剪叉伸缩竖杆式环形桁架机构设计与性能分析

空间可展开天线的展开平稳性是天线顺利展开的关键。天线的收展比是运载火箭空间配置的重要参考因素。为减小天线展开过程中的振动冲击,提高展开平稳性,降低空间可展天线收展比,梳理了可展开天线桁架机构的常见构型,提出一种剪叉伸缩竖杆式环形桁架机构,并详细介绍了该机构的基本单元及展开方式。对该机构的收展比进行具体分析,结果表明在相同口径和展开高度的情况下该机构的高径比比Astromesh天线桁架机构减小了35%左右。对该机构进行运动学和动力学建模,分析了机构展开平稳性,结果表明在相同大小驱动力作用下该机构的各节点加速度均方根是Astromesh天线桁架机构的30%左右,具有更好的展开平稳性。试制了缩比模型并进行了展开实验及相关参数测试,验证了机构设计的合理性及计算结果的准确性。

基于Kriging代理模型的环形网状天线展开过程规划

针对环形网状天线小冲击、低能耗展开的应用需求,提出了一种基于动力学分析的环形网状天线展开过程规划方法。建立了综合考虑铰链摩擦、索网张力及驱动绳索柔性的环形网状天线展开动力学模型,并针对动力学分析模型的计算耗时问题,基于Kriging模型构建了环形网状天线展开过程动力学分析的代理模型。基于此,提出了环形网状天线展开过程规划的非自适应和自适应两种优化策略,通过合理设计驱动绳索的索长收纳函数实现天线展开角加速度峰值和驱动功率峰值最小化。优化结果表明,与运动学规划方法相比,基于动力学分析的环形网状天线展开过程规划能够显著降低展开角加速度峰值和驱动功率峰值;与非自适应策略相比,自适应优化策略能够在保证代理模型精度的条件下大幅度提高优化效率。该研究结果可为环形网状天线实现小冲击、低能耗展开提供一定的实际指导作用。

周边桁架可展开天线展开过程运动分析及控制

根据周边桁架式可展开空间天线的结构特点,先建立周边单元浮动坐标系,采用坐标变换方法,得出了周边单元间的运动变换关系,建立了该天线通用的展开过程运动分析模型,可分析展开过程中结构上任意点的位置、速度和加速度.为避免展开过程中冲击过大,对周边单元的展开速度进行规划.根据驱动绳索的运动与单元展开运动之间的变换关系,将周边单元的运动规划转化为展开绳索的运动控制,对天线的展开实施位置控制.仿真实例表明该控制方法可使天线按照规划的展开角变化规律平稳展开.

双层环形可展开天线机构构型优选及结构设计

提出可构成双层环形桁架式可展开天线机构的可展开单元需满足的条件,设计出一种轻量化、高刚度曲柄滑块式可展开单元。建立单元特性综合评价指标,对7种可展开单元进行单元特性评价及优选。对优选出的可展单元的结构尺寸进行优化设计,获得了优化设计参数。设计了20 m的大口径双层环形桁架式可展开天线机构,研制含弹性铰链的单层环形桁架式可展开天线机构与双层单元机构原理样机,对两种样机的展开功能和重复展开精度进行测试,验证了提出的可展开机构单元及大口径天线机构设计的正确性和可行性。

基于非概率模型的星载天线展开机构可靠性分析

对某周边桁架式大型星载天线的展开运动机理进行了研究,建立了展开机构的力学分析和非概率运动可靠性的分析模型.综合考虑尺寸误差和太空环境因素的影响,将运动功能函数视为区间变量函数,利用优化算法推导出非概率可靠性计算公式.对机构在整个展开过程中的运动可靠性进行预测,并和将运动功能函数中的变量视为正态分布的概率模型下的可靠度相比较.概率可靠性指标约为非概率可靠性指标的3倍,两者的变化趋势相同,而且与试验过程比较吻合.

周边桁架式大型星载天线的展开可能性分析

对某周边桁架式大型星载天线的展开可能性进行了研究。在其展开运动机理分析的基础上,建立了展开机构的力学分析模型,并推导了桁架杆内力的计算式。从桁架展开要满足的功能函数出发,给出机构运动可靠性的分析模型。综合考虑尺寸误差和太空环境因素的影响,将运动功能函数视为随机变量函数,利用二阶矩法导出可靠性计算公式。最后,对机构在整个展开过程中的运动可靠性进行预测和仿真。计算结果的变化趋势与实际进程比较吻合,表明本文方法是合理的、有效的。

