两级可重复展收立方星伞状天线机构设计与样机验证

针对现有RainCube立方星伞状天线展开冲击大、同步性差、难以重复展收的问题,提出了一种两级可重复展收立方星伞状天线展收机构创新方案,实现了对伞状天线主面根肋、尖肋和副面的重复展收。该展收机构由根肋、尖肋、电机、丝杠丝母、拉索、弹簧、扭簧等组成。通过电机与丝杠丝母相结合、拉索与扭簧相结合、拉索与弹簧相结合分别实现对天线主面根肋、尖肋和副面的同步可控展开及收拢。在对天线关键机构部件运动学分析的基础上,完成了天线展开与收拢过程的轨迹仿真。设计并制作了两级可重复展收立方星伞状天线原理样机,通过原理样机试验验证了所提展收机构创新方案的可行性。     

模块化可展开抛物柱面天线展开机构设计与仿真

大型星载天线可展开机构主要是用于抛物球面天线,关于抛物柱面天线机构设计较少。选取偏馈式抛物柱面天线作为研究对象,通过单元模块对抛物线方向等分,构成折线段对抛物线拟合。模块单元的抛物线方向和柱面方向由相同结构肋单元组成,采用复数矢量法进行机构运动建模分析,可以得到驱动滑块位移与展开角度之间的关系;通过ADAMS软件分别基本单元模块和简化整体模块进行运动仿真,可以得到肋单元滑块位移与关节角度变化关系和主要形成抛物柱面支撑点的运动轨迹,为模块展开可靠性和地面模拟实验提供设计依据。     

百米级多超弹性铰链抛物柱面天线折展机构设计与运动学分析

为了满足空间任务需要,对可折展薄膜天线应用需求非常迫切,且朝着大展收比、高精度化、轻质化的方向发展.提出一种百米级多超弹性铰链抛物柱面天线折展机构,该机构主要由超弹性铰链、三棱柱伸展臂、横向折展肋、同步铰链和索网组成;三棱柱伸展臂能够进行纵向折展,横向肋进行横向二次折展.该机构采用模块化设计,依靠横向和纵向分布的超弹性...     

可重复展收单折伞状天线机构创新设计与实验验证

针对现有单折伞状天线无法实现自动重复展收的问题,创新性地提出一种滚动轴承结合销轴、丝杠结合推板的展收机构,并进行了原理样机设计与验证。所提展收机构由单折肋、中心座、丝杠、丝杠螺母、上下推板、挡板、滚动轴承、销轴等组成。通过电机带动丝杠往复运动,推板上下移动,辐射肋根部在上下推板间滚动,辐射肋绕销轴转动,挡板限位锁定的方式,弥补了现有单折伞状天线的不足,创新性地实现了单折伞状天线辐射肋的重复展开与收拢。对辐射肋进行了运动学分析,得出了角度、角速度以及角加速度之间的转换关系。同时对反射体中的关键零部件进行了力学校验,以确保其可行性。设计并制作了4 m口径可重复展收单折伞状天线原理样机。通过原理样机重复展收试验,验证了所提创新机构的有效性。     

桁架-索网抛物柱面可展开天线结构设计与分析

现有抛物柱面天线存在结构单一、展开性能差的缺陷,因此文中提出一种桁架-索网抛物柱面可展开天线,并对其展开机构、索网形态进行详细设计,研制试验原理样机。一方面,桁架作为天线的主要承力构件和展开机构,由平行四边形折展单元串联而成,采用扭簧-柔索实施展开驱动。另一方面,将天线反射面设计为网状抛物柱面结构,通过多段等长直线索段对弧形索进行逼近,建立允许误差、索段长度、索段数目间的数学关系,完成索网分段设计;对节点进行受力平衡分析求解预张力,得到各索段预张力介于4 N ~ 35 N 间。最后,加工组装桁架结构,借助裁索机编织索网,完成尺寸为2 054 mm *1 040 mm *475 mm 的原理样机的研制。     

