碳纤维复合材料卫星天线反射面型面精度稳定性分析

文章简述了卫星天线的组成、制造工艺过程,着重对影响天线反射面型面精度和尺寸稳定性有关内容,从材料特性、铺层分析、成型模具材料和产品质量控制等内容进行了分析。

0.5m口径缠绕肋可展天线反射面型面精度分析与试验研究

针对高收纳比轻型可展天线的工程需求,提出了一种口径为0.5 m、收纳尺寸为1.5 U(10 cm×10 cm×15 cm)、质量小于0.5 kg的X波段抛物面缠绕肋可展天线结构。抛物反射面由缠绕肋、金属反射网和网面边索3部分组成,其中缠绕肋既是反射面展开的驱动元件,又是金属反射网的固定边界。缠绕肋截面采用C型截面。对C型截面不锈钢肋条的缠绕过程进行近似理论分析以及有限元数值分析,验证了缠绕肋在缠绕过程中处于弹性状态。根据X波段反射面型面精度要求,选定缠绕肋数量为16根,反射面焦径比为0.45。考虑缠绕肋变形及金属反射网均匀张拉,对反射面进行迭代找形分析,利用遗传算法对反射面型面精度进行优化设计,得到缠绕肋形状最优曲线方程。制作2台可展天线试验样机,分别进行了振动台试验前后反射面重复展开型面精度测试,得到反射面RMS值变动范围为0.8~1.0 mm,重复精度良好。

基于人工神经网络的反射器型面精度预测

基于人工神经网络的预测方法,利用数量适当的有限元计算结果,建立人工神经网络模型,对反射器型面进行精度预测分析,得到在最小型面精度结果下的结构设计参数。计算结果显示训练好的神经网络模型能够较精确地预测格栅反射器的型面精度,节省计算时间,并且以型面精度最小为准则进行参数分析,能够指导反射器的结构设计。

蜂窝夹层结构抛物面天线型面精度仿真分析

星载抛物面天线在绕地球工作时会产生较大的热变形。为了获得在近地服役环境下全尺寸反射器型面精度模拟的工程方法,采用ABAQUS有限元和最小二乘法,对口径1.2 m的小尺寸蜂窝夹层结构天线进行热变形和均方根(RMS)值计算,对热膨胀系数、蜂窝高度和蒙皮铺层数量等因素进行分析。结果表明:蜂窝高度方向的热膨胀系数是影响RMS值的最主要因素。当蜂窝高度为65 mm,上、下蒙皮铺层数量为12层时,型面精度RMS值满足设计要求。最后基于实际装配条件计算全尺寸反射器在−80~120℃下的热变形,发现紧固件和预埋件可以有效减小工作面热变形,并且得到全尺寸反射器RMS值为40.45μm。该研究结果可为星载固面蜂窝夹层结构反射面天线结构的设计提供依据。

导轨副滑块型面精度检测装置设计及分析

针对现有导轨副滑块型面精度检测装置精度低、专用程度不足和自动化水平落后等问题,提出一种激光位移传感器倾斜测量的方案,根据该方案设计专用检测装置。装置设计主要针对实现其测量过程的结构设计,包括试验台整体设计、夹具台设计、滑块基准面测量部件设计等,同时也对测控系统进行设计以保证运动的控制与数据的采集。最后对检测装置进行精度分析并与现有的测量装置的方法进行对比,展现该装置的优越性。

EA16型十六米天线系统型面精度分析

本文通过EA16到十六米天线主反射体型面的精度分析计算，对天线反射体分系统总体方案应用“保型设计”思想，使天线反射体分系统在满足总的表面精度指标的前提下，切实可行地划分各分项表面精度指标，优化结构方案，并在理论上检验和论证各分项表面精度指标的可行性，从而论证了该天线系统总体方案的可行性，确保该天线系统的电气性能指标的要求。本文对大、中型口径抛物面天线反射体型面表面精度分析和计算具有一定的鉴和参考价值。

单向曲率抛物反射面可展结构型面精度误差研究

具备大尺度、高精度特性的刚性反射面天线是解决星载微波遥感有效载荷空间分辨率、增益与信噪比等电气指标需求的优选方案,需要采用可展结构设计,以解决卫星尺寸与整流罩包络之间的矛盾。文章针对高精度单向曲率抛物反射面可展结构型面精度误差的分析及预示需求,基于刚体旋转的欧拉理论及正态分布,描述加工精度误差与展开重复精度误差,建立了可展结构型面精度误差的预测模型。并根据Monte Carlo试验结果数据的统计分析方法,开展了面向加工精度误差与展开重复精度误差的敏感度分析。结果表明:板间铰链的展开重复精度对整体型面精度误差的收益高于根部铰链,同等条件下应优先对其进行优化;在整体型面精度误差指标允许的前提下,应适当提高刚性抛物柱面的加工精度误差,从而控制整体型面精度误差的变化区间。

