PARABOLOIDE PLEGABLE

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un método asistido por ordenador para fabricar una antena paraboloide plegable, del tipo de las que pueden ser desplegadas en el espacio para realizar funciones de antena o de reflector.

Antecedentes

Existen varios ejemplos de estructuras plegables, tales como una antena utilizada en aplicaciones espaciales.

El ingeniero japonés Koryo Miura diseñó un panel solar plegable aplicado a un satélite en 1995.

Otros proyectos han utilizado patrones como formas para estructuras que se despliegan después de completar el lanzamiento y la puesta en órbita. Un ejemplo es el "Eyeglass Telescope Project" del Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) en colaboración con Robert J. Lang, que sigue un patrón de Origami.

Otro proyecto que utiliza una técnica de plegado es el James Webb Space Telescope.

Todas estas propuestas se refieren a sistemas que son capaces de plegarse en estado sólido para ser utilizados en el espacio, y que cuando se despliegan generan una superficie plana.

Por otro lado, existen sistemas compuestos por un elemento que se comporta como una antena y una estructura tensegrítica que sostiene la antena y le da forma. Para poder plegarse y desplegarse, una solución propuesta ha sido utilizar un tejido metálico fijado a los puntos de control de la estructura de tensegridad. Sin embargo, en esta propuesta el tamaño de los agujeros generados por las cruces de tejido (urdimbre y trama) disminuyen el rango de frecuencias que pueden ser reflejadas. Las frecuencias de banda alta (superiores a 60 GHz) son más pequeñas que esos agujeros, por lo que pasan a través de la antena y no se reflejan.

Sumario de la invención

Así, pues, es un objeto de la invención proporcionar un método asistido por ordenador para fabricar una antena con una superficie sin agujeros capaz de desplegarse como una superficie paraboloide.

La invención proporciona un método asistido por ordenador para fabricar una antena paraboloide plegable que comprende los siguientes pasos: - elección de un patrón de Orígami radial bidimensional con celdas triangulares y elección de una superficie paraboloide,

- el patrón de Orígami radial bidimensional con celdas triangulares se proyecta desde el foco de la superficie paraboloide sobre la superficie paraboloide para imprimir el patrón de Orígami sobre la superficie paraboloide, obteniéndose triángulos con lados curvos,

- obtención de un patrón con triángulos con lados rectos en la superficie paraboloide uniendo los vértices de los triángulos con lados curvos proyectados,

- calcular los centroides (baricentros) de los triángulos y el escalado de los triángulos con una operación homotética desde el foco, con el fin de reducir cada triángulo tomando como referencia el centroide correspondiente, y determinar el espaciado entre triángulos, obteniendo una malla con una pluralidad de segmentos y una pluralidad de celdas triangulares delimitadas por los segmentos de la malla,

- las celdas triangulares se rellenan con triángulos de un material rígido reflectante,

- la malla de la antena se fabrica con un material flexible, de manera que la anchura de cada segmento sea al menos la suma de los espesores de los dos triángulos rígidos adyacentes, y

- las celdas de la periferia se fabrican con un borde exterior redondeado.

La invención permite que en una posición desplegada se obtenga una antena no plana con una forma general de paraboloide, en la que los segmentos de la malla flexible actúan como bisagras entre dos triángulos adyacentes.

Otras características y ventajas de la presente invención serán evidentes a partir de la descripción detallada de una realización ilustrativa, sin limitar su objeto y en relación con las figuras que se acompañan

Descripción de las cifras

La Flg.1 es una vista de un patrón de Orígami conocido. La Fig. 2 es una vista de un patrón de Orígami con celdas triangulares.

La Fig. 3 es una vista del patrón de orígami radial bidimensional con celdas triangulares y de la superficie paraboloide utilizada en una realización del método de la invención.

La Fig. 4 es una vista de la proyección de un sector circular del patrón de Orígami de la Fig. 2 sobre la superficie paraboloide de la Fig. 3. La Fig. 5 es un detalle de la triangulación de la superficie paraboloide. La Fig. 6 es una vista de los triángulos y sus centroides.

La Fig. 7 es una vista en planta del patrón de la antena paraboloide plegable.

La Fig. 8 es una vista de un sector del útil de soporte para el montaje de la antena paraboloide plegable. La Fig. 9 es una vista en planta de la antena paraboloide plegable montada.

