基于Bennett衍生机构的固面可展开天线设计

固面可展开天线因具有型面精度高和工作频带宽的优点,被广泛应用于无线通信、深空探测和军事侦察等领域。为提高固面可展开天线的收纳比、同步性和展开可靠性,文中基于Bennett衍生机构开展了固面可展开天线的设计研究。首先,提出了一种天线展开方案,设计了反射面划分参数化计算流程。其次,引入四元数将反射面的双正交旋转轴等效变换为单旋转轴,采用Bennett衍生机构驱动该旋转轴,实现固面天线的展开与收拢。该研究结论为固面可展开天线的设计提供了技术参考。     

抛物面式固体反射面天线结构的展开设计

针对固体反射面可展天线结构的分块数量和包络尺寸等实际需求,对抛物面刚性可展天线结构进行分块优化和连接设计。依据可动性分析,分块优化选用双自由度的单顶点五折痕模式,但是通过约束折痕转动实现反射面运动路径可控。采用平面单位圆模型定性分析分块节点的几何参数对机构收纳比的影响。以收纳比为优化目标函数,以刚性约束、碰撞约束和可动性约束为优化约束条件,建立抛物面刚性可展天线结构的优化框架,并采用1st Opt结合简面体爬山法结合通用全局优化算法计算分块参数。针对面板转动过程碰撞问题,进行了面板连接节点和转动轴设计。仿真分析和3D打印分块模型结果说明该方法的可行性和合理性。     

模块化可展天线机构展开动力学建模与运动规划

模块化可展开天线具有拓展灵活、通用性好、适应性强等特点,是满足未来天线大口径发展趋势的一种新型航天装备。为掌握模块化可展开天线展开过程的动态特性,提出一种六棱柱模块化可展开天线机构展开动力学建模及运动规划方法。首先,阐述了六棱柱模块化可展开天线的结构组成及展开原理,建立了天线机构数值仿真模型,研制了单模块原理样机,并验证了原理方案的正确性;其次,基于多刚体系统动力学Lagrange方法,建立了天线机构在展开过程的动力学模型,得到了缓释电机驱动力随展开时间的变化规律;最后,开展天线机构展开过程运动规划,建立了天线机构S型运动速度曲线模型。研究结果表明：运动规划减小了天线展开过程始末的速度突变,提高了天线展开过程的平稳性,为该构型天线的展开试验及工程应用提供了一种可供参考的速度控制方案。     

星载双反射面偏置天线可展开双轴指向机构设计

为实现双反射面偏置天线在航天系统中的应用,提出一种基于连杆连接的双反射面偏置天线可展开双轴指向机构设计方案,并研制出原理样机、完成相关试验验证.本文首先针对双反射面偏置天线的特点以及航天系统的特殊要求,分析和对比传统天线指向机构不同构型的特点,完成了双反射面偏置天线指向机构的构型设计;其次通过有限元方法对指向机构进行动...     

空间大型可展开天线展开机构设计与分析

空间环形可展开天线借助于贯穿在杆件中的绳索的收卷完成展开,为了能精确测定已收卷绳长,使绳长作为天线展开程度的有力判据,文中设计了一种带绳索排布管理的动力展开机构。该机构利用原有展开机构的动力源,经过齿轮变速箱传动,由凸轮机构将展开电机的单向转动转化为过绳滑块的往复运动,来引导绳索在卷绳轮上按照一定的规律整齐排布。动力学仿真分析和功能试验,均证明该机构可以在承受一定负载的情况下平稳运行,绳索排布的效果良好。     

基于Twin-Bennett机构固面可展开天线的优化设计

为了解决Twin-Bennett(TB)机构控制固面可展开天线展开过程的干涉问题从而提高收拢能力,对传统太阳花式天线分割方案进行了改进.通过指数积公式建立了该固面可展开天线设计参数与收拢率之间的数学模型,并以收拢率为目标函数对盘面分割方案进行了优化分析,通过多初值点序列二次规划算法得到了最优设计参数.针对收拢的同步性问...     