基于螺旋理论的三棱锥折展机构构型综合与组网

研究折展单元机构构型综合对于可展开天线机构创新设计具有重要意义。根据三棱锥折展单元机构多运动输出期望公共运动和期望同步运动自由度要求,基于螺旋理论约束综合法,完成机构公共运动和耦合同步运动支链的构型综合,获得了多种基本折展单元构型,并结合应用实际确定一种优选三棱锥折展单元机构。根据3RR-3RRR单元折展机构的组网方式和组网运动的要求,采用螺旋理论进行了运动副的构型设计和优化,综合出一种具有耦合自由度的高刚度三棱锥折展单元组网机构。所采用的构型综合方法实现了螺旋理论约束综合法在折展机构构型综合中的应用,为具有多运动输出部件耦合运动要求的机构综合研究提供参考。综合得到的机构适用于星载构架天线反射器等空间曲面支撑类机构应用需求,具有广泛的应用前景。     

大口径米波雷达高机动技术研究与实现

为了实现大口径米波天线雷达的高机动性,把天线沿其高度方向分成21行线源。线源通过滑块在伸缩式天线背架导轨上垂直滑动,并与天线背架同步展收。运输时首先把天线从工作态12 m高收缩到运输态3 m高,然后再把天线放平使其平躺于载车平台上。系统采用机电液控制技术和伺服控制技术,以液压缸作为天线俯仰和伸缩的驱动执行机构,以随动支撑臂和电动插销作为天线工作时的锁定机构,以可编程控制器PLC为伺服控制器,实现天线自动俯仰、伸缩与锁定。实际使用表明,该系统架设与收装简单、锁定可靠、重复面精度高、机动性好、电性能稳定,具有广阔的应用前景。     

基于空间可展机构可靠性设计分析

空间可展机构具有展开性能好、稳定性高、可延展性的特点,可适用于太阳能帆板展开机构、太空平面反射天线等领域,空间可展机构在展开和折叠时需要满足高精度、重量轻的要求,需要进一步对其进行模型设计分析与研究。为提高空间可展机构在展开和折叠时的运动精度,基于空间可展机构的杆件尺寸误差、装配误差和主动件角速度周期性波动误差的情况下,利用常规设计方法和可靠性设计方法分别对空间可展机构的驱动杆直径进行设计计算。结果表明：利用可靠性设计方法计算不仅可以起到优化杆件作用,还提高了可展机构的可靠度,验证了可靠性设计对于研究空间可展机构的可行性与有效性,同时对推进空间可展机构的工程应用具有一定的基础理论支撑与实际价值。     

被动输入过约束四面体可展天线机构动力学分析

建立了一种由3RR-3RRR四面体单元组成的被动输入过约束可展天线机构的动力学模型,分析了驱动元件(扭簧)的数量、刚度、初始压缩量对机构展开运动的影响。基于3RR-3RRR四面体单元组成的可展机构的结构特点和空间坐标变换关系建立了机构展开/收拢过程中各构件质心位置与机构展开角之间的关系,得到了各构件的速度解析表达式。根据机构自由度性质,将机构展开/收拢过程中构件的运动分为平移运动、定轴转动、平面运动和复合运动四类。为便于建立3RR-3RRR四面体单元组成的被动输入过约束可展机构的动力学模型,进一步将构件的复合运动分解为平面运动和沿该平面法线方向的平移运动。基于拉格朗日法建立了单元可展机构3RR-3RRR和组合可展机构3(3RR-3RRR)-3RRR-3RRR的动力学模型,得到了机构中扭簧刚度与机构展开角之间的表达式,并讨论了扭簧刚度和数量对机构展开运动的影响。基于ADAMS仿真软件建立了3(3RR-3RRR)-3RRR-3RRR被动输入过约束可展机构的仿真模型,通过添加不同数量、不同刚度的扭簧对机构进行了动力学仿真分析,并讨论了扭簧初始压缩量对机构展开运动的影响,仿真结果验证了理论分析...     

空间相机重复展收机构薄膜防护罩设计及分析

空间光学相机是高精度系统,其主镜由重复伸展机构支撑到位并实现系统成像.为了提高空间光学相机可重复展收机构的精度,基于Miura折纸原理提出薄膜防护罩折叠方法并进行了参数分析.采用NX/SST仿真软件分析了伸展机构有无防护罩包覆的温度场,研究了主镜安装面在不同温度梯度下的变形规律,利用伸展机构防护罩样机进行了伸展机构可重复展收实验.结果表明本文设计的可重复折展薄膜防护罩的展开角θA=120°时,结构已完成接近85％的展开,此时模型形状依然规整,验证了防护罩的随动重复展收功能.通过热分析发现,有防护罩时伸展机构最高温度为12℃,最低温度为3.5℃,与无防护罩相比,最高温度降低了22℃,最低温度提高了51.5℃,防护罩有效降低了伸展机构的温度梯度.实验结果表明,伸展机构在进行了10次重复展开试验后,在X方向重复精度平均值的绝对值为0.00216 mm,Y方向为0.00596 mm,Z方向为0.00348 mm.本文设计的伸展机构具有较高的重复展收精度,基于折纸原理设计的薄膜防护罩具有良好的可重复展收、遮光和热控效果,可以有效保证光学相机在空间环境的应用.     