Descripción detallada de la invención

En esta descripción, las subdivisiones más simples que se pueden hacerse en un patrón de plegado de Origami se denominarán "celdas unitarias".

La figura 1 muestra un patrón conocido de Origami capaz de plegarse y desplegarse radialmente y que comprende celdas unitarias con cuatro lados. La figura 2 muestra un patrón de Origami que puede plegarse y desplegarse radialmente con celdas unitarias de forma triangular (en esta figura se muestra en su estado desplegado). Ambos patrones son capaces de desplegarse en una forma circular plana.

Para poder obtener una antena paraboloide plegable, se realiza un método asistido por ordenador, que puede utilizar un software como CATIA.

Se elige un patrón de origami radial bidimensional con celdas triangulares (como el que se muestra en las figuras 2 y 3) y también se elige una geometría deseada (en este caso, una superficie paraboloide como superficie no plana para la antena, como se muestra en la figura

3).

La figura 4 muestra la proyección del patrón de Origami radial bidimensional con celdas triangulares desde el foco de la superficie paraboloide sobre la superficie paraboloide. La proyección se genera para imprimir el patrón de Origami en la superficie paraboloide. Después de este paso, se realiza una triangulación de la superficie paraboloide, obteniéndose triángulos con lados curvos.

El siguiente paso consiste en transformar los triángulos con lados curvos en triángulos con lados rectos. Para ello, se seleccionan los vértices de los triángulos proyectados con lados curvos, y luego se unen para formar un patrón con celdas triangulares con lados rectos, como se muestra en la figura 5.

Una vez definido el patrón, es necesario diseñar las bisagras que pueden hacer que los triángulos se plieguen. Para ello, los centroides de los triángulos se calculan para hacer un escalado progresivo de cada triángulo con una operación homotética desde el foco (véase la figura 6).

Una vez reducido localmente cada triángulo tomando como referencia el centroide (lo cual evita el desplazamiento del triángulo correspondiente), podemos obtener una superficie con un espaciado parametrizado entre triángulos. Una malla con una pluralidad de segmentos y una pluralidad de celdas triangulares delimitadas por los segmentos de la malla se obtienen por ordenador, como se muestra en la figura 7.

Es importante tener en cuenta que el proceso anterior puede ser realizado por sectores circulares, es decir, el patrón de Origami radial bidimensional con celdas triangulares puede dividirse en varios sectores circulares (por ejemplo, 12 sectores circulares), y los pasos del método se repiten para cada sector por separado (por ejemplo, la figura 4 muestra la proyección de un sector circular del patrón de Origami radial bidimensional).

A continuación se monta la antena (véase la figura 9). Las celdas triangulares se rellenan con triángulos de un material rígido reflectante, y la malla con segmentos se fabrica con un material flexible. Como la periferia de la superficie paraboloide es redondeada, las celdas de la periferia se fabrican con un borde exterior redondeado.

Para evitar el contacto entre dos triángulos adyacentes cuando la antena está plegada, la anchura de cada segmento de la malla es al menos la suma de los espesores de los dos triángulos rígidos adyacentes. Se puede utilizar un útil para el soporte de la antena paraboloide durante el montaje. Este útil se puede dividir en sectores circulares, como se muestra en la figura 8.

La malla de la antena paraboloide (mostrada en la figura 9) debe estar hecha de un material flexible. Por ejemplo, puede ser de PEEK o Kapton, o de un material metalizado.

Los triángulos deben estar hechos de un material rígido reflectante (por ejemplo, CFRP). En una realización, el CFRP utilizado tiene un espesor de 1 mm, por lo que en ese caso la distancia entre triángulos adyacentes es de al menos 2 mm, para evitar el contacto o solapamiento entre los triángulos adyacentes cuando la antena está plegada.

Una vez fabricada la antena paraboloide plegable, se coloca sobre la estructura de tensegridad y se une a ella mediante pines. Por consiguiente, la antena paraboloide plegable está sujeta por una estructura de tensegridad que puede plegarse radialmente. Cuando se despliega, se obtiene una triangulación de una estructura no plana (un paraboloide). Aunque la presente invención ha sido completamente descrita en relación con realizaciones preferidas, es evidente que pueden realizarse modificaciones dentro del alcance, no considerando esto como limitado por dichas realizaciones, sino por el contenido de las siguientes reivindicaciones. Referencias numéricas: