形状记忆索网结构型面精度优化设计

大型周边桁架可展开天线的索网结构随卫星运动过程中长期受到太阳和行星的热辐射,会产生较大的热变形及力学松弛,从而导致天线性能衰退。以索网结构型面精度为目标,提出形状记忆合金和索网结构集成优化的设计方法,利用形状记忆拉索的形状记忆效应提高索网天线的型面精度。建立了形状记忆索网结构几何非线性有限元分析模型,采取型面精度主动调节策略,计算拉索的预张力,对温度影响下的型面变形进行主动优化计算。研究结果表明,合理选择形状记忆拉索的材料与结构参数,可以明显改善形状记忆索网结构的型面精度,实现索网结构天线的在轨保形设计。最后通过一个数值算例验证了该方法的可行性。     

六棱柱模块化可展开天线形面精度分析

针对空间可展开天线大型化、模块化、高精度化发展趋势,提出一种六棱柱模块化空间可展开天线支撑结构形面精度分析模型.阐述了六棱柱模块化空间可展开天线的结构组成,分析了六棱柱模块化结构的拓扑规律.基于等包络圆思想及机器人学基本理论,提出了点面法和两点法2种包络圆数学建模方法,并由此建立了等包络圆交点数学模型及肋单元夹角数学模型,进而构建了用于六棱柱模块化可展开天线支撑结构形面精度分析的数学模型.最后,采用数值仿真与试验验证相结合的方式对建立的模型进行了验证.仿真及试验结果表明:包络圆能紧密地贴合在球面上,与球面吻合良好;数值仿真模型状态下,六棱柱模块间实现了准确连接;试验中特征点的绝对误差主要分布在5～10 mm,相对误差主要集中在0.05％～0.1％,肋单元夹角绝对误差多分布在0.05°～0.1°之间,表明测量值和理论值间偏差较小、吻合较好.所提出的形面精度分析模型能够求解出所有模块连接点的空间坐标,为超多模块可展开天线形面精度的分析及研究提供了理论基础.     

空间桁架可展天线反射器的形面精度优化调整

为实现高频弱信号通讯,空间网状可展开天线的尺寸越来越大,且对形面精度要求也越来越高,因此与天线形面精度相关的许多课题引起了宇航界的极大关注,特别是在如何提高索网式天线反射面精度调整的效率,用较少次数的测量和调整,使天线反射面的精度达到指标要求方面需求更为迫切.利用有限元分析方法,针对环形桁架可展开天线形面精度调整中的问题,建立了基于影响系数矩阵的多目标的精度优化调整数学模型,并采用遗传算法求解,数值结果表明,此方法能够大幅度提高天线的形面调整效率,对工程应用具有指导意义.     

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。     

一种轴对称反射面天线温度场实时预估方法

针对反射面天线多工况及太阳位置时变而导致温度场无规律分布问题,根据反射面天线轴对称的特性,将温度场描述为太阳光线与口径面夹角的函数,提出一种实时预估天线温度场的方法。建立天线热分析模型,在垂直口径面的某个平面内,计算太阳光线与口径面不同夹角时天线温度分布规律并建立温度数据表;根据当前工况查表获得相应温度分布并对其进行旋转变换,由实测数据对其进行修正,从而获得当前时刻天线温度场的估计值。以某7.3 m口径Ka波段轴对称反射面天线为工程案例,对仿真温度和实测温度分别进行预估,预估温度与仿真、实测温度均吻合较好。结果表明该方法简单、快速、有效,可用于轴对称反射面天线热变形的实时补偿,对天线结构设计亦有一定参考价值。     

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...     

大型平面薄膜天线找形及张拉成形数值分析

大型平面薄膜天线具有质量轻、收纳比高、环境适应性好等优点,在航天领域受到了愈加广泛的关注。针对一大型平面薄膜天线结构,考虑一级张拉与二级张拉两种张拉系统,利用ANSYS有限元软件对该薄膜天线进行了找形分析,并分别推导了两种张拉系统计算薄膜花边索形状的理论公式。利用找形分析的结果,在ABAQUS软件中建立了张拉成型分析模型,探究在张拉过程中,考虑拉索和花边索套之间摩擦力的情况下,膜面和拉索的应力状态。研究结果表明,在考虑摩擦力的情况下,膜面应力会有所增大,与此同时,膜面应力也变得不均匀,摩擦因数越大,应力不均匀程度越大。对于二级张拉系统,由于内外索连接点附近的膜面产生了应力集中现象,使膜面的有效面积率低于采用一级张拉系统时膜面的有效面积率。     

考虑温度场作用的航空锥齿轮的模态分析

在高速重载工况下,航空锥齿轮的齿面温度会大幅度提高.因此,在设计初期有必要考虑温度场作用下的模态情况.根据传统的线性模态理论,考虑转速和温度场对于刚度的影响,建立了航空锥齿轮的模态分析模型;根据该模型,对某一航空锥齿轮的从动齿轮进行了模态分析.由分析结果可知,转速对齿轮刚度会产生较大的影响且其影响不一定为负影响,而温度场分布的不均匀亦会影响模态分析的结果;转速和温度场主要影响的振型为节径型振型.     

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.     

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。