环形桁架式天线展开不同步现象分析

从国外相关文献所反映的地面试验结果看,环形桁架式天线周边的桁架结构由于阻尼等因素在展开过程中存在明显的不同步现象。文章利用绝对节点坐标法建立了天线展开过程的多柔体展开动力学模型,获得了连续展开过程中桁架各部分承受的载荷和变形情况,并重点对展开过程中的不同步现象的产生原因及其影响进行了分析。结果表明,环形桁架式天线展开的不同步现象是由展开过程中桁架的变形与摩擦引起的,这种现象的出现导致桁架结构承受更高的载荷。该研究为环形桁架式天线的设计和验证提供了参考。

环形桁架结构动力分析的等效力学模型

针对大型空间环形天线桁架结构的周期特征,提出基于等效梁模型的动特性分析方法。首先,基于给定的周期单元运动学假设,将周期单元上任一点的位移采用单元中心的位移和应变来表示。然后,根据相同位移下周期单元和等效梁应有相同应变能和动能,给出了等效梁模型刚度和质量参数关于周期单元几何和材料特性参数的解析表达式。最后,通过对原环形桁架结构与等效梁模型固有振动特性的对比分析,验证了等效方法的精度和准确性。

周边桁架式可展开天线展开分析与控制

提出了一种模拟周边桁架式可展开天线展开过程的系统化方法。详细考虑了桁架节点单元具体构造,尤其是过线滑轮参数对系统展开过程的影响,通过分析系统关键点和展开角度的运动学关系以及求解空间滑轮的公切线,提出了精确计算天线展开过程中驱动拉绳长度的方法。给出了天线展开速度与电机牵引拉绳的驱动速度之间的关系,通过控制电机牵引拉绳速度来控制天线的展开过程。数值算例校验了方法的可行性,该方法可应用于一般的空间滑轮绳索系统。

环形桁架结构径向振动的等效圆环模型

在大型环形网架式可展天线中,环形桁架结构的动力学性能对于整个天线的工作状态至关重要.针对大型空间桁架结构,基于连续体等效的思想,将其动力学模型简化为简单的弹性连续体模型一直是动力学研究的热点.将环形桁架结构看作由重复的平面桁架单元构成的环形周期结构,在周期桁架单元等效梁模型的基础上,提出采用不计剪切变形和转动惯量的等效圆环模型分析环形桁架结构的径向振动,并对等效圆环模型的偏微分运动方程进行了解析求解.首先通过变量代换将描述圆环径向振动的四阶偏微分方程组降阶为一阶偏微分方程组,然后通过对降阶后的偏微分方程组进行Laplace变换将其转化为常微分方程组,并采用微分方程组的Green函数解法,获得了等效圆环模型在复频域下动力响应的解析表达式,进而得到等效圆环模型固有振动的特征方程及传递函数的表达式.最后通过数值算例对环形桁架有限元模型与等效圆环模型的固有频率和振型以及传递函数进行了对比分析,验证了等效圆环模型用于环形桁架结构径向振动分析的可行性.

过约束剪铰式双层周边桁架可展天线机构设计与分析

基于过约束剪铰式机构单元,构造了一种过约束剪铰式双层周边桁架可展天线机构,分析了双层周边桁架机构的构型机理及过约束特征,对整体桁架机构进行了单元划分,将其分解为多个闭环可展开机构单元;考虑节点连接件的尺寸,推导出了过约束剪铰式双层周边桁架机构的组合条件,基于反螺旋理论分析了闭环可展开机构单元的自由度及运动形式,结果得到了其只有一个收展运动自由度,进而分析得到了整体双层周边桁架可展天线机构整体亦只有一个自由度,最后建立了过约束剪铰式双层周边桁架可展机构的仿真模型,模拟了整个机构的收拢与展开过程,验证了其整体的可展性。本文提出的过约束剪铰式双层周边桁架可展天线机构具有单自由度以及高刚度的特点,在深空探测领域具有较好的应用前景。

基于Pro/Engineer平台的装配件三维参数化造型技术

采用Pro/Program模块对Pro/Engineer进行二次开发,在Pro/Engineer平台下实现了对装配件的三维参数化造型技术,大大减少了重复造型的工作量,极大地提高了设计效率和设计质量.作为应用实例,对卫星天线的环形桁架进行了研究,并给出了该结构的三维参数化实体模型.

