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.     

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。     

索网式星载展开天线结构纵向调整索数及其初始张力的优化

针对星载可展开天线的特殊要求,对索网式展开天线结构的初始设计进行优化研究。以上、下索网之间的纵向调整索数与索张力为设计变量,表面精度与纵向调整索数为目标,应力和频率为约束条件,建立双目标优化数学模型。由于传统的优化方法难以求解高度非线性的、具有混合变量的双目标优化问题,故采用遗传算法进行求解。优化取得了满意的结果,验证了模型与方法的可行性与有效性。     

抛物面索网天线的最佳型面设计方法

在太空无重力工作环境下,星载索网天线反射面由张紧的网格平面拼合而成。为尽可能降低天线索网型面的原理误差,提出一种新的索网型面生成方法。方法要求抛物面索网天线型面在天线光学口径面上的投影为正三角形网格,索网反射面的型面结点均取在与理想抛物面同轴且等焦距的某映射抛物面上,投影正三角形的边长由天线反射面的焦距及型面设计的原理误差要求确定,映射抛物面的具体位置由投影正三角的边长及反射面的焦距确定。以空间任意三角形与抛物面之间的轴向方均根误差计算公式的推导为基础,讨论在天线光学口径面上投影面积为定值的空间三角形与抛物面之间轴向方均根误差取得极小值的条件,得出抛物面索网天线型面在天线光学口径面上投影为正三角形网格时原理误差最小的结论。索网型面设计的算例结果表明所提方法有效、实用。     

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。     

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...     

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。     

以表面精度和基频为目标的可展开天线索网结构的优化设计

对太空可展开天线索网结构中表面精度和基频的优化问题进行了研究,建立了索网的有限元分析模型,并用非线性有限元法对其进行了求解.以索网的上下弦索及中间调整索的直径为设计变量,上弦索的表面精度和结构的基频为目标函数,建立了天线单片辐射索网的多目标优化数学模型.采用序列二次规划法对模型进行了优化求解,得到了不同权重值时的多目标优化解集.由优化结果可知:以上弦索网的表面精度为目标函数之一,可使得优化后的索单元截面积有上下非对称的特点,不同位置索单元的截面积也有着特定的分布.     

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。     

65米射电望远镜天线副面调整机构系统精度分析

对上海65m射电望远镜天线副反射面调整机构进行了精度分析,确定了副面调整机构的主要误差参数,建立了误差参数的数学模型,运用蒙特卡洛法得到了全姿态工作空间下的末端位置和姿态的综合误差,证明了所设计的调整机构精度能够满足设计要求,分析结果为副面调整机构的运动学标定奠定了一定的基础,为所设计机构在实际工作中达到系统所要求的运动精度提供了重要设计保障。研究内容对并联机构在实际工程中的应用实践具有重要的指导意义。     

网状可展开天线两种网面成形方式分析

网状可展开天线的关键特性之一是天线反射面的成形方式,它体现了天线的主要特点,决定了天线的性能与应用。文中分别就径向肋天线与周边桁架天线两种成形方式的面精度、质量、面精度调整及在轨的稳定性等关键特性作了较深入的分析与讨论。     

主动主反射面天线促动器调整量计算与误差分析

主动主反射面天线通过调整安装在面板下方的促动器来提高表面精度,现有的促动器调整量计算方法多数忽略了面板弹性变形对调整精度的影响。文中通过力学仿真模拟来表征促动器调整过程对面板自身弹性变形的影响。首先,构建单块反射面面板变形拟合模型,并对拟合模型的权重进行优化,进而推导出整个反射面的变形拟合模型;其次,考虑到实际工程中相邻面板共用促动器,因此对促动器编号进行归并,进而推导出相邻面板共用促动器时促动器最佳调整量的计算模型。为了验证面板变形拟合模型的计算精度,分别从拟合模型的变形表征能力和促动器调整量的计算精度两个方面开展仿真验证工作,并从促动器调整误差和促动器故障两个方面分析促动器调整误差对反射面调整精度的影响,为工程中评估促动器调整精度提供参考。     

天线反射面精度检测

通过6.2 m卫星接收天线反射面精度的检测,简要介绍天线反射面精度的检测方法及数据处理。     

一种天线反射面测量新方法

为了更加便利地实现对天线反射面的测量,在传统测量方法经纬仪钢带尺法的基础上,引入了角度前方交会的测量原理,即将两台经纬仪与天线反射面旋转轴同轴布置组成一个测量系统,利用激光经纬仪发射的同轴激光束在天线反射面上形成光斑,用另一台经纬仪观测光斑并读出俯仰角度。俯仰角度测量值换算后即可得出该点的法向偏差,从而实现对天线反射面的测量。新测量方法原理简单,适用性强,实现了对天线反射面的无接触测量。     

一种偶极子天线结构强度仿真及优化设计

为了解决双极化偶极子天线结构的振动安全性问题,文中采用力学仿真和试验的方法对其进行了研究。首先,根据电气数模以及项目的要求对天线进行详细结构设计,在满足电气指标、质量、质心和外形尺寸等要求的情况下对天线结构进行强度仿真,结果显示馈电片及其与内导体焊接处的强度存在风险,有断裂的可能;然后,对模型进行结构优化设计,同时进行力学仿真分析,校核天线的结构强度,使其满足振动条件的要求;最后,通过振动试验验证这种强度仿真及优化设计的可行性。文中的研究思路和方法可为该类偶极子天线的结构设计提供参考。     

混合面板反射面天线促动器布局与结构优化设计

文中针对大型主动主反射面天线在满足工程精度要求时存在形面精度冗余和成本高昂的问题,提出一种主动面板和非主动面板混合安装的反射面天线设计思想。首先,基于反射面变形区间安装主动面板和非主动面板,分析混合面板反射面天线的形面调控策略;然后,分别以天线质量为约束、以天线形面精度为目标以及以天线形面精度为约束、以天线质量为目标进行天线结构优化设计。结果,某35 m反射面天线在满足精度要求的情况下背架结构质量下降了20.4%,在满足背架结构质量要求的情况下形面精度提升了18.7%。这充分证明了该设计思想在大口径、高精度反射面天线设计中的可行性和有效性。     

Ka频段网状天线镀金钼丝网的研制

由微细金属丝编织而成的高性能弹性网微波反射面材料,是研制空间大型可展开网状抛物面天线的关键材料之一。用在高频段(Ka频段)的丝网材料由于其采用的经编针织结构的编织工艺和超细镀金丝的批量生产技术难度都很大,目前只有国外才能生产。经过9年多的研究,采用直径27μm的超细镀金钼丝,在国内首次研制出平面密度为67.1 g/m2,弹性预紧力20 g/cm,微波反射系数(30 GHz)大于98%的镀金钼丝网天线反射面材料,其性能达到了Ka频段网面可展开天线使用的基本要求。     

70 m天线反射体的安装与测量

随着射电望远镜频段的提升,天线口径越来越大,主反射面精度越来越高,对天线安装的要求也越来越高.文中以70 m天线反射体的现场安装为研究对象,对比分析了70 m天线与国内外其他大型天线反射体在结构上的区别,按安装工艺流程对该反射体的安装过程进行了阐述,并介绍了它的安装及测量方法.通过设计使用工装解决了大型球节点式桁架结构...