一种薄膜反射面天线型面精度主动控制方法

针对如何有效进行薄膜反射面天线型面精度主动控制的问题,提出了一种静电力和边界索力相结合的双向控制方法。推导了薄膜反射面和薄膜控制面间距发生变化时的静电力计算公式,并给出了静电力更新流程;以电极电压和边界索力为设计变量,以薄膜反射面型面精度为优化目标,建立了薄膜反射面天线型面精度主动控制模型;通过两种形式温度载荷作用下的薄膜反射面天线型面精度主动控制仿真算例,验证了控制方法的有效性。

静电成形薄膜反射面设计

为制作高精度的静电成形薄膜反射面,首先利用遗传算法与梯度法的两级优化方法对各电极进行布局优化;基于优化思想在给定电压、索拉力和理想膜面的情况下,求解初始膜面的形状参数,获得无应力初始膜面;对无应力初始膜面进行裁剪分析,利用等效力学的方法进行曲面展平,得到平面裁剪片;基于有限元思想将平面裁剪片拼接得到初始膜面状态,施加静电力和索拉力后,得到理论上的拼接反射面最终成形状态。基于上述理论设计0.55 m静电成形薄膜反射面天线模型,基于Digimetric软件建立摄像测量系统,对薄膜反射面模型进行形面精度测量,通过反复的测量和形面调整,膜面精度达到0.13 mm,验证了高精度制作的可实现性。

基于误差考虑的薄膜反射面裁剪布局优化

静电成形薄膜反射面天线是一种新型天线结构,其反射面形面精度是天线性能的重要指标,深入研究薄膜反射面成形中存在的误差因素并将其分类为原理误差和制作误差,制作误差主要包括拼接误差、粘贴误差和边界误差。基于有限元思想实现反射面成形模拟得到原理误差;拼接误差可通过膜面设计处的转动和径向平移来数值表示;粘贴条近似等效为索单元,设置不同的索应力来模拟膜面粘贴误差;边界误差以裙边索力误差表示。基于上述误差分析提出反射面的裁剪线布局优化模型,分环数目、每环裁剪数目、电压值作为优化变量,反射面的形面精度作为优化目标同时保证膜面不褶皱。优化模型中包含连续变量和整形变量具有高度非线性,传统梯度方法难以找到最优解,因此使用梯度法和遗传算法相结合的优化方法来解决。最后以0.55 m薄膜反射面天线模型为算例来验证优化模型的有效性。