基于四面体单元的新型可展机构自由度分析

基于3RR-3URU四面体单元构造对称和非对称两种可展组合单元机构,提出3UU-3URU四面体单元机构,并基于此单元构造可展组合单元机构,对这三种可展机构进行自由度分析。首先,基于拆杆等效法分析3RR-3URU四面体单元的自由度数目及性质,进一步将基本单元组合成对称组合单元和非对称组合单元两种形式,定义这两种组合单元的结构及需要满足的几何约束条件,并应用螺旋理论和G-K公式分析两种组合单元的自由度。其次,针对基于3RR-3URU构成的组合单元无法组网成大型可展天线机构的问题,提出3UU-3URU四面体单元及其组合单元机构,根据G-K公式得到其自由度数。最后,应用ADAMS仿真软件建立三种组合单元机构的仿真模型,对三种组合单元进行运动仿真,仿真结果验证其自由度分析的正确性。研究结果为四面体可展天线机构的设计与分析提供重要理论依据。     

空间伸展臂折展单元展开运动特性分析

基于对国内外空间伸展臂机构研究状况分析,提出一种四棱柱型剪叉式空间伸展臂。在分析伸展臂工作原理的基础上,确定折展单元(剪叉单元)的构型特征,并基于螺旋理论求解伸展臂折展单元运动度,验证四棱柱型剪叉式空间伸展臂的运动单一性和折展稳定性。据此,分析空间伸展臂折展单元的几何特性,获得折展单元轴向展开运动规律线图,并利用所研制的原理装置在低重力模拟环境下完成伸展臂展开性能和重复展开精度测试,结果表明四棱柱型剪叉式空间伸展臂满足空间折展机构的功能需求。     

基于直线驱动的空间可展机构运动分析

将直线机构与折纸机构相结合,设计出一种新型空间可展机构,并对其进行运动分析。运用抽象思维将筝形纸板的四条边线抽象为构件,将相邻边线间的拐点抽象为转动副,提出一种二自由度筝形七杆机构,采用几何证明的方式,对机构执行构件实现直线运动的条件进行研究,结合运动支链为末端执行构件提供约束的本质,通过引入平行约束的方式,设计得到多种单自由度筝形直线机构。以筝形直线机构为基础构造可展单元,阐述模块化组成筝形直线可展机构的原理和过程。根据三浦折纸机构的运动几何特性和面对称性,在运动学分析的基础上,提出一种通过改变对称面上共线等距点的间距来实现机构折展的驱动方式,经由筝形直线可展机构予以实现后,建立整体空间可展机构的虚拟样机模型,研究机构的运动干涉问题及其影响因素,绘制折展率性能图谱,得到了该空间可展机构的折展率随着板厚h的减小和切除长度c的增大而增大的结论,为机构的结构设计和工程应用提供参考依据。     

可重构立方体机构的设计与运动模式分析

随着航空航天技术的飞速发展,大型空间折展机构的功能需求越来越多样化,具有多种展开模式的可重构可展机构应运而生。以可展立方体机构作为研究对象,介绍了其机构组成以及分层构造方法。通过分析立方体机构的相邻面单元间约束,绘制了面单元的机构简图,得到了面单元在正方形和长方形外轮廓下的几何约束条件。分析了三个相邻面单元的耦合运动情况,得到了三个面的可能运动模式,并在此基础上得到了立方体机构的可能运动模式。通过顶点连接、边连接、面连接,得到了两个立方体机构的组合机构,并开展了各种连接条件下的多模式分析。最后通过制作原理模型样机,搭建了边连接和面连接的立方体组合机构的典型构型,验证了理论分析的正确性。     

