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。

周边式桁架可展开天线的形面调整

本文针对周边式桁架可展开天线进行了基于优化方法的网面调整。以纵向调节索调节力的大小为设计变量,网状反射面的均方根误差为目标函数,应力和频率为约束条件,建立了形面调整的优化数学模型,并用遗传算法对网面调整进行了优化、仿真。数值结果表明:基于优化方法的网面调整是可行的,对工程应用具有一定的指导意义。

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.

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。

周边桁架可展开天线展开过程仿真方法

提出了一种基于虚拟样机技术的可展天线展开过程分析仿真方法。利用参数化建模技术建立各零部件的参数化模型;利用有限元分析软件通过模态分析来完成各个零部件的柔性体模型;利用系统动力学分析平台ADAMS将各零部件的模型组装成系统模型;然后将自制的摩擦学行为仿真程序或其他学科行为仿真程序嵌入系统模型中,实现可展天线的虚拟样机建模和展开过程的性能分析与仿真。给出的开发步骤和实例验证了该方法的可行性。

考虑摩擦的周边桁架式可展天线展开动力学分析

结合一种周边桁架式可展天线的模型制作,介绍了该类天线的总体布局、展开收纳机理和设计要点; 然后提出了切实有效的数学算法,有效地构造了约束方程及其Jacobi矩阵,实时地模拟了结构收纳过程的约束条件,采用广义逆矩阵的方法分析了周边可展桁架运动过程;研究了摩擦这一非线性因素在其展开过程中的作用机理,建立其展开动力学模型,实现了考虑摩擦的周边桁架式可展天线结构展开动力学分析．编制了仿真程序进行算例分析,验证了分析方法的有效性．

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。

周边桁架式展开天线几何布局优化

讨论了某新型周边桁架式展开天线拉索系统的布局优化设计问题.将天线拉索系统的上、下悬索数量,以及中间调节索数量作为设计变量,在优化过程中主要考虑结构拉索系统原理精度约束,建立以结构重量最轻为优化目标,基于天线几何精度的展开天线布局优化数学模型.通过数值算例证明,拉索系统的布局优化设计对提高天线设计质量是非常有效的.

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。

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。

剪叉联动式双层环形桁架可展开天线机构设计与分析

为提高环形桁架可展开天线机构的刚度,提出了一种剪叉联动式双层环形桁架可展开天线机构,介绍了其具体结构及特点;对整体桁架机构进行了单元划分,将其分解为多个六面体可展单元,分析了整体桁架结构的运动过程及特点,并对六面体基本可展单元进行了结构分析与简化;基于反螺旋理论分析了六面体可展单元的自由度及运动形式,得到了其只有一个收展运动自由度的结论,最后建立了整体双层环形桁架可展开机构的仿真模型,模拟了整个双层环形桁架机构的收拢与展开过程,验证了其整体的可展性。

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。

展开桁架天线热致振动数值分析

对一展开桁架抛物面天线,利用有限元法,建立瞬态热平衡方程,针对空间天线和热致振动的特点,提出温度场在时间域上收敛于正确解和稳态解的收敛准则;利用节点温度,模拟热动力荷载,对天线典型节点热致振动位移和天线形面精度进行了数值分析。研究表明,热致振动发生在热动力荷载急剧变化的初时阶段,合适的阻尼和结构形式可以消除热致振动;结构的热致振动响应,主要集中在结构固有振动特性中的各向主振动;由热致振动引起天线形面精度误差,呈现由急剧振动趋于静态的特性,但初始的振动幅值较大。

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。

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。

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。

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。

模块化空间可展开天线支撑桁架结构的热-结构分析

对模块化空间可展开天线支撑桁架结构进行空间热交变环境下的热-结构分析,为天线结构因热致变形影响形面精度和网面稳定性提供合理的防护建议。采用ANSYS APDL有限元软件建立了大口径模块化空间可展开天线支撑结构的精细化数值模型,基于已有试验分别验证了模块化可展开天线结构有限元建模和热分析模型的正确性;分析了在瞬态温度场作用下约束位置等参数对支撑桁架弦杆及拉索应力的影响和热致变形规律。研究结果表明:空间可展开天线结构的应力和变形随时间历程发展与瞬态温度场变化趋势基本一致;同一瞬态温度场下,天线结构中心模块拉索热应力最大,同圈模块的弦杆热应力幅值基本相同,其上弦杆热应力逐圈增大,而拉索热应力逐圈减小;天线结构热致变形在距离约束最远端处整体累计值最大,上层中心点处累计热致变形可达15 mm左右,对天线形面精度的影响不可忽略;将天线支撑桁架结构最外侧且距离结构中心最近的模块顶角和与相邻模块竖杆拼接处作为星载天线伸展臂约束时,天线结构的热致变形最小。将该处作为模块化空间可展开天线的展开支点,并建议对天线支撑结构表面采用涂刷隔热防护复合材料涂层等防护措施,以增加天线结构在太空极端环境的适应性,从而减小温度交变对天线整体形变和网面精度的影响。

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.

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。