專利名稱：可剛化充氣展開的平面框架支撐結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種平面天線或太陽帆板上使用的可展開的平面框架支撐結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
平面天線及太陽帆板在衛(wèi)星、載人飛船、空間站等飛行器中的應(yīng)用已非常廣泛，平面天線及太陽帆板能否正常工作關(guān)鍵在于其平面框架支撐結(jié)構(gòu)是否能正常展開。傳統(tǒng)的平面框架支撐結(jié)構(gòu)的展開主要采用機(jī)械式剛性結(jié)構(gòu)，此展開支撐結(jié)構(gòu)是由很多剛性構(gòu)件通過連接機(jī)構(gòu)、控制展開機(jī)構(gòu)和鎖緊機(jī)構(gòu)連接而成，因而在使用中存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、易出故障、展開可靠性差、整體重量重、折疊效率低的問題，特別是對大尺寸的太陽帆板和平面天線的展開支撐結(jié)構(gòu)存在的上述問題就更顯突出了。由于平面天線的尺寸大小對衛(wèi)星等飛行器信號接收或發(fā)射的精度和靈敏度影響較大，平面天線的尺寸越大，衛(wèi)星等飛行器信號接收或發(fā)射的精度和靈敏度就越高；而太陽帆板的作用是為衛(wèi)星等飛行器提供電力保障，太陽帆板的尺寸越大，為衛(wèi)星等飛行器提供的電力就越充足。從上述分析可以看出，設(shè)計出性能穩(wěn)定、使用安全、可靠的平面天線及太陽帆板的可展開的平面框架支撐結(jié)構(gòu)對衛(wèi)星等飛行器的發(fā)展和使用起著至關(guān)重要的作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為解決已有的太陽帆板和平面天線的平面框架支撐結(jié)構(gòu)由于采用機(jī)械式展開，在使用中存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、易出故障、展開可靠性差、整體重量重、折疊效率低的問題而提供的一種可剛化充氣展開的平面框架支撐結(jié)構(gòu)。它包括基板、貼片層3；它還包括系帶2、可剛化充氣展開的框架4、充氣管道5、導(dǎo)線6、控制閥7；所述的框架4內(nèi)裝有沿框架4縱向放置的基板，所述的基板與框架4之間通過系帶2固定連接；基板的上端面具有貼片層3，導(dǎo)線6的左端裝在框架4上的可剛化充氣展開的支撐管4-1內(nèi)并與所述的支撐管4-1的電加熱層4-1-1相連接，充氣管道5的左端裝在支撐管4-1內(nèi)，充氣管道5上裝有控制閥7；所述的基板是剛性基板或柔性基板1-2。
本發(fā)明具有以下有益效果一、采用可剛化充氣展開的框架作為本發(fā)明的可剛化充氣展開的平面框架支撐結(jié)構(gòu)的主體，在該框架內(nèi)裝置基板，基板以系帶的連接方式在彼此相互連接的同時又與可剛化充氣展開的框架相連接，因而在使用時可保證該框架以任意尺寸折疊，折疊效率高，發(fā)射體積小。二、框架中的支撐管由于采用可剛化充氣展開的結(jié)構(gòu)，支撐管可沿軸線方向以充氣壓力作為驅(qū)動力展開，展開后支撐管通電加熱固化，從而形成穩(wěn)定的、滿足結(jié)構(gòu)剛度要求的支撐結(jié)構(gòu)。三、平面框架由于采用可剛化充氣展開的支撐結(jié)構(gòu)，解決了已有的平面框架采用機(jī)械式展開支撐結(jié)構(gòu)帶來的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、易出故障、展開可靠性差、整體重量重、折疊效率低的問題。四、本發(fā)明由于在充氣管道上裝有控制閥，可控制充氣管道充入到支撐管內(nèi)部的氣體流量和流速，使框架的充氣展開過程較為穩(wěn)定。五、由于支撐管是由多層薄膜復(fù)合材料構(gòu)成，支撐管抗彎剛度、強度等性能指標(biāo)可通過改變支撐管的直徑、長度、管壁厚度及材料性能等方法進(jìn)行設(shè)計。六、本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、展開可靠性高、整體重量輕、折疊效率高、發(fā)射體積小的優(yōu)點，可用于構(gòu)建衛(wèi)星、載人飛船等飛行器的平面天線及太陽帆板；也可用于構(gòu)建其它空間大型平面結(jié)構(gòu)，如空間太陽能發(fā)電站。


圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖(基板采用剛性基板)；圖2是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖(基板采用柔性基板1-2)，圖3是右端蓋4-5的主視圖，圖4是圖3的A-A剖面圖，圖5是左端面4-4的主視圖，圖6是圖5的B-B剖面圖，圖7是支撐管4-1的主視圖，圖8是圖7的左視圖，圖9是框架4與充氣管道5和導(dǎo)線6相連接的俯視圖。
具體實施例方式
具體實施方式
一結(jié)合圖1、圖2、圖7、圖9說明本實施方式，本實施方式由基板、系帶2、貼片層3、可剛化充氣展開的框架4、充氣管道5、導(dǎo)線6、控制閥7組成；所述的框架4內(nèi)裝有沿框架縱向放置的基板，所述的基板與框架4之間通過系帶2固定連接；基板的上端面具有貼片層3，導(dǎo)線6的左端裝在框架4上的可剛化充氣展開的支撐管4-1內(nèi)并與所述的支撐管4-1的電加熱層4-1-1相連接，充氣管道5的左端裝在支撐管4-1內(nèi)，充氣管道5上裝有控制閥7；所述的基板是剛性基板或柔性基板1-2。
具體實施方式
二結(jié)合圖1、圖9說明本實施方式，本實施方式的剛性基板由一組平行放置的剛性基板單元1-1-1組成，相鄰兩塊剛性基板單元1-1-1之間及剛性基板單元1-1-1與框架4之間通過系帶2固定連接?；逵梢唤M剛性基板單元1-1-1組成，采用此結(jié)構(gòu)可保持基板整體平整，便于折疊。其它組成及連接關(guān)系與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三結(jié)合圖2、圖9說明本實施方式，本實施方式的柔性基板1-2由至少一層聚合物薄膜或至少一層樹脂預(yù)浸纖維織物構(gòu)成，柔性基板1-2與框架4之間通過系帶2固定連接。采用柔性基板1-2具有結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、折疊效率高、折疊體積較小的優(yōu)點。本實施方式中，為保持柔性基板1-2的平面度，柔性基板1-2的外周邊采用懸鏈線1-2-1的形式與系帶2相連接。其它組成及連接關(guān)系與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
四結(jié)合圖3、圖4、圖5、圖6、圖9說明本實施方式，本實施方式的框架4由左支承板4-2、右支承板4-3、左端蓋4-4、右端蓋4-5可剛化充氣展開的支撐管4-1、卡箍4-6組成；所述的可剛化充氣展開的支撐管4-1由前支撐管4-1-2和后支撐管4-1-3組成；左支撐板4-2與右支承板4-3平行對齊放置，左支撐板4-2的右端面的兩端分別與左端蓋4-4固定連接，右支撐板4-3的左端面與左端蓋4-4相對應(yīng)的位置上分別固定連接有右端蓋4-5，左端蓋4-4的外圓周端面上具有與卡箍4-6相配合的環(huán)形凹槽44-1，右端蓋4-5的外圓周端面上具有與卡箍4-6相配合的環(huán)形槽4-5-1，左支撐板4-2與右支撐板4-3之間裝有前支撐管4-1-2和后支撐管4-1-3，前支撐管4-1-2的左端和后支撐管4-1-3的左端分別裝在左端蓋4-4的外圓周端面上并用卡箍4-6固接，前支撐管4-1-2的右端和后支撐管4-1-3的右端分別裝在右端蓋4-5的外圓周端面上并用卡箍4-6固接。在左端蓋4-4的外圓周端面上加工環(huán)形凹槽4-4-1，并將卡箍4-6固定裝在所述的環(huán)形凹槽4-4-1內(nèi)；在右端蓋4-5的外圓周端面上加工環(huán)形槽4-5-1，并將卡箍4-6固定裝在所述的環(huán)形槽4-5-1內(nèi)，采用上述結(jié)構(gòu)用以對前支撐管4-1-2和后支撐管4-1-3的軸向固定；本實施方式中的右端蓋4-5為充氣端端蓋，右端蓋4-5的端面具有供充氣管道5通過的軸向孔4-5-4和供導(dǎo)線6通過的軸孔4-5-5。其它組成及連接關(guān)系與具體實施方式
