星载可展开天线结构现状与发展

根据各种卫星不同的使用需要,星载可展开天线结构形式繁多,其分类方法也各不相同,根据星载天线反射面结构形式与天线展开驱动力的不同,对空间可展开天线结构的现状进行了比较系统的分析论述,并在此基础上,探讨了星载天线未来的发展趋势.     

基于滤波的柔性可展开天线展开过程控制方法

针对大口径可展开天线中柔性因素带来的展开过程振动问题,提出一种基于滤波的解耦控制方法。利用瑞利—里兹法构造的假设位移场对变形体进行离散,结合拉格朗日方法建立天线的展开过程多柔体动力学模型。根据动力学分析和展开轨迹的谱分析结果,应用低通滤波器将天线运动反馈分解为纯刚体运动和由柔性因素引起的振动两部分。基于机构的瞬时结构分析,将机构基频与结构基频的概念联系起来,并确定滤波的截止频率。针对两部分反馈信号的特点,分别设计刚性控制器和柔性控制器。刚性控制器保证天线按照预先设计的轨迹展开,柔性控制器用于抑制柔性振动产生的影响。讨论两组控制器增益参数的耦合关系,并基于信号能量相关性分析提出控制器增益参数选取的准则。仿真结果说明该方法的可行性和合理性。     

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。     

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。     

星载柔性可展桁架结构的模态试验与分析

对于基频小于2Hz的小卫星柔性可展结构,因为普通的锤击测试法只能激发出柔性结构的局部模态,很难激发出整体模态。针对文中描述的小卫星柔性可展桁架结构,提出一种新颖的模态测试方法:采用绳索-柔性弹簧的重力卸载系统消除重力对模态的影响。利用绳索在19个花盘处同时进行重力卸载,并在吊索中部安装柔性弹簧避免对花盘产生附加刚度;将柔性可展结构分别置于水平、竖直两个方向进行模态试验,采用超低频激振系统进行激励,并利用激光位移传感器采集试验数据,提高了试验结果的准确性。试验结果表明:竖直悬吊方式更为准确,并将试验数据与有限元分析结果对比分析,结果显示两者较为接近,从而验证了试验方法的准确性。     

某车载固面可展开天线反射体结构建模与分析

某车载6.3 m口径固面可展开天线反射体由瓜瓣面板、背架、展开机构、底座和固定面支撑梁组成。根据不同结构与可展开机构部件的特点,建立了天线反射体有限元模型,开展了模态分析、自重载荷力学分析和风力载荷分析。仿真结果有效揭示了天线反射体模态与型面精度的变化情况,指出了可展开特性带来的反射体周向刚度较弱的问题,可为后续的结构设计与机构集成提供指导。     

结构优化在空间可展开天线中的应用及展望

空间可展开天线是航天领域发展的重要方向,具有重大战略意义和重要经济社会价值。首先,对结构优化技术、面向增材制造的拓扑优化与点阵填充等先进轻量化设计技术的应用进行综述;然后,根据典型使用环境和设计要求,着重介绍近年来结构优化技术在空间可展开天线零部件结构优化和馈源阵支撑结构概念设计中的典型应用案例;最后,考虑未来空间超大口径及高精度可展开天线的设计需求,对先进轻量化设计技术的应用前景进行展望。结构优化技术与设计经验相结合,正在推动设计理念的创新,将成为先进航天器设计的核心工具和必备的标准流程。     

空间可展开望远镜结构动力优化设计

介绍了某口径为4m的空间可展开望远镜的结构形式,建立了其有限元参数化模型.以系统结构总质量最小为目标函数,以部分待定的结构尺寸为设计变量,以可展开望远镜在收拢和展开两种状态下的动力性能要求为约束函数,建立了空间可展开望远镜的动力优化数学模型.利用遗传算法对该模型进行了优化计算,取得了比较满意的结果,为可展开望远镜的结构设计提供了一组较好的理论参考值.     

可展曲面展开图的参数表示法

画法几何中通常采用手工绘制展开图,作图结果不精确。这里介绍了参数法绘制可展曲面的推导过程,并在AutoCAD2004软件上编程验证了参数展开的有效性。该方法可用于扩展计算机图形软件的曲面展开算法。     

空间可展开望远镜结构动力优化设计

介绍了某口径为4m的空间可展开望远镜的结构形式,建立了其有限元参数化模型。以系统结构总质量最小为目标函数,以部分待定的结构尺寸为设计变量,以可展开望远镜在收拢和展开两种状态下的动力性能要求为约束函数,建立了空间可展开望远镜的动力优化数学模型。利用遗传算法对该模型进行了优化计算,取得了比较满意的结果,为可展开望远镜的结构设计提供了一组较好的理论参考值。     

复杂曲面的可展化及其展开方法

提出了一种复杂曲面可展化及其展开的新方法 ,在依附于复杂曲面的两条空间曲线之间 ,构造可展面 ,逼近复杂曲面 ,使复杂曲面可展化并展开。该方法以计算机辅助服装原型设计过程中的前片服装原型的可展化及其展开作为应用实例 ,证明其完全附和工业设计实际要求     

