是本發明的具體實施方式中金屬反射網的主視圖。

圖3是本發明的具體實施方式中金屬反射網的俯視圖。

圖4是本發明的具體實施方式中張拉索網結構的主視圖。

圖5是本發明的具體實施方式中金屬反射網附著在張拉索網上的主視圖。

圖6是本發明的具體實施方式中反射面索網的俯視圖。

圖7是本發明的具體實施方式中背部索網的俯視圖。

具體實施方式

如圖1-圖7所示，一種充氣展開式索網反射面天線反射器，所述反射器的反射面為金屬反射網1，所述金屬反射網1附著在一張拉索網結構2上，所述張拉索網結構2外套接有一充氣展開結構3；

所述張拉索網結構2包括反射面索網21和背部索網22；

所述張拉索網結構2展開時，所述反射面索網21呈六邊形曲面狀，所述反射面索網21外沿所圍空間內均勻布滿多個三角形索網單元，所述反射面索網21外沿的每條邊的中部分別設有等腰三角形連接索網Ⅰ211，所述等腰三角形連接索網Ⅰ211的兩側分別設有三角形連接索網Ⅰ212，所述等腰三角形連接索網Ⅰ211和所述三角形連接索網Ⅰ212的底邊均為所述反射面索網21外沿的邊的一部分，所述反射面索網21的內部節點均位於一旋轉拋物面Ⅰ上，所述反射面索網21的頂點，所述等腰三角形連接索網Ⅰ211的自由端和所述三角形連接索網Ⅰ212的自由端位於一圓Ⅰ上；

所述張拉索網結構2展開時，所述背部索網22呈六邊形曲面狀，所述背部索網22外沿所圍空間內均勻布滿多個三角形索網單元，所述背部索網22外沿的每條邊的中部分別設有等腰三角形連接索網Ⅱ221，所述等腰三角形連接索網Ⅱ221的兩側分別設有三角形連接索網Ⅱ222，所述等腰三角形連接索網Ⅱ221和所述三角形連接索網Ⅱ222的底邊均為所述背部索網22外沿的邊的一部分，所述背部索網22的內部節點均位於一旋轉拋物面Ⅱ上，所述背部索網22的頂點，所述等腰三角形連接索網Ⅱ221的自由端和所述三角形連接索網Ⅱ222的自由端位於一圓Ⅱ上；

所述反射面索網21在水平面上的正投影與所述背部索網22在水平面上的正投影重合；

所述等腰三角形連接索網Ⅰ211在水平面上的正投影與所述等腰三角形連接索網Ⅱ221在水平面上的正投影重合；

所述三角形連接索網Ⅰ212在水平面上的正投影與所述三角形連接索網Ⅱ222在水平面上的正投影重合；

所述反射面索網21上的三角形索網單元的節點與所述背部索網22上的三角形索網單元的相對應的節點之間設有縱向拉索23；

所述充氣展開結構充氣展開時，所述充氣展開結構3呈環形柱體狀；

所述旋轉拋物面Ⅰ與所述充氣展開結構3的上部內側相切，切線為所述圓Ⅰ；

所述旋轉拋物面Ⅱ與所述充氣展開結構3的下部內側相切，切線為所述圓Ⅱ；

所述金屬反射網1附著在所述反射面索網21上。

所述充氣展開結構3為薄膜結構，材質為浸過樹脂的Kevlar。

所述張拉索網結構2的材質為Kevlar纖維。

所述金屬反射網1為鍍金鉬網。

所述旋轉拋物面Ⅰ與所述旋轉拋物面Ⅱ的焦距相等。

工作狀態時，通過對所述充氣展開結構3充氣實現所述張拉索網結構2的展開並為其提供保持型面的張緊力。

以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，根據本發明的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。