考虑桁架变形的可展开天线索网结构多目标优化设计

索网结构是可展开天线的重要组成部分,在桁架的支撑下,索网结构的前/后索网和竖向索阵处于张紧状态,形成满足精度要求的工作反射面.本文提出了一种可以考虑桁架变形的索网形态设计方法.首先,基于索网结构的平衡矩阵奇异值分解,约束索段张力并以索力均匀为目标,通过优化求解找到一组最优预张力.将索网挂接在桁架上,以索段的预张力和前索网节点的位置增量为设计变量,以直接与桁架连接索段的张力改变量的均方根值,索段预张力均匀性和反射面形面精度为目标,约束索段张力和节点位置增量的取值范围,建立了索网结构多目标优化模型.最后通过相应算例,验证了方法的正确性.     

索段精密测控与自动连接技术研究

因索网结构中各索段的连接是采用人工连接的方法,不仅工作量巨大、效率低下,而且绳索的力学性能复杂,无法满足网面的高精度要求.研制了一套索段精密测控与自动连接设备,对节点零件安装精度、结构件变形、设备测量精度等因素进行分析和控制,并通过高精度张力电机进行张力加载,实现了索网中各索段长度与张力的高精度控制.实测结果:索段长度最大偏差为0.06 mm,索段张力最大偏差为0.18 N.     

索段精密测控与自动连接技术研究

因索网结构中各索段的连接是采用人工连接的方法,不仅工作量巨大、效率低下,而且绳索的力学性能复杂,无法满足网面的高精度要求.研制了一套索段精密测控与自动连接设备,对节点零件安装精度、结构件变形、设备测量精度等因素进行分析和控制,并通过高精度张力电机进行张力加载,实现了索网中各索段长度与张力的高精度控制.实测结果:索段长度最大偏差为0.06 mm,索段张力最大偏差为0.18 N.     

索段精密测控与自动连接技术研究

因索网结构中各索段的连接是采用人工连接的方法,不仅工作量巨大、效率低下,而且绳索的力学性能复杂,无法满足网面的高精度要求.研制了一套索段精密测控与自动连接设备,对节点零件安装精度、结构件变形、设备测量精度等因素进行分析和控制,并通过高精度张力电机进行张力加载,实现了索网中各索段长度与张力的高精度控制.实测结果:索段长度最大偏差为0.06 mm,索段张力最大偏差为0.18 N.     

考虑膜结构应力的索网型面优化方法

在对网状反射面天线进行型面分析时,以往的研究常常将重点放在索网结构的型面精度或索段张力分布的均匀性上,没有考虑薄膜反射面的应力对索网结构的影响.因此,文中根据网状反射面天线的索网和金属丝反射网的结构特点,提出了一种考虑膜结构应力的索网型面优化方法.基于索单元和各向等应力膜单元,建立以索段张力为设计变量、索段张力的上下限...     

基于Moore-Penrose逆的索网天线预拉力设计方法

为保证星载索网天线反射型面具有一定的刚度和热稳定性,展开态的索网结构须具有一定的预应力。结合天线索网结构的组成特点,将索网结构的预拉力设计过程分为三个阶段：优化设计前索网面索段的预拉力;计算纵向拉索的索段预拉力;优化设计后索网面的索段预拉力。在前、后两次网面索段预拉力的优化设计中,网面索段预拉力的均匀化程度以网面中各索段拉力与网面索段的拉力均值之间的差值平方和大小来衡量;认为差值平方和越小,网面索段拉力越均匀。以索网结点在理想位置力平衡所需满足的方程为主要约束条件,建立索网预拉力优化设计的数学模型。结合线性相容方程组极小范数解的概念,通过模型等效转换讨论其有效求解方法。算例结果表明,以网面索段拉力与其均值的差方和最小为目标来优化设计索网预拉力的方法简便、有效。     