可展开固体反射面机构设计及运动学分析

针对传统固体反射面机构主反射面型面精度和收拢率较低的问题,设计了一种可展开固体反射面机构。首先,提出4种固体反射面机构可展单元构型并对其机构自由度进行分析,对比分析构型方案优缺点确定构型方案4作为可展单元基础构型,并对其结构和展开原理进行详细设计。通过D-H坐标变换建立该机构可展单元的运动学模型,根据几何约束条件建立机构位置矢量方程,利用向量封闭投影法解出各回转角间的关系,结合MATLAB软件编程对机构的位置、速度和加速度进行分析。应用ADAMS软件建立机构仿真模型,验证了机构运动学分析的正确性。最后根据机构中回转角的限制条件和结构尺寸关系,分析回转角和结构尺寸对可展开固体反射面机构收拢率的影响,确定2.2m可展开固体反射面机构的回转角和旋转角分别为78°和30°,中心圆盘半径、铰支座一孔纵向尺寸、切换连杆横向尺寸、纵向尺寸分别为245,8,40,18mm,收拢率为0.326,从而为可展开固体反射面机构的设计提供参考。     

花瓣式可展天线的结构分析

针对一种多刚体空间机构——花瓣式可展天线的花瓣数、每个花瓣的刚板数和结构参数的关系进行了分析研究。首先,根据空间机构自由度的计算公式,对不同情况下机构的自由度进行了计算,确定了每个花瓣的刚板数。然后,利用折叠状态下各刚板的几何关系,对各刚板的宽度进行了分析。最后,计算了该可展结构折叠状态时的体积,再利用各结构参数与体积的关系,分析比较后得到了可展结构的花瓣数。通过分析确定了花瓣式可展天线的多个结构参数。     

大型二维多折展开平面天线机构设计及动力学特性分析

随着空间对地观测范围和观测精度要求的不断提升,对大型平面可展开天线机构的需求越来越迫切.本文提出了一种全新的空间大型二维多折展开相控阵天线机构,对其进行了构型优选、结构设计及动力学特性分析.首先,建立了综合评价指标,优选出综合性能最优的天线整体构型方案.其次,对天线机构各部件进行了详细的结构设计,进行样机的研制与展开原...     

空间可展开天线展开过程轨迹与控制系统集成设计

针对空间可展开天线展开过程中冲击过大的问题,提出一种天线展开轨迹与控制系统集成设计方法.利用贝塞尔曲线合成驱动索的输入轨迹,通过天线的运动学关系表达式,可以得到天线展开过程的运动输出轨迹.讨论通过改变贝塞尔曲线控制点位置得到不同天线展开轨迹的可行性,继而为最优展开轨迹设计提供了依据.并基于天线的动力学分析,给出针对展开天线特点的控制系统设计方案.考虑展开轨迹和控制系统的耦合关系,基于优化的方法同时选择贝塞尔曲线控制点位置及控制器增益系数,达到减小天线在展开过程中所受冲击的目标.讨论优化过程中涉及的设计变量及约束方程表达式,该设计问题的求解方法,并给出了仿真步骤.结合典型算例的数值结果,说明该集成设计方法的有效性和合理性.     

卫星可折展空间碎片防护机构动力学分析

针对传统 Whipple 防护结构占用空间大、质量较大、防护覆盖面积小,且充气防护结构重复利用性差、可靠性低等缺陷,设计了一种卫星可折展空间碎片防护机构。根据可折展铰链运动规律,结合 D-H 法对防护机构进行展开运动学分析;在此基础上,借助 Lagrange 动力学方程建立防护机构动力学模型;最后基于 ADAMS 建立仿真模型,将理论模型计算结果与仿真数值对比结合分析,验证了动力学模型的正确性,并对运动规律进行改进,提高了机构运动效率。     