一相同。
本實施方式中，為減輕框架4的整體重量，左端蓋4-4沿軸向加工有凹孔4-4-2，右端蓋4-5沿軸向加工有凹槽4-5-2；為使前支撐管4-1-2的左端和后支撐管4-1-3的左端與左端蓋4-4固定牢固，左端蓋4-4上加工有凸臺4-4-3；為使前支撐管4-1-2的右端和后支撐管4-1-3的右端與右端蓋4-5固定牢固，右端蓋4-5上加工有臺肩4-5-3。
具體實施方式
五結(jié)合圖7、圖8說明本實施方式，本實施方式的支撐管4-1的管壁由內(nèi)至外依次由氣體阻隔層4-1-4、電加熱層4-1-1、熱固化層4-1-5、絕熱層4-1-6和空間環(huán)境防護(hù)層4-1-7組成。支撐管4-1由多層復(fù)合材料層制成，具有重量輕、折疊效率高的優(yōu)點。其它組成及連接關(guān)系與具體實施方式
四相同。
具體實施方式
六結(jié)合圖7說明本實施方式，本實施方式的支撐管4-1的熱固化層4-1-5由環(huán)氧樹脂預(yù)浸碳纖維織物材料制成。加熱固化后可保證支撐管4-1所需要的強度和剛度。其它組成及連接關(guān)系與具體實施方式
五相同。
具體實施方式
七結(jié)合圖7說明本實施方式，本實施方式與具體實施方式
六的不同點是本實施方式的支撐管4-1的熱固化層4-1-5由環(huán)氧樹脂預(yù)浸芳綸纖維織物材料制成。其特點是強度高、柔韌性好；也可采用碳纖維預(yù)浸織物和芳綸纖維預(yù)浸織物復(fù)合而成。
具體實施方式
八結(jié)合圖7說明本實施方式，本實施方式與具體實施方式
六的不同點是本實施方式的支撐管4-1的熱固化層4-1-5由兩種樹脂預(yù)浸纖維織物的復(fù)合薄膜制成，可滿足支撐管4-1的不同性能要求。
具體實施方式
九結(jié)合圖7說明本實施方式，本實施方式的支撐管4-1的氣體阻隔層4-1-4由聚合物薄膜制成，氣體阻隔層4-1-4的厚度δ為0.01mm。管壁要求較薄時，采用此參數(shù)。其它組成及連接關(guān)系與具體實施方式
五相同。
本實施方式中，所使用的聚合物薄膜為聚酰亞胺薄膜，氣體阻隔層4-1-4選用上述材料具有較好的阻隔性能。
具體實施方式
十結(jié)合圖7說明本實施方式，本實施方式與具體實施方式
九的不同點是本實施方式的氣體阻隔層4-1-4的厚度δ為0.2mm。管壁要求較厚時，采用此參數(shù)。
具體實施方式
十一結(jié)合圖7說明本實施方式，本實施方式與具體實施方式
九的不同點是本實施方式的氣體阻隔層4-1-4的厚度δ為0.1mm，管壁要求不很厚時，采用此參數(shù)。
具體實施方式
十二結(jié)合圖7說明本實施方式，本實施方式的支撐管4-1的熱固化層4-1-5由一層樹脂預(yù)浸纖維織物制成?？筛鶕?jù)管壁結(jié)構(gòu)性能要求設(shè)計管壁厚度，當(dāng)支撐管4-1剛度要求較小時，熱固化層4-1-5可選用上述結(jié)構(gòu)參數(shù)。其它組成及連接關(guān)系與具體實施方式
五相同。
具體實施方式
十三結(jié)合圖7說明本實施方式，本實施方式與具體實施方式
十二的不同點是本實施方式的熱固化層4-1-5由十層樹脂預(yù)浸纖維織物制成。當(dāng)支撐管4-1的剛度要求較大時，熱固化層4-1-5可選用上述結(jié)構(gòu)參數(shù)。
具體實施方式
十四結(jié)合圖7說明本實施方式，本實施方式與具體實施方式
十二的不同點是本實施方式的熱固化層4-1-5由二十層樹脂預(yù)浸纖維織物制成。當(dāng)支撐管4-1的剛度要求很大時，熱固化層4-1-5可選用上述結(jié)構(gòu)參數(shù)，以滿足支撐管4-1抗彎曲剛度的要求。