一种天籁计划专用试验天线研制

要使天籁计划小规模天线阵建设顺利进行,就需对天线的结构形式、网面材料和结构、基础设计等进行研究。文中应用现代概念设计方法,根据暗能量的探测原理和国外合作者搭建的2个小型对称抛物柱形网状反射面试验模型所总结的一些设计经验,建立了不对称的小模型抛物柱面试验天线样机。利用全站仪测量系统对天线框架和网面精度进行了校验,得到的天线面的最大变形量和均方差值均满足设定的指标。经过长达2年的天线样机环境试验,获得了多种测量数据,为天籁计划阵列天线的结构设计、制作安装和网面选择提供了参考依据。     

某车载雷达俯仰平衡机构设计

为实现某车载雷达天线阵面在运输状态和工作状态下的俯仰翻转功能,设计了俯仰平衡机构。扭簧和 四连杆相结合的力矩平衡机构平衡天线阵面的重力矩,蜗轮蜗杆与俯仰电机等结合的锁定及驱动机构实现对天 线阵面的位置锁定及翻转驱动。对扭簧和四连杆的结构设计及分析表明,力矩平衡机构能够平衡天线阵面的重 力矩,从而使得锁定及驱动机构承载较小,能够满足翻转机构的轻量化、快速响应性和易维护性等设计要求。     

基于正棱锥可展单元的球形雷达校准机构的设计方法及研究

地面雷达监测是目前对空间碎片最为有效的监测方法之一,为了保证地面雷达测量精度,需要对其进行鉴定、校准。校准装置需要具有恒定的外形,尽可能接近球形,同时为满足发射时体积包络要求,亟需一种具有小折展比的可展开球形雷达校准机构。通过对成角杆剪式单元进行分析,提出了一种成角杆正棱锥剪式单元,该单元能够实现空间放缩;通过对空间多面体的研究,分析了球形多面体的构造方法;根据所构造的球面构型,通过模块化的正棱锥可展单元组合的方法构成球形可展机构。总结了一种用于设计球形可展机构的理论方法,并通过原理样机验证了方法的可行性,将为我国第一颗雷达校准卫星研制打下良好的基础,具有很好的应用前景。     

舱门展收机构运动与结构参数优化设计

舱门展收机构是航天器的重要组成部分,其性能的优劣将直接关系到航天器舱门能否顺利展开与闭合、航天器能否顺利完成在轨任务。基于ADAMS软件的参数优化功能模块,对某舱门运动形式及展收机构的结构进行了优化设计,在满足舱门展开角度、展开位置、驱动力矩、展开后断电保持等优化要求下,对展收机构的位置布置及几何参数进行了优化设计,为改进舱门机构的结构设计提供了重要依据,具有较强的实用性及参考价值。     

精确直线可展机构及其动力学分析

将Hart直线机构和剪叉机构相结合,提出一种仅含转动副的直线可展单元,并设计得到一种精确直线可展机构。根据机构结构学分析理论,阐述可展机构的模块化组成原理,将机构的组成分解为底部模块、中部模块和顶部模块,3种模块均由直线可展单元构成;对单个直线可展单元进行运动学建模,结合机构的模块化组成原理,推导得到任意模块间的运动学递推关系,求解得到多层模块条件下机构的整体运动学模型,运用Lagrange方程构建机构的整体动力学模型;以3层可展机构为例,对其进行动力学数值计算和虚拟仿真,验证所建运动学和动力学模型的正确性和有效性。通过给定末端执行器的输出运动规律,求解得到机构所需的驱动力矩,结果表明：末端执行器为正弦加速度曲线时,机构在整个工作周期内无冲击,运动稳定性好。     

空间可展开天线机构研究与展望

空间可展开天线机构是近年来快速发展的研究方向之一,是支撑大型空间天线的关键装备,其发展趋势是高展收比、高精度、高刚度、轻量化。经过近30年的发展,空间可展开天线已获得大量实际应用,随着天线的超大型化需求,经典的结构形式不易满足天线日益增长的性能要求,近年来出现了以百米级尺度为目标的可展开天线机构形式,如协同展开式天线、环柱式天线、薄膜天线等。介绍空间可展开天线机构的典型结构形式、应用案例、最新的技术进展,对可展开天线机构的构型设计、优化设计、动力学分析的研究现状进行了综述,分析可展开天线机构研究当前存在的主要问题与发展趋势,为开展空间可展开天线机构研究提供借鉴与参考。