空间一维可展开桁架精度测量方法

结合空间一维可展开桁架结构特点,基于四象限探测器光斑中心位置检测原理,提出以准直激光束为测量基准的空间一维可展开桁架结构精度测量方法.应用该方法可以实现对空间一维可展开桁架各构架单元的扭转角、横向偏移量、纵向偏移量及桁架直线度装配精度的测量.提出四象限探测器二维平面标定方法,将探测器的工作范围扩大到3 mm×3 mm,探测器的测量精度提高到0.05 mm.运用设计的基于四象限探测器的激光准直测量方法对空间一维可展开桁架进行了精度测量实验,得到桁架各刚性框架的最大扭转角为0.133 3°,最大横向偏移量为1.200 8 mm,最大纵向偏移量为1.299 3 mm,桁架的直线度误差为1.090 6 mm,验证了所提出的空间一维可展开桁架精度测量方法的有效性.

基于敏度分析的可展开桁架刚度优化设计

可展开桁架是高分三号(GF-3)卫星SAR天线的关键部件,其在轨展开状态的刚度指标将直接影响到卫星的成像品质,同时,为尽可能减小对整星的影响,要求展开状态的比刚度越大越好。文章针对桁架展开刚度优化问题,提出了基于敏度分析的方法,通过对GF-3卫星SAR天线中的铰链刚度的敏度分析,得到了展开刚度优化的最优途径。在此基础上,利用该方法对多模块桁架展开状态刚度进行了优化,实现了桁架的高比刚度。

一种空间可展开桁架结构杆件热膨胀系数的优化设计

文章就一种空间可展开平板天线支撑桁架结构的热膨胀系数设计,针对传统靠经验试凑的情况,提出了一种热膨胀系数优化设计方法。该方法首先通过分析计算各杆件轴的热膨胀系数对热变形的影响(即计算热变形对杆件轴向热膨胀系数的敏度),根据敏度绝对值的大小对杆件进行分组;其次,在给定最大热变形约束下,将敏感杆件组的热膨胀系数设为设计变量进行优化,计算杆件热膨胀系数极值,从而确定其所能允许的可行范围;最后对计算所得的热膨胀系数范围进行了校验和参数分配,经计算,在此范围内取值符合最大变形约束要求。

空间望远镜可展开次镜支撑桁架综述

为了获取更高的分辨率,空间望远镜系统的尺寸变得越来越大,以至于这些光学仪器无法装入现存运载器的内包络。采用可展开结构或分瓣式光学元件是克服内包络限制的一种有效手段,目前,国际上许多航天型号任务正积极采用这样的设计方案。与传统光学系统不同的是,可展开光学系统将依赖于展开机构的重复性和可靠性,以及多光学元件的主动共相来满足光学系统的成像需求。可展开次镜支撑桁架是可展开光学系统的重要组成部分,其展开精度直接影响光学系统的性能。为了了解该类展开机构的发展现状,文章对可展开望远镜系统进行了充分的调研与分析,从结构形式、展开机构、驱动方式等角度讨论了几种典型的可展开次镜支撑桁架的特点,并对其中的关键技术,如铰链的非线性特性抑制技术、高重复性和稳定性在轨展开锁定技术及地面重力卸载技术等进行了分析与总结。最后归纳了可展开次镜支撑桁架的一些设计原则。

周边式桁架可展开天线基于地面的网面调整

借鉴M.C.Natori思想对周边式桁架可展开天线提出了基于地面的网面优化调整方法,建立了以纵向拉索调整力为设计变量,天线反射面的表面均方根误差为目标函数,频率和应力为约束的优化数学模型,并用遗传算法进行了求解。数值结果表明,采用该方法在地面上对周边式桁架可展天线进行网面调整,能有效地消除地面重力的影响,较为准确地预测天线由于环境变化(由地面环境到太空环境)而引起的变形,使得最终调整获得的天线表面精度能够满足太空无重力环境下的精度要求,这种新方法对工程中天线的设计和网面调整具有指导作用。

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。

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。

型面周期性误差对环形桁架可展开天线电性能的影响及其消除方法

环形桁架可展开天线的型面由一系列面片拼合而成,其电性能由这些面片的大小和形状决定.本文针对环形可展开天线型面周期性几何逼近误差导致天线远场方向图存在电平较高的栅瓣的问题,提出了通过破坏误差周期性来消除其对电性能影响的方法.首先,分析了型面几何逼近误差的周期性及其对天线电性能的影响;其次,提出两种消除型面几何逼近误差周期性的方法,一是在径向引入破坏因子,二是改变型面环向轮廓形状;最后,建立优化模型,求出同时满足用户电性能和结构要求的网面分环数和破坏因子.数值仿真表明本文提出的型面优化设计方法既能在保证天线增益的条件下消除栅瓣,又不导致天线结构过于复杂.