具體實施方式
十五結(jié)合圖7、圖9說明本實施方式，本實施方式的支撐管4-1的電加熱層4-1-1由電加熱薄膜或排布在一起的耐高溫電阻絲制成。采用此結(jié)構(gòu)的電加熱層4-1-1受熱均勻，電加熱層4-1-1通過導(dǎo)線6供電生熱。其它組成及連接關(guān)系與具體實施方式
五相同。
具體實施方式
十六結(jié)合圖7說明本實施方式，本實施方式的支撐管4-1的空間環(huán)境防護(hù)層4-1-7由聚酰亞胺薄膜材料制成，也可以涂敷防護(hù)涂層。設(shè)置空間環(huán)境防護(hù)層4-1-7的作用是可防止支撐管4-1遭到空間輻射而損害。其它組成及連接關(guān)系與具體實施方式
五相同。
具體實施方式
十七結(jié)合圖1、圖2說明本實施方式，本實施方式的貼片層3是微帶天線電磁單元。用于接收或發(fā)射衛(wèi)星信號。其它組成及連接關(guān)系與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
十八結(jié)合圖1、圖2說明本實施方式，本實施方式的貼片層3是太陽帆板電池貼片。將太陽光能轉(zhuǎn)化為電能為衛(wèi)星等飛行器提供電力。其它組成及連接關(guān)系與具體實施方式
一相同。
權(quán)利要求
1.一種可剛化充氣展開的平面框架支撐結(jié)構(gòu)，它包括基板、貼片層(3)；其特征在于它還包括系帶(2)、可剛化充氣展開的框架(4)、充氣管道(5)、導(dǎo)線(6)、控制閥(7)；所述的框架(4)內(nèi)裝有沿框架縱向放置的基板，所述的基板與框架(4)之間通過系帶(2)固定連接，基板的上端面具有貼片層(3)，導(dǎo)線(6)的左端裝在框架(4)上的可剛化充氣展開的支撐管(4-1)內(nèi)并與所述的支撐管(4-1)的電加熱層(4-1-1)相連接，充氣管道(5)的左端裝在支撐管(4-1)內(nèi)，充氣管道(5)上裝有控制閥(7)；所述的基板是剛性基板或柔性基板(1-2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可剛化充氣展開的平面框架支撐結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的剛性基板由一組平行放置的剛性基板單元(1-1-1)組成，相鄰兩塊剛性基板單元(1-1-1)之間及剛性基板單元(1-1-1)與框架(4)之間通過系帶(2)固定連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可剛化充氣展開的平面框架支撐結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的柔性基板(1-2)由至少一層聚合物薄膜或至少一層樹脂預(yù)浸纖維織物構(gòu)成，柔性基板(1-2)與框架(4)之間通過系帶(2)固定連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可剛化充氣展開的平面框架支撐結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的框架(4)由左支承板(4-2)、右支承板(4-3)、左端蓋(4-4)、右端蓋(4-5)、可剛化充氣展開的支撐管(4-1)、卡箍(4-6)組成；所述的可剛化充氣展開的支撐管(4-1)由前支撐管(4-1-2)和后支撐管(4-1-3)組成；左支撐板(4-2)與右支承板(4-3)平行對齊放置，左支撐板(4-2)的右端面的兩端分別與左端蓋(4-4)固定連接，右支撐板(4-3)的左端面與左端蓋(4-4)相對應(yīng)的位置上分別固定連接有右端蓋(4-5)，左端蓋(4-4)的外圓周端面上具有與卡箍(4-6)相配合的環(huán)形凹槽(4-4-1)，右端蓋(4-5)的外圓周端面上具有與卡箍(4-6)相配合的環(huán)形槽(4-5-1)，左支撐板(4-2)與右支