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。     

可展收抛物柱面天线机构的设计及分析

可展收抛物柱面天线可用于卫星系统中,实现无线通信、深空探测以及空间目标搜索等功能。近年来随着航天事业的迅猛发展,对空间可展天线的成形精度要求越来越高。提出并设计了一种可展收抛物柱面天线机构,该机构主要由网面支撑机构、柔索、金属丝网、轴向驱动与锁定装置、径向驱动与定位锁定装置组成。其中,网面支撑机构包括径向和轴向展收机构。研究中提出了一种新型平面可展收机构作为径向展收机构的组成单元实现天线的径向展开收拢。对可展收机构的等效机构进行了优化设计。利用剪式单元可展机构实现了轴向展收机构的设计。完成了可展收抛物柱面天线机构的驱动组件设计,在Solidworks中完成建模,对天线机构进行了运动学仿真。     

基于刚性折纸的新型可折展移动机器人折展原理分析及验证

针对现有轮式机器人的本体相对固定无法适应复杂环境的问题,将自由度较少、折展比大的刚性折纸机构与高效的轮式运动相结合,提出一种新型可折展移动机器人机构,提升了移动机器人在复杂环境下的通过性能。对此机构折展原理进行分析,得到机器人三维尺寸与驱动角之间的关系,并通过建立简化模型,对动力学进行研究,得到不同位置的驱动力矩随驱动角的变化,从而得到最优驱动布置方案,之后通过运动协调算法研究,实现了机器人移动与折展协调运动,使其能够在复杂环境中高效运动。最后搭建物理样机以及控制系统,并通过试验验证机器人的移动及折展性能。结果表明,该可折展移动机器人具有三维折展比大,运动灵活高效的优点,可通过切换姿态适应复杂路径,有望在探测、检测以及救援等工程领域得到应用。     

网状反射面可展开天线型面划分方法的评价

简要介绍了目前常用的4种网状反射面天线型面划分方法的原理;鉴于这些网格划分方法划分结果缺乏统一的评价标准,从实际加工制造和型面网格均匀程度的角度出发,提出了衡量划分结果一致性的两个评价指标:杆件统一性和单元一致性;利用提出的两个评价指标对二次投影法、改进的三向网格法、迭代法及等弧投影法4种方法的划分结果进行了比较,结果发现采用改进的三向网格法和迭代法所得结果的杆件统一性指标优于其他方法,而采用等弧投影法所得结果具有较好的单元一致性。研究结果为网状反射面可展开天线型面划分提供重要的技术参考。     

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。     

大型空间可展开薄膜反射面天线刚柔耦合动力学仿真

膜-梁混合结构的动力学仿真分析是工程应用中一个十分重要、但却极具挑战性的课题,目前国内外还没有十分有效的方法。本文基于能量原理和最小二乘法,发展了一种针对薄膜结构的新型弹簧-质点模型刚度系数求解方法,并将其与通用多体动力学仿真软件ADAMS结合,实现了大型空间可展开薄膜反射面天线刚柔耦合系统的动力学仿真,且准确求解出了薄膜应力。     

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。     

可展面在平面上的展开及其在工程上的应用

论述了可展面在平面上展开的理论方法 ,即以可展面上一条已知曲线为基础 ,将可展面展开的方法。并以此为依据 ,探讨了工程中应用很广泛的一种可展面——渐开线螺旋面的展开问题 ,为解决工程实际问题奠定基础     

模块化构架式空间可展天线支撑桁架展开精度测量与分析

为研究金属网面式可展天线支撑桁架对反射器表面形面精度的影响,开展模块化构架式空间可展天线支撑桁架展开精度测量试验及分析研究,根据支撑桁架的结构特点,基于机器人学基本理论,建立关键节点空间数学模型,设计悬吊随动式微重力展开试验装置,采用数字近景摄影测量原理,对支撑桁架的展开精度进行测量试验,并从支撑桁架的形面精度、重复展开精度和关键节点误差等3个方面进行分析。试验结果表明:支撑桁架上关键节点的均方根误差(RMSE)值较小,由关键节点构成的曲面其形面精度较高;支撑桁架在多次重复展开试验中,关键节点中最大误差小于1 mm,结构展开的一致性较好;完全展开后,关键节点的实测值与理论值接近,支撑桁架的制造及安装精度较高。提出的测量和分析方法为其他类型金属网面式可展天线支撑桁架展开精度的研究提供了借鉴和参考。