考虑桁架柔性的可展开天线动力学分析

周边桁架式可展开天线的展开过程涉及复杂的动力学问题,对天线展开过程的研究有助于展开天线的设计、研制和优化。综合考虑天线展开过程中桁架结构的柔性变形和索网结构的变拓扑特征,建立了周边桁架式可展开天线展开过程的动力学模型。首先采用绝对节点坐标法的梁单元对外桁架结构建模,然后引入过渡函数来描述索段由松弛到张紧状态的转变,最后建立了周边桁架可展开天线的系统动力学方程。对天线进行动力学仿真分析,结果表明该方法能有效地分析天线的展开过程,桁架结构在内部索网张力的作用下会产生柔性变形,对驱动力和展开速度产生显著的影响。     

六棱柱模块化可展开天线索网结构设计与分析

为更好地研究天线索网结构对展开态形面精度的影响机理,针对六棱柱模块化天线构型,提出一种六边形索网结构高精度几何设计方法。首先,根据支撑结构特点、工作波段及天线形面方程等参数,开展了天线索网构型设计,建立了形面精度与索长、索段等分数间的参数化模型,并基于机器人学齐次坐标变换理论,建立了考虑悬垂效应的边界节点数学模型;其次,以实际应用工程案例作为比较,对上述模型进行了验证,并在六棱柱单模块样机上对索网结构进行了实物研制,对误差进行了分析与研究;最后,开展了多参数影响分析,研究了展开口径、抛物面方程、网格密度等参数对形面精度的影响规律。研究结果表明：索段实测绝对误差均值约为4.9 mm,相对误差均值约为3.38%,实测值与理论值吻合良好;索网形面误差减小的趋势随着索段密度的增加相对变缓;采用增大反射面焦距、降低天线口径等方式可有效改善索网精度。该研究可为后续索网结构找形分析、形面精度调整及同类天线索网结构的研究等提供借鉴与参考。     

非对称索网抛物面天线力平衡特性及预拉力设计

建立具有非对称前、后索网面的旋转抛物面索网天线结构的计算模型,以索网节点的力平衡方程为依据,以前、后索网面中索段的最大拉力比最小为设计目标,给出索网天线结构预拉力的优化设计方法。考虑到索网结构中索段数目即优化变量个数(661)较多,在分析索网结构中内部索网部分力平衡特性的基础上,给出内部索网部分预拉力的一组近似最优解。结合索网天线结构的轴对称特性,将索网结构的预拉力优化问题最终简化为具有4个优化变量的优化模型并进行数值解算。以预拉力优化结果作为输入条件,进行索网结构找形过程的仿真分析。结果表明,索网结构的网面设计精度较高,网面索段的最大拉力比为1.24,验证了该方法的正确性及有效性。     

一种基于力密度的网状可展开天线索网结构初始形态设计方法

针对环形网状可展开天线索网结构的初始形态设计问题,提出一种基于力密度思想的找形与找力相结合的优化迭代设计方法。该方法将索网结构初始形态设计分为前、后索网设计两部分。通过优化迭代的方法设计前索网,在满足网面精度要求的条件下,实现前索网所有内部索段的张力相等、边界索段与内部索段的最大张力比最小;根据前索网的形和力,在调整索保持竖直、后索网满足高度要求的条件下,通过优化实现后索网最大张力比最小。仿真算例表明,对于旋转抛物面和偏置抛物面索网结构,该方法与现有方法相比,均可进一步提高索网张力的均匀性,该方法正确有效。     

径射状可展天线反射器结构固有模态分析

掌握各种参数对大型天线固有模态的影响规律是减小质量、提高刚度的重要依据.本文将径射状可展桁架与金属细丝编织索网结合,形成了10米口径的大型天线反射器;采用杆单元与索单元,建立了天线反射器的有限元模型;利用ANSYS软件,对5种天线结构的固有频率与质量进行了对比分析,得出了采用12支径向桁架、每支5个单元机构的结构最优的结论.研究了铰链质量、缆绳截面大小、索网初拉力等参数对天线固有频率的影响规律,为天线结构的动力学研究以及结构的进一步优化设计提供了理论基础.     

