[发明专利]一种基于索杆式结构设计的星载环形桁架天线

说明书

本发明公开了一种基于索杆式结构设计的星载环形桁架天线，包括内部由碳纤维索杆体系组成的索杆式结构，环形桁架，特征控制索以及固定在撑杆下端点处的抛物反射面。索杆式结构包括内撑杆，内脊索，内斜索，内环索，中撑杆，中脊索，中斜索，中环索，外脊索，外斜索。外圈环形桁架由横梁，柱，斜撑杆组成。索杆式结构的拉索，撑杆，以及环形桁架构件的材料均为碳纤维材料，构件的具体截面参数应根据具体所需和设计要求来进行决定。索杆式结构是一种张拉整体结构，能够随着环形桁架的驱动展开按照规定的形式被张拉成型，所有拉索的受力大小相近，具有明确的传力路径和较高的材料利用率，天线整体有较大的刚度和较小的质量，具有较好的应用前景。

技术领域

本发明属于结构工程技术领域，特别涉及一种基于索杆式结构设计的星载环形桁架天线。

背景技术

自20世纪七十年代，美国的“哥白尼”卫星发射成功至今，星载卫星天线已经被广泛应用于通信，侦察，导航，摇杆，深空探测等各个领域，是卫星系统中至关重要的组成部分，对卫星系统起决定性作用。目前对星载天线的要求是高精度、大口径、轻质量、高收纳比。因为天地之间距离很远，卫星接受的信号弱，所以要求星载天线具有高增益，而达到此目的最直接的办法就是增大天线的口径。

环形桁架天线主要由环形桁架、主网、副网、张力阵、金属网组成。在天线结构设计与分析中，一般将金属网对反射面的影响等效到主网中考虑，即将这类天线结构视为仅由环形桁架和索网组成的系统。在环形桁架天线的反射面设计中，需要面临众多的问题与挑战，其中包括天线的结构刚度不足，索网传力方式复杂，受力不均匀和天线的型面误差等问题。索杆式结构无论在成形态还是受荷态，它都是压力和拉力的有效自平衡体系，它的工作机理和力学性能依赖于其自身的拓扑形状以及预应力水平。在不同需求的工程中，可以通过寻找合理的结构形态，获得良好的工作性能。

发明内容

解决的技术问题：本发明针对现有的环形桁架天线技术的不足，通过采用索杆式内部结构与环形桁架相结合方式所设计出新型索杆式可展开反射面天线，解决了天线的结构刚度不足，索网传力方式复杂，受力不均匀和天线的型面误差等技术问题。引入由形状记忆合金材料制备的特征控制索不仅可以有效提升结构的整体刚度，也可以实现天线结构服役过程中的自调节，是天线结构刚度组成的核心关节，也是天线结构的主动调控中枢。新型索杆式可展开反射面天线具有的突出特点在于，收纳尺寸小，展开效率高，材料利用率高，质量小，刚度较大，传力路径明确，驱动简单等，更适合于大尺度天线结构。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明提供了一种基于索杆式结构设计的星载环形桁架天线，包括索杆式结构、特征控制索，环形桁架以及抛物反射面；

所述索杆式结构包括：内撑杆及延以内撑杆为圆心的径向设置的多榀索杆；每榀索杆包括脊索、斜索、顶索以及两层或以上的索杆单元；每层索杆单元由两个外撑杆、上内环索及下内环索构成；两个中撑杆对称设置在所述内撑杆两侧，上内环索连接在两个中撑杆上端，下内环索连接在两个中撑杆下端；最外层锁杆单元在中间层的基础上，增加外顶索连接外撑杆和环形桁架上边缘；上外环索连接同层所有外撑杆的上端，下外环索连接同层所有外撑杆的下端；

所述环形桁架包括：上边缘框架梁，下边缘框架梁，框架柱和可伸缩斜撑杆；所述上边缘框架梁，下边缘框架梁和可伸缩斜撑杆均通过多向销接头与框架柱销接；

所述脊索包括内脊索、中脊索以及外脊索；所述内脊索连接在所述内撑杆上端与上层索杆单元的中撑杆上端；所述中脊索连接在相邻层索杆单元的中撑杆和外撑杆上端；所述外脊索连接在最下层索杆单元的外撑杆下端与所述环形桁架上框架柱的下端，外脊索和外斜索与环形桁架框架柱下端点铰接；

所述斜索包括内斜索、中斜索以及外斜索；所述内斜索连接在所述内撑杆下端与上层索杆单元的中撑杆上端；所述中斜索连接在上层索杆单元中撑杆的下端与下层索杆单元外撑杆的上端；所述外斜索连接下层索杆单元外撑杆的上端与环形桁架框架柱的下端；

所述的特征控制索连接外撑杆上端，与环形桁架框架柱上端点铰接；所述抛物反射面固定在所述索杆式结构的每层杆单元，即内撑杆，中撑杆和外撑杆的下端；