静电成形薄膜反射面天线的裁剪设计

该文通过裁剪和拼接平面薄膜片来对静电成形薄膜反射面天线的表面进行设计制作。由于抛物面型薄膜反射面是一个不可展开表面,通常由许多平面薄膜片制作而成,将不可避免地降低反射面表面的精度。因此,需要详细地分析裁剪和拼接过程对反射面表面精度的影响,从而获得设计需要的表面精度。该文基于旋转抛物面的无矩理论建立了工作状态的反射面模型,采用常应变三角形单元离散反射面,建立了反射面的展平和拼接有限元模型。将同口径反射面沿经线划分若干组不同数量子曲面,通过子曲面进行展平和拼接数值仿真分析,对薄膜反射面进行裁剪设计。最后,制作了0.55 m口径的薄膜反射器,并进行了摄影测量实验。验证了该方法的有效性,并讨论了制造误差的影响。

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。