EA16型十六米天线系统型面精度分析

本文通过ＥＡ１６型十六米天线主反射体型面的精度分析计算，对天线反射体分系统总体方案应用“保型设计”思想，使天线反射体分系统在满足总的表面精度指标的前提下切实可行地划分各项表面精度指标，优化结构方案，并在理论上检验和论证各分项表面精度指标的可行性，从而论证了该天线系统总体「的可行性，确保该天线系统的电气性能指标的要求。

装配校准对机械可动天线主反射器型面精度影响的研究

为保证卫星机械可动天线的电气性能要求,需要对其副反射器和馈源组件进行装配校准。副反射器装配校准对天线主反射器型面精度影响较大。本文采用有限元方法,对不同副反支杆的16种工况进行了分析,得出装配校准对主反射器型面精度值的影响。提出采用工装,在装配校准时直接粘接碳杆和金属接头的方法,减小甚至消除装配应力,使主反射器的型面精度值变化仅为0.01 mm,装配校准效率提高50%以上。

基于多神经网络的可展开网状天线型面调整方法

为在提高可展开网状天线型面精度的同时减少型面调整的工作量,提出了一种基于多神经网络的型面调整方法。通过分析新型张拉网状天线型面与调整索相关性与耦合机制,首次提出了型面调整策略。以10m口径的新型张拉网状天线为例进行了数值仿真研究,调整后型面的均方根值从5.4×10^(-3)m降低到1.1×10^(-3)m,从而验证了方法的有效性。

构架天线四面体桁架单元精度分析与多目标优化设计

为了减小加工装配误差对天线桁架精度的影响,解决含随机变量的优化问题,综合考虑了杆件加工装配误差正态分布特性对精度的影响,通过最小势能原理求解得到了含杆件误差的构架天线桁架单元的平衡状态,采用蒙特卡洛方法对杆件误差变化对型面精度的影响开展了分析,得到杆件随机误差下的平均精度。为提高计算效率,建立了以杆件长度公差为设计变量、以桁架型面精度和加工成本为目标函数的代理模型,通过多目标遗传优化算法进行了公差优化设计,得到了代理模型误差小于8%的多组公差设计方案。其中平均精度最小达到了0.013 mm,并且分析结果显示腹杆影响显著大于底杆。

大型夹层结构高精度反射器面板精密成形及型面稳定性

针对大型高精度反射器面板的特点,采用"点阵钉模、蜂窝夹层、真空负压"原理的高精度反射器面板精密成形技术,在面板夹层结构参数试验及刚度试验的基础上,确定了满足大型反射器面板精密成形的面板结构;基于数值模拟方法,确定了面板在工作状态下受自重及环境温度作用下的型面精度变化规律,为夹层结构高精度反射器面板使用条件的确定提供了依据。

星载伞状天线新型索网拓扑构型设计与精度分析

以减轻索网天线反枕效应以及提高伞状天线型面精度及误差均匀性为目的,提出了一种伞状天线新型索网拓扑结构。首先进行索网索段划分,得出一种伞状天线新型拓扑构型;其次从索网精度计算方法出发,采用高斯—勒让德积分方法进行伞状天线索网型面精度计算;最后通过算例对新型索网构型进行对比分析,得到该新构型对于提高天线型面精度以及改善误差分布均匀性具有重要意义。

滑块内滚道型面精度的倾斜测量

为了实现滑块内滚道型面精度的快速准确测量,提出一种基于激光三角位移传感器倾斜测量的方法。对该方法的算法进行推理与验证,同时借助高精度圆棒进行实验验证。根据测量系统的特征与滑块内滚道的形状,建立相对应的模型。设计相应的算法,计算滑块内滚道的半径,并对测量过程中的误差来源进行标定补偿。在内滚道轮廓算法的基础上,计算滑块内滚道的轴线相对基准面的位置与平行度。介绍该方案的验证性实验并分析结果。实验结果表明:标准圆棒的测量精度为3.75μm,标准差在2μm以内。实验结果满足5μm的测量精度要求,且该测量方式对标定件与待测件没有位姿要求,具备一定的推广性。