赋形可展开天线的柔性栅片非线性仿真

设计并加工生产了一种新型的可展开天线——赋形可展开天线。通过对柔性栅片的有限元非线性计算以及结果数据的仿真 ,预测了天线的柔性栅片间干涉碰撞形式及其收合性能。最后给出样机的实验结果。仿真与实验有很好的一致性     

径射状空间可展天线展开过程的智能控制研究

从多体动力学的角度建立径射状桁架可展开天线展开动力学方程,针对系统展开过程中动力学模型的非线性与时变性,基于神经网络设计出了一种具有预测与实时优化功能的过程控制系统,为可展天线展开过程速度控制提供了一种智能控制方法。仿真结果表明,该智能控制系统解决了空间可展天线展开过程中的复杂多变量非线性时变控制问题,并且具有良好的控制精度、自适应性、稳定性和鲁棒性。     

可展回转型装配体管道展开技术

提出了一种基于中间模型的可展回转型装配体展开和自动化出图方法,以保持可展回转型装配体二维图纸与三维模型的一致性.通过引入中间模型的概念,将三维空间的回转型装配体展平到平面状态,以方便投影出图.给出了管道系统展开的通用方法,设计了圆柱形和圆台形装配体到中间模型的坐标转换算法,采用管道离散化后进行坐标转换,再进行管道重构的方法实现了管道的展开;针对企业标准定制了出图模板,利用附着在中间模型上的几何位置和属性信息,实现了部分自动化的二维出图.通过将所开发的系统应用在某航天企业中,表明了所提方法的正确性和实用性.     

基于线性互补理论的可展开索-桁架结构静力学分析

空间可展开索-桁架结构具有折展比大、重量轻、刚度高的优点,广泛应用于天线、太空望远镜、太阳翼等大型航天器关键部件中。在统一框架内进行了梁单元和索单元的刚度矩阵集成,建立了包含柔性绳索和杆件的可展开索-桁架结构刚度模型。基于线性互补理论,提出了一种反应绳索真实张紧、松弛状态的结构受力变形计算方法,得到了准确的结构受力与节点位移的映射关系。最后以剪叉机构单元和圆柱面可展开结构为例,验证了所提出方法的有效性,并分析了绳索分布对结构变形的影响。该分析方法可扩展应用于各类索-桁架结构的受力变形计算。     

空间可展开结构静力多稳态分析

受装配与展开需求的影响,空间可展开结构的铰链中普遍存在着间隙。空间可展开结构展开到位锁死后,由于铰间隙的存在,可展开结构在外载作用下的静力平衡位置不唯一,即存在静力多稳态现象。为了揭示静力多稳态现象的内在机理,以某伞状可展开天线为研究对象,利用无质量杆间隙模型对含间隙可展开结构进行静力学建模。分析了间隙尺寸、摩擦因数与杆长配置等对含间隙可展开结构静力平衡位置的影响规律。分析结果表明,间隙与摩擦是静力多稳态现象产生的原因;间隙尺寸越大,摩擦因数越大,含间隙可展开结构在特定外力下的静力平衡位置越多;不同位置的间隙与摩擦因数对静力多稳态现象的影响程度不同;杆长配置影响静力多稳态现象;通过施加合适的预紧力,可有效控制静力多稳态现象。     

空间可展开天线结构的研究现状与展望

对国内外可展开天线的研究现状进行了综述,分别对固体反射面可展开天线、充气式可展开天线和金属网面可展开天线的优缺点进行了分析,然后指出了我国在可展开天线结构方面的研究进展.最后,结合航天科技的发展趋势,提出了未来可展开天线的研究方向,旨在为我国可展开天线的研究提供借鉴与参考.     

星载可展开有源相控阵天线结构的研究进展

星载可展开有源相控阵天线作为空间通信、电子侦察、导航、环境监测等卫星系统的"眼睛"和"耳朵",通过空间可展开结构实现较大的物理口径,利用有源相控阵体制实现独立控制多个点波束,克服了传统机械扫描天线的诸多缺点,已成为宇航领域的关键装备之一。总结星载有源相控阵天线发展历程,分析星载有源相控阵天线的结构形式、性能要求及应用情况,阐述国内外研究现状,并对其涉及的七项关键结构技术做了概要解析,探讨星载可展开有源相控阵天线结构领域的未来研究方向。     

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     

空间大口径望远镜可展开镜片系统的概念设计

简要介绍下一代空间望远镜的可展开镜片系统的概念设计及其进展,以直径为2米的卡塞格林型望远镜为目标,对其主反射镜和次镜的可折叠、展开原理机构进行了初步分析,给出了利用点扩散函数来进行主镜剖分方式及其子镜形状选择的方法,从经典机构的角度,分别对主镜剖分后的子镜和次镜的展开、定位和锁紧等运动及其结构进行了分析和选择,给出了一种可展开空间望远镜的概念设计方案;最后,提出了需要进一步研究的关键问题。