Ободной трансформируемый рефлектор с гибкими элементами

Полезная модель относится к области космической техники, в частности, к проектированию трансформируемых рефлекторов.
Известен патент на трансформируемый рефлектор (US 9,608,333 В1), трансформируемая конструкция которой включает в себя сборочный обод, радиоотражающее сетеполотно и узел выдвижной мачты. Обод рефлектора включает в себя множество звеньев, механическое устройство которых приводит рефлектор в рабочее положение. Радиоотражающая поверхность прикреплена к ободу, который, в свою очередь, закреплен на выдвижной мачте при помощи шнуров.
Основными недостатками этого устройства являются: большая масса рефлектора и низкая надежность механического устройства раскрытия рефлектора из-за наличия большого количества механических элементов и дополнительной выдвижной мачты для фиксации обода.
Также известен патент на крупногабаритный трансформируемый рефлектор (US 6,243,053 В1). Разворачивающаяся конструкция рефлектора состоит из трансформируемого обода, который, в свою очередь, состоит из множества одинаковых S-образных элементов, а также из механизма раскрытия, который включает в себя параллельно-поворотные оси для перехода из транспортного положения в рабочее, параболической радиоотражающей поверхности, которая управляет антенными сигналами, входящими либо исходящими, когда структура находится в рабочем положении; и электромеханического привода для раскрытия рефлектора. Электромеханический привод определяет момент времени, когда параллельные оси вращаются, обеспечивая перевод антенны из транспортного положения в рабочее.
К недостаткам данного устройства относятся: низкая жесткость ободной конструкции обода; низкая надежность и сложность конструкции рефлектора из-за введения большого количества подвижных механических элементов, что, в свою очередь, увеличивает массу конструкции рефлектора, повышает вероятность несрабатывания механизма раскрытия, а также отсутствие плавности раскрытия обода (ударные нагрузки).
В качестве ближайшего аналога выбран развертываемый крупногабаритный космический рефлектор по патенту RU 2442249 С1, который принят за прототип полезной модели.
Развертываемый крупногабаритный космический рефлектор содержит центральный узел, силовое кольцо, образованное горизонтальными складывающимися несущими силовыми стержневыми элементами и вертикальными несущими силовыми стойками, соединенными с основными и промежуточными гибкими опорными лепестками, тросо-блочную систему раскрытия, взаимодействующую с приводом раскрытия, силовым кольцом и центральным узлом, сетеполотно, закрепленное на основных и промежуточных гибких опорных лепестках на вертикальных стержневых элементах, задающих профиль рабочей поверхности рефлектора, содержит в радиальных направлениях основные и промежуточные гибкие опорные лепестки в виде вантово-стержневых лепестков, плоскость которых перпендикулярна продольной оси центрального узла, причем основные гибкие опорные лепестки одним своим окончанием закреплены за вертикальные несущие силовые стойки силового кольца, а другими окончаниями за центральный узел, а промежуточные гибкие опорные лепестки - за гибкие растяжки, соединенные с узлами крепления основных опорных лепестков в виде вантово-стержневых лепестков за вертикальные несущие силовые стойки по верхнему и нижнему поясам силового кольца, а основные и промежуточные гибкие опорные лепестки в виде вантово-стержневых лепестков включают с шагом установленные вертикальные жесткие стержневые элементы различной длины, формирующие параболическую поверхность рефлектора, и содержат узлы крепления сетеполотна, и располагаются концентрически от центра к периферии с шагом, равным шагу установки вертикальных жестких стержневых элементов. Вертикальные несущие силовые стержневые стойки снабжены ползунами с раскосами, шарнирно связанными со складывающимися несущими силовыми стержневыми элементами, формирующими поверхности силового кольца, а горизонтальные складывающиеся несущие силовые стержни и вертикальные несущие силовые стойки имеют на своей поверхности роликовые элементы, закрепленные с внешней стороны с наружи, и соединены между собой тросо-блочной системой раскрытия, взаимодействующей с механизмом раскрытия (привод), который установлен на силовой несущей вертикальной стойке с ее внешней стороны. К вертикальным стержневым элементам концентрически от центра к периферии закреплены гибкие аппроксимирующие элементы по верхней и нижней поверхностям.
Основным недостатком прототипа является низкая надежность раскрытия рефлектора из-за использования в конструкции механизма раскрытия рефлектора большого количества механических элементов.
Технической проблемой полезной модели является устранение указанного выше недостатка прототипа.
Для разрабатываемой конструкции рефлектора и для ближайшего прототипа рефлектора - развертываемого крупногабаритного космического рефлектора RU 2442249 С1 выявлены основные общие существенные признаки, такие как: трансформируемая конструкция силового обода рефлектора с вертикальными несущими стойками, параболическое радиоотражающее сетеполотно, форма которого определяется вспомогательными элементами.
Указанная техническая проблема решается благодаря следующему исполнению силовой конструкции рефлектора.
Рефлектор содержит следующие признаки отличительные от прототипа: трансформируемый силовой обод рефлектора представляет собой набор гибких элементов, например, из углепластика, закрепленный на вертикальных несущих силовых стойках и раскрываемый посредством запасенной упругой энергии деформации гибких элементов.
Техническая сущность и принцип действия предложенного устройства поясняются чертежами, на которых показаны:
на фиг. 1 - общий вид ободного трансформируемого рефлектора с гибкими элементами в рабочем положении;
на фиг. 2 - общий вид трансформируемого обода ободного трансформируемого рефлектора с гибкими элементами с устройством сдерживания в рабочем положении;
на фиг. 3 - общий вид трансформируемого обода ободного трансформируемого рефлектора с гибкими элементами в транспортировочном положении (варианты складывания);
на фиг.4 - общий вид секции ободного трансформируемого рефлектора с гибкими элементами в рабочем положении с сетеполотном;
на фиг. 5 - общий вид секции ободного трансформируемого рефлектора с гибкими элементами в рабочем положении без сетеполотна.
На вышеуказанных фигурах изображена конструкция предлагаемого рефлектора с использованием следующих элементов: 1 - гибких элементов, например, из углепластика; 2 - прямофокусной сетчатой радиоотражающей параболической поверхности (отражающего полотна); 3 - силовых элементов, представляющих собой набор вертикальных стоек с платами, при помощи которых закреплены гибкие элементы; 4 - устройства сдерживания для регулирования скорости раскрытия обода; 5 - нитей, при помощи которых отражающее полотно закреплено на 6 - формообразующей поверхности.
Предложенное устройство конструкции ободного трансформируемого рефлектора с гибкими элементами, представленное на фигурах, состоит из следующих элементов:
- гибких элементов 1, например, из углепластика, форма которых определяется требованиям к геометрии отражающей поверхности и габаритам рефлектора в сложенном положении;
- прямофокусной сетчатой радиоотражающей параболической поверхности (отражающего полотна) 2, которая закреплена на трансформируемом ободе при помощи механического соединения (болтовое соединение);
- силовых элементов 3, представляющих собой набор вертикальных стоек 3.1 с платами 3.2, при помощи которых с помощью болтового соединения закреплены гибкие элементы 1, отражающее полотно 2 и формообразующая поверхность 6;
- устройства сдерживания 4 для регулирования скорости раскрытия обода, представляющее собой систему тросов 4.1 и роликов 4.2, состоящая из двух ветвей каждая из которых приходит на электромеханический привод, который работает в сдерживающем режиме и обеспечивает плавное раскрытие рефлектора. Устройство сдерживания закреплено на силовых элементах 3 рефлектора при помощи механического соединения (например, кронштейнов). Рефлектор переводится из транспортного положения в рабочее за счет упругой энергии гибких элементов 1. Зачековка рефлектора в рабочем положении осуществляется за счет выпрямления гибких элементов. Рефлектор сохраняет точностные свойства отражающей поверхности за счет жесткостных свойств гибких элементов.
- нитей 5, при помощи которых прямофокусная сетчатая радиоотражающая параболическая поверхность 2 закреплена на 6 - формообразующей поверхности, которая определяет параболоидную форму рефлектора.
Описанная выше конструкция ободного трансформируемого рефлектора с гибкими элементами переводится из транспортировочное положение в рабочее следующим образом:
После вывода целевого спутника на орбиту, рефлектор освобождается от закрепления в транспортировочном положении, посредством запасенной упругой энергии деформации гибких элементов, закрепленных на силовых элементах обода рефлектора, осуществляется перевод рефлектора из транспортировочного положения в рабочее. Мгновенное раскрытие рефлектора с ударными нагрузками блокируется работой ЭМП, работающего в режиме сдерживания. Устройство сдерживания, представляющее собой систему тросов с роликами обеспечивает плавность раскрытия ободного трансформируемого рефлектора с гибкими элементами. Прямофокусная сетчатая радиоотражающая параболическая поверхность натягивается при помощи нитей. В транспортировочном положении конструкция удерживается за счет жесткостных свойств гибких элементов.
Таким образом, проблема низкой надежности раскрытия рефлектора устраняется путем использования в конструкции ободного трансформируемого рефлектора в качестве механизма раскрытия рефлектора гибких элементов, закрепленных на вертикальных стойках обода рефлектора из-за чего уменьшается вероятность несрабатывания механизма раскрытия (устранение большого количества механических элементов устройства раскрытия рефлектора).
Техническим результатом полезной модели является создание конструкции рефлектора с повышенной надежностью.