一种气动伸展式星载单锥展开天线及其展开方法

1.本发明属于星载天线技术领域，具体涉及一种气动伸展式星载单锥展开天线及其展开方法。


背景技术：

2.为了高效利用火箭运载体积，星载天线、太阳翼等设备需要在发射时保持折叠姿态，待卫星进入轨道后再展开进入工作状态。
3.星载天线中的单锥天线具有非频变特性，且具有结构简单，重量轻等优点，可以有效减少火箭运载质量，但是目前尚无星载单锥展开天线，单锥天线在火箭的存储空间中所占空间较大，因此需要设计一款适用于星载工况的单锥展开天线，在提高空间收拢率、节省火箭运载空间的同时，还要保证天线型面精度。


技术实现要素：

4.本发明的目的是为了克服现有技术不足，提出一种气动伸展式星载单锥展开天线及其展开方法。
5.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
6.本发明一种气动伸展式星载单锥展开天线，包括伸缩机构、张紧机构、天线锥体、固定底座和气源装置。
7.所述伸缩机构包括套筒一、套筒二、套筒三、套筒四、套筒五、柱筒、气囊和端盖；所述套筒一、套筒二、套筒三、套筒四、套筒五和柱筒的直径依次递减，且套筒一、套筒二、套筒三、套筒四、套筒五和柱筒依次嵌套形成伸缩杆；所述套筒一内侧壁的上端、柱筒内侧壁的下端以及套筒二、套筒三、套筒四和套筒五内侧壁的两端均开设有沿周向等距布置的n个柱孔，n≥2；所述套筒二、套筒三、套筒四、套筒五和柱筒内位于下端柱孔的位置处分别固定有锁定件一、锁定件二、锁定件三、锁定件四和锁定件五，锁定件一、锁定件二、锁定件三、锁定件四和锁定件五均为具有弹性的环形片，且各环形片的外沿均设有一体成型且沿周向等距布置的n个圆柱销，所述锁定件一、锁定件二、锁定件三、锁定件四和锁定件五上的每个圆柱销分别嵌入套筒二、套筒三、套筒四、套筒五和柱筒上位于下端的一个柱孔内，与相应的柱孔构成滑动副，各圆柱销的外端均设有一体成型的球头；所述端盖固定于套筒一的下端；气囊置于伸缩杆的内腔，且气囊上端与柱筒下端固定，气囊下端的充气管穿过端盖上开设的圆孔与气源装置连接。
8.所述张紧机构包括限位块、调整螺栓和、张紧盘和定位销。所述调整螺栓设于柱筒内，调整螺栓底端与限位块构成转动副；所述张紧盘通过开设的螺纹孔与调整螺栓连接，张紧盘底部一体成型的柱体嵌入柱筒内腔，与柱筒构成滑动副，且张紧盘顶部一体成型的圆环上开设有沿周向等距布置的多组孔组，孔组由正对的两个孔洞组成，调整螺栓上开设有腰形槽，定位销穿过腰形槽和其中一组孔组。
9.所述天线锥体为漏斗状，天线锥体的上端与张紧盘固定，下端与套筒一上一体成
型的圆台上端固定；固定底座与套筒一上一体成型的圆台下端固定。
10.其中，套筒二、套筒三、套筒四、套筒五、柱筒和张紧盘上一体成型的柱体均为棱柱体，套筒一、套筒二、套筒三、套筒四、套筒五和柱筒的内腔均为棱柱形，天线锥体由金属丝编织形成。
11.优选地，所述气源装置包括压缩气瓶、减压阀、电磁阀和导气管，压缩气瓶的出口与减压阀的输入口连接，减压阀的输出口与电磁阀的输入口连接，电磁阀的输出口与导气管的进口连接，导气管的出口与气囊的充气管连接，压缩气瓶内装有惰性气体。