撐板(4-3)之間裝有前支撐管(4-1-2)和后支撐管(4-1-3)，前支撐管(4-1-2)的左端和后支撐管(4-1-3)的左端分別裝在左端蓋(4-4)的外圓周端面上并用卡箍(4-6)固接，前支撐管(4-1-2)的右端和后支撐管(4-1-3)的右端分別裝在右端蓋(4-5)的外圓周端面上并用卡箍(4-6)固接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的可剛化充氣展開的平面框架支撐結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的支撐管(4-1)的管壁由內(nèi)至外依次由氣體阻隔層(4-1-4)、電加熱層(4-1-1)、熱固化層(4-1-5)、絕熱層(4-1-6)和空間環(huán)境防護(hù)層(4-1-7)組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的可剛化充氣展開的平面框架支撐結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的氣體阻隔層(4-1-4)由聚合物薄膜制成，氣體阻隔層(4-1-4)的厚度(δ)為0.01～0.2mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的可剛化充氣展開的平面框架支撐結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的熱固化層(4-1-5)由至少一層樹脂預(yù)浸纖維織物制成。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的可剛化充氣展開的平面框架支撐結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的電加熱層(4-1-1)由電加熱薄膜或排布在一起的耐高溫電阻絲制成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可剛化充氣展開的平面框架支撐結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的貼片層(3)是微帶天線電磁單元。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可剛化充氣展開的平面框架支撐結(jié)構(gòu)，其特征在于所述的貼片層(3)是太陽帆板電池貼片。
全文摘要
可剛化充氣展開的平面框架支撐結(jié)構(gòu)，它涉及一種平面天線或太陽帆板使用的可展開的平面框架支撐結(jié)構(gòu)。本發(fā)明解決了已有的太陽帆板和平面天線的平面框架支撐結(jié)構(gòu)采用機(jī)械式展開，存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、展開可靠性差、整體重量重、折疊效率低問題。本發(fā)明的框架4內(nèi)裝有沿框架4縱向放置的基板，基板與框架4通過系帶2固接，基板的上端面具有貼片層3，導(dǎo)線6的左端裝在框架4上的可剛化充氣展開的支撐管4－1內(nèi)并與支撐管4－1的電加熱層4－1－1相連接，充氣管道5的左端裝在支撐管4－1內(nèi)，充氣管道5上裝有控制閥7。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、展開可靠性好、整體重量輕、折疊效率高、發(fā)射體積小的優(yōu)點，可用于構(gòu)建衛(wèi)星等飛行器的平面天線及太陽帆板。
文檔編號H02N6/00GK1770550SQ200510010368
公開日2006年5月10日 申請日期2005年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月26日
發(fā)明者苗常青, 萬志敏, 杜星文 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)