非对称偏馈环形网状天线索网预张力设计方法

提出一种考虑桁架柔性变形对索网平衡态影响的非对称偏馈环形网状天线索网预张力设计方法。该方法将天线整体结构分为内部索网与外部桁架两部分,通过内部索网预张力与外部桁架变形间的不断迭代,寻找满足索网形状及张力要求的天线平衡态,以实现网状天线索网预张力优化配置的目的。相比于常规基于刚性桁架假设的预张力设计,该方法可充分计及环形桁架与柔性索网协调变形,获得高精度反射面,且该方法适用于非对称偏馈天线,可有效避免后期张力调试,节约人力物力。算例分析验证了在进行预张力设计时计及桁架柔性的必要性及方法的正确性和有效性。

偏馈式构架反射器构型设计与展开协调性分析

针对偏馈式构架天线应用需求,提出一种侧边约束的构架反射器实现方案。结合构架反射器曲面六边形几何特点,进行了反射器整体几何构型设计,并采用局部坐标法完成了桁架零部件的具体构型设计,形成系统的偏馈式构架反射器构型设计方法。根据某型号天线具体参数要求,完成了5.5 m偏馈式构架反射器样机构型设计;通过仿真分析和地面试验对样机展开协调性进行研究,进一步论证了所提出反射器构型设计方法的正确性。

环境一号C星SAR天线设计与分析

环境一号C星SAR天线采用了构架式可展开网状抛物面反射器,天线构型复杂,在轨展开步骤多,天线展开可靠性及在轨电气性能等都是设计难点。该文阐述了天线总体、结构和电气方面的设计研究,并从力学和热角度进行了实际工况的分析。环境一号C星在轨成功展开及良好的SAR成像质量表明了天线在机电热及可靠性设计方面满足型号工程的使用要求,为集中式网状抛物面SAR天线的设计研究提供了宝贵经验。

采用换元物理光学法分析桁架式可展开反射面天线方向图

桁架式可展开反射面天线在未来的星载合成孔径雷达(SAR)中将有着广泛应用,然而目前对该类天线方向图的系统性理论分析还不够完善。该文根据桁架式天线反射面的特殊构型——空间三角形单元拓扑结构,提出了一种将物理光学法与换元法相结合来计算馈源数目任意、位置任意的桁架式天线方向图的方法,仅需反射面上的节点坐标即可求出天线方向图。对矩形喇叭线阵馈源激励下的口径大小为2.8 m×6 m的桁架式可展开反射面天线方向图进行编程仿真,得到的主要参数计算值与实测值相吻合,通过与几何光学法仿真结果相比较,得出该文提出的算法更为精确有效。该文提出的算法建立了桁架式天线反射面结构与天线方向图的直接联系,实现了该类天线的机电一体化设计。

偏馈式构架反射器的预滑动摩擦动态模型分析

针对偏馈式构架反射器指向机构的摩擦效应提出了预滑动摩擦动态模型分析方法,为预测反射器结构响应状态提供了理论依据。首先,采用低频正弦扫频方法进行发射器结构的模态测试,结果表明在指向机构解锁状态和锁紧状态时,反射器结构基频的固有频率随激励幅值的增大而降低,非线性特征显著;其次,通过摩擦模型分析,本文首次提出反射器指向机构存在预摩擦状态,并给出了预摩擦状态的模型表达式,建立了反射器结构的非线性动力学模型;最后,对反射器结构预滑动摩擦动力学特性进行了模拟和对比验证,结果表明模拟分析得到的反射器结构基频变化规律与实测结果一致。

大型空间桁架面天线的结构—电磁耦合优化设计

由于载荷变化及各种随机干扰,大型空间桁架面天线必须保持非常精确的形状.基于提高空间天线电磁性能以及降低作动器能耗的目的,结合大型空间桁架天线结构的特点,建立了以天线轴向增益和作动器能耗为目标函数,以结构强度、作动器变形和轴力为约束条件的多目标优化模型.数值试验结果表明,结构—电磁耦合优化设计模型只需较低的作动器能耗,就能明显提高天线电性能,很好地满足了天线结构与电磁设计要求.