12.优选地，所述限位块包括限位体一和限位体二，限位体一和限位体二固定于柱筒内，且限位体一和限位体二上开设的凹槽合并形成台阶孔，调整螺栓的螺栓头置于台阶孔内。
13.本发明一种气动伸展式星载单锥展开天线的展开方法，具体如下：
14.初始状态下，气囊、伸缩杆和天线锥体处于折叠状态，锁定件一、锁定件二、锁定件三、锁定件四和锁定件五均处于压缩状态，锁定件一、锁定件二、锁定件三、锁定件四和锁定件五上各圆柱销上一体成型的球头分别抵住套筒一、套筒二、套筒三、套筒四和套筒五内侧壁。
15.卫星进入太空轨道后，气源装置对气囊充气，气囊膨胀，进而带动柱筒向上运动，伸缩杆伸长，并通过张紧盘带动天线锥体向上展开，直至伸缩杆完全展开并锁定，其中锁定件一、锁定件二、锁定件三、锁定件四和锁定件五上每个圆柱销分别嵌入套筒一、套筒二、套筒三、套筒四和套筒五上位于上端的一个柱孔内，天线锥体完全展开并处于张紧状态。
16.优选地，卫星发射前，天线锥体先通过张紧机构调节展开后的张紧状态，再压缩至初始状态，具体过程如下：
17.手动将定位销拆卸下来，并正转调整螺栓，张紧盘向下移动至最低位置，接着气源装置对气囊充气，气囊膨胀，进而带动柱筒向上运动，伸缩杆伸长，并通过张紧盘带动天线锥体向上展开，直至伸缩杆完全展开并锁定，此时天线锥体未完全展开，然后反转调整螺栓，张紧盘带动天线锥体继续向上展开，直至天线锥体处于张紧状态，将定位销插入腰形槽和与腰形槽相对的一组孔组内，最后关闭气源装置，压缩伸缩杆至初始状态。
18.本发明的有益效果如下：
19.本发明在进入太空前通过使伸缩杆处于折叠状态，进而使天线锥体处于折叠状态，从而减小了天线锥体的体积，实现了提高空间收拢率，节省火箭运载空间的目的；进入太空轨道后通过气源装置对气囊充气，气囊膨胀的同时带动伸缩杆伸长后锁定，进而带动天线锥体展开，从而实现了天线锥体的展开并保证稳定的展开状态。同时本发明通过张紧机构在卫星发射前进行预调，实现天线锥体在展开后的张紧状态不会太松或太紧，达到了使天线锥体保持良好型面精度同时不易损坏的目的。
附图说明
20.图1为本发明的整体结构示意图；
21.图2为本发明中伸缩机构、张紧机构、天线锥体和固定底座的剖视图；
22.图3为本发明中伸缩机构处于展开状态下的剖视图；
23.图4为本发明中伸缩机构处于折叠状态下的剖视图；
24.图5为本发明中张紧机构的剖视图；
25.图6为本发明中天线锥体的剖视图；
26.图7为本发明中固定底座的结构示意图；
27.图8为本发明中气源装置的结构示意图。
具体实施方式
28.下面结合附图对本发明做进一步描述。
29.如图1和图2所示，本发明一种气动伸展式星载单锥展开天线，包括伸缩机构1、张紧机构2、天线锥体3、固定底座4和气源装置5。
30.如图3和图4所示，伸缩机构1包括套筒一1-1、套筒二1-2、套筒三1-3、套筒四1-4、套筒五1-5、柱筒1-6、气囊1-12和端盖1-13；竖直设置的套筒一1-1、套筒二1-2、套筒三1-3、套筒四1-4、套筒五1-5和柱筒1-6的直径依次递减，且套筒一1-1、套筒二1-2、套筒三1-3、套筒四1-4、套筒五1-5和柱筒1-6依次嵌套形成伸缩杆；套筒一1-1内侧壁的上端、柱筒1-6内侧壁的下端以及套筒二1-2、套筒三1-3、套筒四1-4和套筒五1-5内侧壁的两端均开设有沿周向等距布置的n个柱孔，n≥2；套筒二1-2、套筒三1-3、套筒四1-4、套筒五1-5和柱筒1-6内位于下端柱孔的位置处分别固定有锁定件一1-7、锁定件二1-8、锁定件三1-9、锁定件四1-10和锁定件五1-11(各锁定件通过弹性压紧在对应套筒或柱筒内)，锁定件一1-7、锁定件二1-8、锁定件三1-9、锁定件四1-10和锁定件五1-11均为具有弹性的环形片，且各环形片的外沿均设有一体成型且沿周向等距布置的n个圆柱销，锁定件一1-7、锁定件二1-8、锁定件三1-9、锁定件四1-10和锁定件五1-11上的每个圆柱销分别嵌入套筒二1-2、套筒三1-3、套筒四1-4、套筒五1-5和柱筒1-6上位于下端的一个柱孔内，与相应的柱孔构成滑动副，各圆柱销的外端均设有一体成型的球头；端盖1-13固定于套筒一1-1的下端；气囊1-12置于伸缩杆的内腔，且气囊1-12上端与柱筒1-6下端固定，气囊1-12下端的充气管穿过端盖1-13上开设的圆孔与气源装置5连接，气源装置5为气囊1-12提供气体。
31.如图5所示，张紧机构2包括限位块、调整螺栓2-3、张紧盘2-4和定位销2-5；调整螺栓2-3竖直置于柱筒1-6内，调整螺栓2-3底端与限位块构成转动副；张紧盘2-4通过开设的螺纹孔与调整螺栓2-3连接，张紧盘2-4底部一体成型的柱体嵌入柱筒1-6内腔，与柱筒1-6构成滑动副，且张紧盘2-4顶部一体成型的圆环上开设有沿周向等距布置的多组孔组，孔组由正对的两个孔洞组成，调整螺栓2-3上开设有腰形槽，定位销2-5穿过腰形槽和其中一组孔组；其中，旋转调整螺栓2-3能带动张紧盘2-4上下移动，腰形槽保证张紧盘2-4上下移动过程中某组孔洞与其对齐时，定位销2-5都能穿过调整螺栓2-3。
32.如图6所示，天线锥体3为漏斗状，天线锥体3的上端与张紧盘2-4固定，下端与套筒一1-1上一体成型的圆台上端固定。如图7所示，固定底座4与套筒一1-1上一体成型的圆台下端固定。
33.其中，套筒二1-2、套筒三1-3、套筒四1-4、套筒五1-5、柱筒1-6和张紧盘2-4上一体成型的柱体均为棱柱体，套筒一1-1、套筒二1-2、套筒三1-3、套筒四1-4、套筒五1-5和柱筒1-6的内腔均为棱柱形，天线锥体3由金属丝编织形成。
34.作为一个优选实施例，如图8所示，气源装置5包括压缩气瓶5-1、减压阀5-2、电磁阀5-3和导气管5-4，压缩气瓶5-1的出口与减压阀5-2的输入口连接，减压阀5-2的输出口与
电磁阀5-3的输入口连接，电磁阀5-3的输出口与导气管5-4的进口连接，导气管5-4的出口与气囊1-12的充气管连接，压缩气瓶5-1内装有惰性气体，减压阀5-2用于控制压缩气瓶5-1的输出气体气压。
35.作为一个优选实施例，限位块包括限位体一2-1和限位体二2-2，限位体一2-1和限位体二2-2固定于柱筒1-6内，且限位体一2-1和限位体二2-2上开设的凹槽合并形成台阶孔，调整螺栓2-3的螺栓头置于台阶孔内(但螺栓头的十字槽不被限位体一2-1和限位体二2-2包裹)。
36.其中，减压阀5-2和电磁阀5-3均由控制器控制。
37.本发明一种气动伸展式星载单锥展开天线的展开方法，具体如下：
38.初始状态下，气囊1-12、伸缩杆和天线锥体3均处于折叠状态，锁定件一1-7、锁定件二1-8、锁定件三1-9、锁定件四1-10和锁定件五1-11均处于压缩状态，锁定件一1-7、锁定件二1-8、锁定件三1-9、锁定件四1-10和锁定件五1-11上各圆柱销上一体成型的球头分别抵住套筒一1-1、套筒二1-2、套筒三1-3、套筒四1-4和套筒五1-5的内侧壁。
39.卫星进入太空轨道后，气源装置5对气囊1-12充气，气囊1-12膨胀，进而带动柱筒1-6向上运动，伸缩杆伸长，并通过张紧盘2-4带动天线锥体3向上展开，直至伸缩杆完全展开并锁定，其中锁定件一1-7、锁定件二1-8、锁定件三1-9、锁定件四1-10和锁定件五1-11上每个圆柱销分别嵌入套筒一1-1、套筒二1-2、套筒三1-3、套筒四1-4和套筒五1-5上位于上端的一个柱孔内，天线锥体3完全展开并处于张紧状态。
40.其中，卫星发射前，天线锥体3先通过张紧机构2调节展开后的张紧状态，再压缩至初始状态，保证天线锥体3在进入太空轨道并展开后不会太松或太紧，具体过程如下：
41.手动将定位销2-5拆卸下来，并正转调整螺栓2-3，张紧盘2-4向下移动至最低位置，接着气源装置5对气囊1-12充气，气囊1-12膨胀，进而带动柱筒1-6向上运动，伸缩杆伸长，并通过张紧盘2-4带动天线锥体3向上展开，直至伸缩杆完全展开并锁定，此时天线锥体3未完全展开，然后反转调整螺栓2-3，张紧盘2-4带动天线锥体3继续向上展开，直至天线锥体3处于张紧状态，将定位销2-5插入腰形槽和与腰形槽相对的一组孔组内，最后关闭气源装置5，压缩伸缩杆至初始状态。

技术特征：
1.一种气动伸展式星载单锥展开天线，包括伸缩机构、天线锥体和固定底座，其特征在于：还包括张紧机构和气源装置；所述伸缩机构包括套筒一、套筒二、套筒三、套筒四、套筒五、柱筒、气囊和端盖；所述套筒一、套筒二、套筒三、套筒四、套筒五和柱筒的直径依次递减，且套筒一、套筒二、套筒三、套筒四、套筒五和柱筒依次嵌套形成伸缩杆；所述套筒一内侧壁的上端、柱筒内侧壁的下端以及套筒二、套筒三、套筒四和套筒五内侧壁的两端均开设有沿周向等距布置的n个柱孔，n≥2；所述套筒二、套筒三、套筒四、套筒五和柱筒内位于下端柱孔的位置处分别固定有锁定件一、锁定件二、锁定件三、锁定件四和锁定件五，锁定件一、锁定件二、锁定件三、锁定件四和锁定件五均为具有弹性的环形片，且各环形片的外沿均设有一体成型且沿周向等距布置的n个圆柱销，所述锁定件一、锁定件二、锁定件三、锁定件四和锁定件五上的每个圆柱销分别嵌入套筒二、套筒三、套筒四、套筒五和柱筒上位于下端的一个柱孔内，与相应的柱孔构成滑动副，各圆柱销的外端均设有一体成型的球头；所述端盖固定于套筒一的下端；气囊置于伸缩杆的内腔，且气囊上端与柱筒下端固定，气囊下端的充气管穿过端盖上开设的圆孔与气源装置连接；所述张紧机构包括限位块、调整螺栓、张紧盘和定位销；所述调整螺栓设于柱筒内，调整螺栓底端与限位块构成转动副；所述张紧盘通过开设的螺纹孔与调整螺栓连接，张紧盘底部一体成型的柱体嵌入柱筒内腔，与柱筒构成滑动副，且张紧盘顶部一体成型的圆环上开设有沿周向等距布置的多组孔组，孔组由正对的两个孔洞组成，调整螺栓上开设有腰形槽，定位销穿过腰形槽和其中一组孔组；所述天线锥体为漏斗状，天线锥体的上端与张紧盘固定，下端与套筒一上一体成型的圆台上端固定；固定底座与套筒一上一体成型的圆台下端固定；其中，套筒二、套筒三、套筒四、套筒五、柱筒和张紧盘上一体成型的柱体均为棱柱体，套筒一、套筒二、套筒三、套筒四、套筒五和柱筒的内腔均为棱柱形，天线锥体由金属丝编织形成。2.根据权利要求1所述的一种气动伸展式星载单锥展开天线，其特征在于：所述气源装置包括压缩气瓶、减压阀、电磁阀和导气管，压缩气瓶的出口与减压阀的输入口连接，减压阀的输出口与电磁阀的输入口连接，电磁阀的输出口与导气管的进口连接，导气管的出口与气囊的充气管连接，压缩气瓶内装有惰性气体。3.根据权利要求1所述的一种气动伸展式星载单锥展开天线，其特征在于：所述限位块包括限位体一和限位体二，限位体一和限位体二固定于柱筒内，且限位体一和限位体二上开设的凹槽合并形成台阶孔，调整螺栓的螺栓头置于台阶孔内。4.根据权利要求1至3中任一项所述的一种气动伸展式星载单锥展开天线的展开方法，其特征在于：具体如下：初始状态下，气囊、伸缩杆和天线锥体均处于折叠状态，锁定件一、锁定件二、锁定件三、锁定件四和锁定件五均处于压缩状态，锁定件一、锁定件二、锁定件三、锁定件四和锁定件五上各圆柱销上一体成型的球头分别抵住套筒一、套筒二、套筒三、套筒四和套筒五的内侧壁；卫星进入太空轨道后，气源装置对气囊充气，气囊膨胀，进而带动柱筒向上运动，伸缩杆伸长，并通过张紧盘带动天线锥体向上展开，直至伸缩杆完全展开并锁定，其中锁定件一、锁定件二、锁定件三、锁定件四和锁定件五上每个圆柱销分别嵌入套筒一、套筒二、套筒
三、套筒四和套筒五上位于上端的一个柱孔内，天线锥体完全展开并处于张紧状态。5.根据权利要求4所述的一种气动伸展式星载单锥展开天线的展开方法，其特征在于：卫星发射前，天线锥体先通过张紧机构调节展开后的张紧状态，再压缩至初始状态，具体过程如下：手动将定位销拆卸下来，并正转调整螺栓，张紧盘向下移动至最低位置，接着气源装置对气囊充气，气囊膨胀，进而带动柱筒向上运动，伸缩杆伸长，并通过张紧盘带动天线锥体向上展开，直至伸缩杆完全展开并锁定，此时天线锥体未完全展开，然后反转调整螺栓，张紧盘带动天线锥体继续向上展开，直至天线锥体处于张紧状态，将定位销插入腰形槽和与腰形槽相对的一组孔组内，最后关闭气源装置，压缩伸缩杆至初始状态。

技术总结
本发明公开了一种气动伸展式星载单锥展开天线及其展开方法。本发明的伸缩机构中套筒一、套筒二、套筒三、套筒四、套筒五和柱筒依次嵌套形成伸缩杆，且套筒二、套筒三、套筒四、套筒五和柱筒内分别设有锁定件一、锁定件二、锁定件三、锁定件四和锁定件五，气囊置于伸缩杆内腔；张紧机构中调整螺栓设于柱筒内，调整螺栓底端与限位块构成转动副，张紧盘通过开设的螺纹孔与调整螺栓连接。本发明在进入太空前使天线锥体处于折叠状态，减小了天线锥体的体积，实现了提高空间收拢率，节省火箭运载空间的目的，进入太空后通过气囊的膨胀带动伸缩杆伸长，进而带动天线锥体展开，实现了天线锥体的展开。的展开。的展开。


技术研发人员：黄稼元 张巨勇 吴锋泉 陈学雷 周民权 徐沈哲
受保护的技术使用者：杭州电子科技大学
技术研发日：2023.06.30
技术公布日：2023/8/24