空间薄膜衍射镜充气展开结构技术研究

发布时间：2020-06-15 10:42

【摘要】：薄膜衍射成像技术以其重量轻、可折叠展开、公差宽松以及高分辨率等优点成为光学载荷领域的研究热点。空间充气展开结构在大型航天器结构中的应用越来越广泛,可用于构建薄膜衍射成像系统。本文提出了空间薄膜衍射镜充气展开结构设计方案,主镜为薄膜衍射透镜,支撑结构为充气展开膜结构。完成了空间薄膜衍射镜充气展开结构方案设计:充气支撑结构设计,花边样式和参数设计以及张拉索布置等。为了实现空间薄膜衍射镜充气展开结构的折叠展开,进行了收纳结构设计和支撑吊架结构设计。基于非线性有限元法,进行了空间薄膜衍射镜充气展开结构静力学分析和动力学分析。通过静力学分析,求解得到了充气气压作用下结构的应力分布;动力学分析部分;进行了充气展开结构的预应力模态分析,得到结构基频和振动模态;完成了谐响应分析,确定了充气展开结构在简谐荷载作用下的稳态响应;进行了动载荷作用下的结构瞬态动力学分析,得到了结构瞬态振动形态及各个节点的位移、速度、加速度等。结果表明空间薄膜衍射镜充气展开结构的基频和充气气压满足设计指标要求。完成了空间薄膜衍射镜充气展开结构的空间热环境和热力耦合效应研究。建立了实现空间薄膜衍射镜充气展开结构的热-力耦合分析框架,基于I-DEAS和ANSYS软件,实现了空间薄膜衍射镜充气展开结构的热-力耦合数值分析,研究了空间薄膜衍射镜在轨运行时的瞬态传热、热应力、热变形等。分析结果表明,充气展开结构没有出现热振动现象和较大的热变形,结构刚度良好。研制了空间薄膜衍射镜充气展开结构样机,并进行了折叠展开试验。同时对充气直管进行重复展开精度试验和泄露试验,以验证空间薄膜衍射镜充气展开结构的可行性。试验结果表明,空间薄膜衍射镜充气展开结构样机可以顺利地充气展开,完全展开后镜面可以被张拉索张紧。重复展开精度试验表明充气直管的轴向重复展开精度满足设计要求。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：V414
【图文】：

１．２．１国外研究现状逡逑美国Ｌ’Ｇａｒｄｅ公司从上世纪六十年代开始制成了口径３ｍ、７ｍ、９ｍ、１４ｍ等一逡逑系列的充气天线，并于１９９６年进行了在轨试验，如图１．１所示。空间天线在未充逡逑气状态下存储于不足ｌｍ３的容器内，由航天器搭载进入太空并充气展开，成型的逡逑空间天线有效直径达到１４ｍ。空间充气式展开天线由支撑体系和大型反射抛物面逡逑两部分组成。此次试验有三个目的：一是验证１４ｍ充气展开式天线的可行性；二逡逑是测量反射器的型面精度；三是研究试验条件下结构的阻尼特性［１２－１３］。逡逑ｉ邋ｒ逡逑ｉ邋Ｗ＇邋：逡逑图ｕ充气式展开天线逡逑图１．２是充气式太阳阵列模型，由ＩＬＣ邋Ｄｏｖｅｒ为波音公司开发的Ｔｅｌｅｄｅｓｉｃ计划逡逑模型。研制这个３．６ｍＸ邋ｌ0ｍ的太阳阵列模型的目的是为了验证其收纳和展开的可逡逑行性。设计的难点之一是未充气时要收纳在３．６ｍＸ0．２ｍＸ0．３ｍ的容器内。充气式逡逑太阳阵列模型由薄膜面和三列圆管组成，中心一列圆管为展开装置，两侧各一列逡逑圆管起到刚度支撑作用。展开测试时，模型悬挂于滑轨上以模拟零重力环境，最逡逑终模型平稳展开［１４］。逡逑２逡逑

逦空间薄膜衍射镜充气展开结构技术研[傚义希蠾逡逑图１．２充气式太阳阵列逡逑充气式ＳＡＲ雷达天线为超轻量级天线（＜１．６Ｋｇ／ｍ２），由ＩＬＣ邋Ｄｏｖｅｒ和ＪＰＬ公司逡逑基于ＪＰＬ公司的先进雷达技术联合研发，如图１．３所示。展开状态ＳＡＲ雷徶天线尺逡逑寸为３．６ｍＸｌ0ｍ，天线中加入恒力弹簧来控制充气展开，收拢时两边天线向中间逡逑卷曲，充气气体由结构每边的卷轴底部进入框架，并平衡ＳＡＲ雷徸天线两边气压逡逑来实现同步展开［１５＿１６］。逡逑图１．３邋ＳＡＲ雷达天线逡逑图１．４是为太空望远镜提供防护的充气式遮光罩，由美国宇航局研发。遮光逡逑罩展开尺寸为３３ｍＸ１４ｍ，表面面积为２７０ｍ２。展开时向充气管内注气，四根充逡逑气管带动六层薄膜面向外同步展开，收拢时膜面和充气管向中心卷曲。遮光罩计逡逑划在太空工作５？１０年

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本文编号：2714301