外倾式变曲率竹饰面弧墙模板支撑一体化施工技术

南宁万科大厦角部外倾变曲率竹饰面弧墙施工,采用新型的模板支撑一体化加固体系,并通过项目实践形成了一套完整的施工技术。施工中增加弧墙内钢骨,通过焊接在钢骨上的对拉螺杆将施工中的全部荷载传递至钢骨,并设计了钢筋桁架环箍和衬模+竹片的模板结构,解决了传统支撑体系刚度、强度不足,三维空间自适应差等问题。模板支撑一体化加固体系结构设计简洁,施工工艺操作简单、快捷。弧墙施工过程弧形墙体测量定位精准,弧墙截面厚度及钢筋定位控制准确,外立面竹条饰面纹理效果良好。

双环可展桁架结构模型柔性张力索网设计与分析

由于采用双环可展桁架结构可以有效改善结构刚度,实现更大的天线口径,故在已有双环可展桁架结构基础上,基于柔性张力索网成型原理设计可展天线反射面柔性张力索网,利用有限元数值分析方法对两种索网进行找形分析。制作2m口径双环可展桁架结构模型。在双环可展桁架结构模型上安装柔性张力索网,通过对拉索施加预应力将索网张拉成型。运用非接触测量系统对成形后索网节点坐标进行测量,将测量所得结果与数值分析所得结果进行比较分析,考察了柔性张力索网的型面精度。结果表明该张力索网可实现张紧成型,索网节点坐标测试值与设计值较为吻合,可为此类可展天线的设计提供参考。

高收纳比环形天线桁架展开方案研究

针对一类高收纳比环形桁架式可展开天线结构,采用自然坐标方法对系统进行建模,通过自由度分析与动力学仿真对其展开方案进行研究。提出了同步绳约束与同步齿轮约束方案以及动力绳驱动与铰链驱动方案。研究结果表明,提出的动力绳驱动方案中两套驱动绳索具有互为备份特性。斜边滑移式桁架收拢高度较小但其自由度相对较多,采用同步绳与同步齿轮约束后可通过动力绳驱动与铰链驱动实现其展开功能。斜边不变式桁架收拢高度较大但其自由度相对较少,采用同步绳约束后通过动力绳驱动即可实现其展开功能。

基于能量分布设计的大型环形天线展开过程优化

基于柔性多体动力学方法,开展了大口径环形展开反射器的展开过程动力学仿真,给出了展开过程电机驱动力曲线及杆件受力情况;对展开过程驱动力做功、展开过程能量消耗情况及展开不同步现象进行了分析。在此基础上,提出对展开过程施加约束的方法,以实现对展开过程驱动力做功及能量使用分布进行优化,并提出了降低展开驱动力和杆件受力的可行方法。

星载环形天线包带低温工况预紧力等效试验研究

环形天线是目前大型星载可展开天线最理想的结构形式。本文分析了星载环形天线包带在低温工况的变形可能导致的松弛情况,计算了包带与铰链之间的理论变形。由于包带预紧效果具有明显的非线性行为,难以进行理论分析和直接测试。本文设计了一套包带低温变形等效试验,测试了包带的等效预紧效果。测试结果表明:在规定的预紧力下,包带在低温工况下预紧依然有效。

鄂州民生桥的检测与加固

介绍了民生桥的检测方法与结果,根据检测结果对其承载能力进行了评估,为确保结构的安全及耐久,采取了一系列加固措施,所采用的钢箍包裹桁架拱片竖杆、斜杆、拱肋的方案,构思新颖、施工方便、成本低、加固效果好。

环形桁架天线展开动力学分析

基于Lagrange动力学方程,考虑天线系统动能、索网弹性势能、重力势能及系统耗散能等,建立了环形桁架天线展开过程的动力学模型。根据构建的动力学模型,给定预设驱动,对其进行正动力学分析,对天线的完整展开过程进行仿真分析。扭簧和电机拉动绳索联合驱动实现了天线的展开,研究了扭簧驱动及电机拉动绳索驱动的参数变化对天线展开过程的影响。研究结果可为天线的展开过程提供指导。

大型挠性航天器刚柔耦合动特性分析

为研究装载周边桁架式可展开天线的航天器在进行姿态调整时的动态响应特性,建立了航天器动力学模型,并对姿态调整过程的动态响应进行数值求解.首先建立由可展开天线、太阳帆板和中心平台组成的整星有限元模型并求出无约束边界条件下的固有频率和振型.通过有限元模型和Adams联合仿真建立航天器零次刚柔耦合动力学模型并求得姿态调整过程整星的位移和转角以及太阳帆板和可展开天线的动态响应.结果表明:整星的低阶模态特性主要体现在太阳帆板和天线连接杆的变形上,而天线结构无变形;航天器在进行姿态调整时,挠性部件在做大范围整体运动的同时发生显著的结构振动;航天器完成姿态调整后天线几何中心点在平衡位置附近继续振荡.