周边桁架可展开天线索网结构力密度优化找形方法

一种基于力密度的优化找形方法,可提高周边桁架可展开天线的网面精度和索段预拉力的均匀性,该方法以索段的力密度为设计变量,索网网面精度及索段预拉力均匀性为目标函数,索网的力密度方程为约束函数,优化得到网面的初始平衡态。算例结果表明,通过该方法能够获得相对较高的网面精度和较均匀的索网预拉力。

大型星载索网-桁架式可展开天线综合设计平台与数字化建模

针对大型索网——桁架式星载可展开天线的特点,文章较为系统地阐述了综合设计软件平台的整体架构与基本功能。研发了该类天线(Astromesh、径向肋及构架式等3种)的整机数字化造型与数据库模块。建立了整机数字化设计的层次结构,提出了抽象和分类方法,解决了该类天线CAD/CAE集成建模的难点。研制了包括快速数字化建模、数据库、找形找态分析、收拢与展开两态动力优化、热分析、多柔体展开动力学分析、展开可靠性分析、电性能分析、网面精度调整等模块在内的大型索网——桁架式星载可展开天线综合设计平台。限于篇幅,文章仅就整机数字化建模、数据库、CAD/CAE集成建模等内容加以讨论。多个典型天线、样机以及工程的应用说明,该综合设计平台可有效的辅助创新,缩短周期、降低成本、提高性能。

考虑权重因子的大型桁架可展开天线可靠性建模方法研究

引入权重因子,提出了考虑权重因子的大型桁架天线可靠性建模方法。权重比例因子用于描述各铰链不同的权重比例及位置权重。对于不能用传统可靠性建模思路及方法来进行建模的大型桁架天线系统是一种新的探索。本文提出的方法也可用于其它相似系统的可靠性建模分析。

周边桁架可展开天线网面初始平衡态寻求方法

针对周边桁架可展开天线索网反射面的特点,以结构的几何外形为已知量(设计者给定),给定一组初始预应力为迭代初值,并给模型的各节点施加一个小Δ的位移量,迭代反算求解出一组预拉力以及与之相应的几何参数,即可确定网面的初始平衡态,并通过ANSYS反算验证。算例表明该法简单实用。

空间桁架可展天线三向索网预张力多目标优化

空间可展索网式天线在展开状态下要求网面受预张力作用处于平衡状态,张力的配置直接影响天线反射器的刚度和精度。本文针对空间可展开天线抛物面索网预张力合理配置问题,建立了基于索网结构平衡矩阵奇异值分解的多目标优化设计数学模型,将预张力向量表示为平衡矩阵的零空间正交基向量的线性组合形式,采用遗传算法优化寻找最佳预张力向量。通过对三向网格索网式环形桁架可展开天线的预张力进行优化计算,得出了一种预张力优化配置方案,与单目标优化设计模型结果相比,优化指标改善了24.7%。基于非线性有限元方法对算例分析结果进行了验证,证实了预张力最优配置方案的正确性。

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。

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.

大尺度充气式桁架太阳能阵列设计及动力学分析

提出充气式桁架展开大尺度太阳能阵列结构设计方法,具有热固化复合材料充气铰实现高效折叠收拢,以及展开后提高结构刚度的特性。研制了原理样机,并进行了地面展开试验,验证了充气展开及其充气式桁架的性能。可展开桁架结构设计特色是将可折叠充气支撑管与刚性碳纤维杆相结合使用,减少热功耗并提高结构刚度。考虑可展开桁架的腹管设计以及材料固化前后对大尺度结构动态特性的影响,对太阳能阵列的半结构进行有限元建模,并采用BlockLanczos法求解结构的模态,计算分析了不同激励位置时结构阻尼对结构的振动响应。结果表明,所设计的充气式桁架展开大尺度太阳能阵列采用热固化方法,能实现大尺度结构从柔性大转动展开向高刚度结构特性的改变;且对低频结构具有振动抑制效果,其振动响应能受到激励幅值和载荷的影响,并显著改变结构的动力学性能。