深V型复材制件交联固化成型技术创新研究

复合材料具有比强度高、比模量高、比重小和抗疲劳性能优异等特点,在航空航天领域的应用占比日益增加。研究从实际工程应用角度出发,以开口角度小且深度大的深V型制件为研究对象,从产品厚度、内部质量、表面质量及固化变形控制等方面进行多方位攻关,分别采用阴模成型和阳模成型2种工艺方法制造试验件,通过理论分析和工艺试验论证,解决了深V型制件实际生产中出现的质量问题,为类似深V型结构零件的精确制造提供经验积累和技术支撑。

大型环形可展开天线型面高精度测试方法研究

天线反射器型面精度是衡量、评价天线质量的重要指标之一,天线型面精度的高低将直接影响天线的电性能指标。大型环形可展开天线型面精度测试,目前多采用高精度工业数字化摄影测量技术进行,在使用高精度数字化摄影测量系统对大型环形可展开天线开展型面测试过程中,系统测量精度主要受摄影基准选用、测量距离、测量靶标大小、测量角度、测量拍照数量、相机参数等多项工艺参数影响。就如何使用数字化摄影测量系统对大型环形可展开天线开展高精度型面测试方法开展研究,通过对高精度长基准尺的设计及布局研究,以及对摄影测量系统最优匹配工艺参数研究及验证,得到一种针对大型环形可展开天线开展高精度型面测试的方法。试验证明,该方法可靠有效,能够满足大型环形可展开天线开展型面高精度测试的测量需求。

大型风电叶片模具型面控制研究

随着风电产业的发展,风电叶片已由原来的kW级发展到现在的6MW级,甚至更大。风电叶片模具一直采用玻璃钢复合材料,成型工艺采用真空灌注成型。模具长度由最初的10m发展到现在的60m,甚至更长,其型面精度变得愈加难以控制。风力发电的效率高低直接取决于叶片翼形的准确,这就需要叶片模具的型面尺寸与设计值具有较高的吻合度。因此,本文开展了大型风电叶片模具型面精度控制等相关研究。

抛物面索网天线型面原理误差计算方法研究

本文给出了一种计算抛物面索网天线型面精度与投影网格边长关系的方法。在天线反射面的光学口径面内,将其内接正六边形用正三角形进行划分,设定正三角形网格的边长,编制matlab程序,依次计算各区域对应的型面精度值,得到整个天线型面精度与投影网格边长的关系。通过与传统网面精度计算公式相比较,证明了本方法的有效性与正确性。

蜂窝夹层结构高精度面板的三维铣削研究

建立了蜂窝夹层结构高精度面板三维铣削有限元仿真模型,分析了主轴转速、进给速度、铣削深度等因素对铣削后面板表面粗糙度及温度的影响规律,进行了蜂窝夹层结构面板的正交铣削试验及水超声脉冲反射法无损检测试验,优化了铣削加工参数;在面板铣削仿真和试验分析的基础上,以最优加工参数设计了焦距分别为5500mm、2750mm、1090mm的400mm×400mm双曲率夹层结构高精度面板的铣削精加工试验及超声波脉冲穿透法无损检测试验,测量了面板铣削前后的型面精度及表面粗糙度。结果表明:模拟与试验结论一致;铣削后面板表面粗糙度与主轴转速负相关,与铣削深度和进给速度正相关;面板温度主要由铣削深度决定,单次铣削深度超过300μm时,面板温度超过环氧树脂胶的玻璃态转变温度(313K),夹层结构发生轻微脱粘;铣削后的双曲率面板型面精度数值、峰峰值(波峰–波谷值)及表面粗糙度数值均显著降低,且无脱粘现象,验证了铣削工艺在保证结构稳定性的基础上可提高面板表面质量。

构架式天线柔性动力学建模与展开精度分析

构架式可展开天线具有结构非线性强、桁架系统复杂以及运动环节多等特点,通常被视作刚体系统进行建模分析。然而多刚体动力学方法在求解复杂的连杆结构时,难以处理数量大、非线性强的铰接间隙模型,因此并不能准确还原真实的结构特性,给构架式天线的地面展开验证带来很大困难。本文建立了一套适用于该型天线的柔性多体动力学模型,通过引入微小弹性形变来消除铰链间隙对天线展开的影响,并在型面精度方面与期望的天线展开模型进行了比较说明。在确保不影响结构真实性的前提下,通过降阶、引入稳定系数等手段提高了柔性体单元计算效率。通过约束方程的设计与模块拆分求解等方法,消除结构非线性的影响。解决了针对构架式可展开天线的复杂桁架系统强非线性动力学的高精度建模问题,为构架式天线的仿真提供了技术手段。