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。

大型桁架面天线的机电耦合优化设计

该文针对桁架面天线结构优化设计中的机电分离问题,将天线表面的微小变形表示为口径场的相位变化,得到包含结构因素的天线远场耦合计算公式,通过实验验证了该耦合公式的有效性和正确性。利用该公式将电性能指标引入传统的天线结构优化中,建立了以天线重量或电性能为优化目标,以结构强度和多种电性能变化量为约束的机电耦合优化模型,可以在天线结构设计过程中直接考察天线的主要电性能(包括增益、副瓣、波瓣宽度、指向精度等),同时避免了单一使用天线面精度的预估电性能的不足。通过某8m天线的仿真结果表明了该耦合优化模型的优点。

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。

桁架式可展开天线反射面精度试验

为了验证一种桁架式可展开天线结构设计方法的正确性,制作了一个口径为2 m的天线模型,设计了由上部中心立柱加三支杆悬挂支撑天线的试验悬挂方案,用基于PhotoModeler软件建立的摄像测量系统对天线抛物面反射面进行精度测量,将测量数据带入基于浅壳理论推导出的精度计算方程计算反射面误差。模型的反射面精度与设计值接近,表明该结构设计方法适合于设计更大口径的该类型天线。设计制作了6 m×2.8 m口径的天线,并对此天线进行了两种姿态下的展开精度试验,精度测量结果表明反射面精度符合设计要求。

星载环形天线重力补偿新方法

针对环形天线地面展开试验中由吊丝非铅锤效应引起的重力补偿不足和吊丝附加水平横向力等问题,提出了一种吊丝主动水平定位与运动的重力补偿方法。对环形天线展开过程进行运动学分析得到了各桁架节点水平位移与桁架展开角的函数关系,进而实现天线展开过程中滑轮车对桁架节点位置的精确跟随;对环形天线展开过程进行力学分析,得到了各个吊丝的配重质量;基于ADAMS软件对所提重力补偿方法和吊丝配重法进行对比分析,验证了方法的合理性和正确性。

大型构架式索网反射面天线机电集成设计

为了尽可能减少构架式索网反射面天线各模块间的缝隙对天线电性能的不利影响,以各模块中索网边界的垂跨比为设计变量,以天线电性能和索网力学性能为设计目标,建立双目标机电集成优化数学模型.采用加权系数法,将优化模型转化为单目标问题,利用粒子群算法对优化模型进行求解.以设计某7m口径构架式天线为例,在保证索网力学性能的基础上,实现了天线电性能的最优化,证明了该机电集成设计方法的可行性与有效性.

基于改进力密度法和非线性有限元法的索-膜-桁架天线形态优化设计

索-膜组合结构预张力会通过边界索力作用到支撑桁架上导致桁架变形,桁架变形又会改变索-膜组合结构的边界形状和预张力分布,这是索-膜-桁架之间的力-形耦合问题。针对索-膜-桁架天线中普遍存在的这种力-形耦合问题,提出了基于改进力密度法和非线性有限元法的形态优化设计方法进行解决。首先推导了索-膜组合结构的改进力密度平衡方程,利用力密度迭代方法确定边界固定时的索-膜组合结构初始形态,作为形态优化的初始值。然后推导了索-膜-桁架组合结构的非线性有限元平衡方程,并以索和薄膜预张力为设计变量、薄膜反射面的最佳拟合形面精度为优化目标、索-膜组合结构不松弛或褶皱为约束条件建立形态优化模型。最后通过对某口径5米索-膜-桁架天线和某口径20米的偏置索-膜-桁架天线进行形态优化设计仿真,验证了提出方法的有效性。设计完成的某口径5米的索-膜-桁架天线,实物模型测量取得了预期结果。

构架式可展天线背架球面圆弧的确定方法

运用最小二乘法与拉格朗日乘子法,确定初始圆弧并进行适当的圆弧修正,实现了构架式可展天线背架球面圆弧的确定方法.根据天线的实际工作需求与结构特点,提出了构架式可展天线背架位置应满足的条件;通过确定初始圆弧和圆弧修正两个步骤,推导了确定圆弧位置的计算公式;基于Matlab数值计算软件,编程实现可展天线背架球面圆弧的确定方法.数值算例表明,采用本文方法可以得到满足实际工作需求的构架式可展开天线背架球面圆弧.

一种大型全可动反射面天线的轻量化创新设计

针对110m超大口径全可动高精度反射面天线自重与造价的问题,本文提出了一种全新的设计方案,与常规方案相比,自重、驱动功率与造价可分别降低1/2,2/3与1个量级.首先,提出了超轻的预应力索-桁结构代替传统笨重的刚梁背架结构.其次,提出了新型并联伺服机构代替传统的方位-俯仰扫描机构.再者,基于模块化的设计思想建立了与创新结构相适应的优化模型.最后,将提出的方案应用于数值算例和某26 m口径的实际天线中,得出的结果验证了方案与方法的正确性与有效性.同时,该方案对其他装备设计也有一定的参考价值.