四面体构架式可展天线型面划分与程序化建模

对四面体构架式可展天线进行研究,提出了一种较为简单的型面划分方法。基于MATLAB和SOLIDWORKS提出了一种程序化建模的方法,采用VBA编程语言对SOLIDWORKS进行了二次开发,并设计了可视化操作界面。两个可展天线机构实例验证了该型面划分与程序化建模方法的正确性。所提方法划分型面的过程较为简单且型面网格质量较好,采用程序化建模的方法对天线机构进行建模方便快捷,整体设计效率大大提高。     

大型索网反射面天线空间动力学分析

大型可展开索网反射面天线是目前较为理想的天线结构形式。由于其自身的结构特点以及复杂的空间环境因素,天线在运行时易产生大幅度振动变形,严重影响卫星的稳定运行。文中以某星载大型可展开索网反射面天线为切入点,对其进行了空间动力学分析。针对天线与中心刚体之间的多体动力学刚–柔耦合问题,首先根据模型分析参数建立了卫星–天线–太阳翼的星体系统模型,然后对该多体动力学模型系统进行了模态分析和瞬态动力学响应分析,从频域和时域上分析其振动特性,并分析了天线网面的形面精度随时间的变化规律。     

索网桁架式可展开天线的多目标优化设计

针对太空索网桁架式可展开天线的结构特点和性能要求建立了天线的有限元分析模型,并对其结构进行了优化设计研究.以天线的刚性周边桁架壁厚和柔性索单元内施加的预应力为设计变量,结构重量和天线表面精度为目标函数,结构的基频为约束条件,建立了天线的多目标优化数学模型.考虑到索网结构几何非线性计算的复杂性,采用遗传算法对模型进行优化求解.通过算例分析,得到了不同权重值时的多目标优化解集,优化结果对于工程实践具有一定的指导意义,也同时证明了该模型与方法的可行性和有效性.     

径射状可展天线反射器结构设计与动力学分析

结构动力学分析是大口径空间天线研制工作的重要组成部分。本文将多级剪刀机构与复式螺旋机构组合,提出了一种新型的径射状可展天线反射器结构,设计了18 m口径的天线反射器,并建立了工作状态时的天线反射器结构有限元模型。采用ANSYS软件计算了径射状天线反射器的固有频率、谐响应和冲击响应,并研究了索网拉力、材料阻尼等对冲击响应的影响规律,为该天线的结构参数优化和阻尼设计提供了依据。     

大型空间可展开天线的研究现状与发展趋势

文中较为系统地介绍了国内外大口径星载可展开天线研究的现状及其未来发展趋势,内容涉及网状、薄膜、微电子机械、固面、充气等不同类型天线.对应用广泛的大型索网天线,阐述了数字化建模、网状找形找态、多态动力优化、多柔体动力学分析与展开过程控制、展开可靠性分析、在轨热分析与控制、形面调整与测试、机-电-热场耦合建模与电性能分析等模型建立、分析与设计方法以及针对星载可展开天线分析与设计的知识型设计软件与综合设计支撑平台等.此外,对正在研制与在轨服役的星载天线也作了简单介绍.     

网状可展开天线反射面精度调整技术研究

给出了改进型周边构架式空间网状可展开天线的具体结构方案,利用权因子法对辅助牵引面式网面精度调整技术进行了理论分析及调整方法研究。给出了网面精度调整的基本理论、公式以及调整步骤,在此基础上提出了型面精度优化的数学模型,并利用单纯形法进行了优化。利用ANSYS软件建立了相应的反射面精度调整模型,并进行了调整计算;证明了所提出的方法是正确性及所给天线的结构方案的合理性。     

空间杆系结构布局优化的能量法

杆系结构作为航天器的支承结构,已经被广泛地应用于各类天线展开机构中。杆系结构的构型设计对航天器整体构架性能是至关重要的。从能量的观点,采用满应力设计方法,对空间多自由度杆系结构进行了布局优化研究,通过对不同构型优化结果的分析比较,提出了空间杆系结构布局优化原则,对高效率杆系方案的选取和设计具有指导意义。