[发明专利]一种基于非圆齿轮的空间网状天线被动式展开驱动器

说明书

技术领域

本发明属于航天技术领域，特别涉及了一种基于非圆齿轮的空间网状天线的被动式展开驱动器。

背景技术

近年来，为探测微小功率信号，移动通信卫星、电子侦察卫星、数据中继卫星等迫切需要大口径的空间可展天线。在各类天线方案中，网状展开天线相比于固面天线因面密度低、展收比高而备受青睐。结构上，网面在工作态由绳索或碳带剖分成三角形并附以金属网反射电磁信号，在发射态规则收拢折叠以减小储存空间；负责展开及支撑网面的可展桁架主要有径向(伞状天线)和环向(环形天线)两种。桁架在轨能否成功将网面从收拢态展开为工作态是决定卫星任务成败的关键所在。

卫星入轨后，可展桁架通过结构中预紧扭簧式被动驱动器单独作用或与主动电机共同驱动将网面展开。以环形天线(Astromesh，美国专利NO.5680145)展开过程为例，其结构如图1中天线所示。扭簧安装于环梁铰接处，一般的扭簧，在储能释放初期提供的力矩大，末期小。而根据地面样机与动力学仿真实验的结果，天线展开过程中，网面势能在展开初期因网面松弛几乎为零，直到临近展开时绳索才被张紧，势能迅速上升。故此整个系统需要的扭簧或电机输入的展开力矩应在初期小，末期大，正好与普通扭簧特性相反，也就是说传统扭簧并不适于网状天线的展开需求。

发明内容

本发明是为了克服现有技术的不足，提出了一种基于非圆齿轮的空间网状天线被动式展开驱动器，该驱动器具有结构简单，工程适应性强的特点。

本发明为解决上述问题所采用的技术方案是：在原有扭簧与转动铰链之间添加齿轮系传动，根据齿轮轴传递扭矩比与其半径大小成正比的关系，引入数对相互啮合的非圆齿轮组，可以通过改变节曲线的大小比例来调节扭簧传递至天线铰链处的扭矩。此齿轮系由力矩放大齿轮系，一对或数对互相啮合的非圆齿轮，以及力矩减小齿轮系三部分组成，与外加机械结构共同构成该被动式展开驱动器。

该驱动器包括固定框架,一对齿轮轴，齿轮轴上一对节曲线相互啮合的非圆齿轮，两组给定传动比的直齿圆柱齿轮系，线性平面涡卷弹簧及安装该弹簧的圆形凹槽框和用于天线展开驱动绳绕线的输出圆筒；其中，安装弹簧的圆形凹槽框安装于固定框架一侧面伸出的轴上，平面涡卷弹簧安装于圆形凹槽框内，用于驱动绳绕线的输出圆柱筒安装于固定框架另一侧面伸出的轴上，非圆齿轮分别与两组直齿圆柱齿轮系中最内侧的标准齿轮固连且同轴转动，在一对齿轮轴上工作。齿轮与位置固定的齿轮轴之间安装微型法兰轴承以减小摩擦。固定框架左右挡板的伸出的固定轴顶端有螺纹，其最外侧设有限位螺母，确保凹槽框和绕线输出圆筒不会沿轴发生横向滑动。

本发明的特点和有益效果是：

本发明提出的一种基于非圆齿轮的网状天线被动式展开驱动器，在满足天线安装空间的限制下，根据目标力矩变化曲线自主设计非圆齿轮，将齿轮系与平面涡卷弹簧相结合，实现天线展开所需的最佳驱动力矩变化，成功助力展开网状天线结构，减小了天线展开力，优化了天线展开过程中的能量利用。

本网状天线被动式驱动器具有结构简单，工程适应性强的优点，可以适用于使用扭簧助力展开的环形桁架式天线，伞状肋式天线等多种空间大天线。

附图说明

图1是本发明的被动式驱动器应用于网状天线时的安装位置示意图。

图2是本发明的被动式驱动器与一般弹簧驱动器在天线展开过程中的展开力的变化趋势对比图。

图3是本发明的被动式驱动器实施例的整体结构等轴测图。

图4是本发明的被动式驱动器实施例的整体结构俯视图。

图5是本发明的被动式驱动器实施例中固定框架的底座结构图。

图6是本发明的被动式驱动器实施例中固定框架的上挡板结构图。

图7是本发明的被动式驱动器实施例中固定框架的下挡板结构图。

图8是本发明的被动式驱动器实施例中弹簧、凹槽框、力矩放大齿轮的结构图。

图9是本发明的被动式驱动器实施例中组合齿轮的结构图

图10是本发明的被动式驱动器实施例中绕线圆筒和力矩减小齿轮的结构图。

图11是本发明的主动非圆齿轮和力矩放大齿轮的平面结构示意图。

图12是本发明的被动非圆齿轮和力矩减小齿轮的平面结构示意图。

具体实施方式

本发明提出的一种基于非圆齿轮的网状天线被动式展开驱动器结合附图及实施例进一步说明如下：