轻质太阳能膜杆结构展开动力学研究

发布时间：2020-07-19 00:28

【摘要】：大型空间机构如太阳能电池阵、大型空间天线的研究与应用变得越来越广泛,也使得充气展开机构向着质量更轻,体积更小的方向发展。因此研究高收纳比轻质化的充气可展结构具有深远的意义。但此类机构的研发同样面临巨大的挑战,毕竟在存在重力场和大气压的地面上,难以完成空间环境条件下的试验,而空间实验花费巨大,故本文所进行的针对充气展开机构的计算机仿真模拟是非常有必要的。首先,本文讨论了豆荚杆机构充气展开模拟过程中的非线性大变形问题、复杂接触问题及控制体积法等基本理论。随后,使用通用有限元软件LS-DYNA分别对充气展开机构的部件豆荚杆、气柱和尼龙搭扣的模型进行创建,且对单个部件的功能进行了模拟。其后,利用软件中重启动命令,分别在有重力和失重条件下,对充气展开机构进行了压缩、卷曲收纳、充气展开三个连续过程的计算机模拟。通过模拟结果的分析,豆荚杆与气柱的这种新的组合方式,不仅质量轻、体积小,而且在尼龙搭扣的配合下可以平稳的充气展开。紧接着,又对尼龙搭扣失效力恒定时不同充气流量下展开工况进行了对比,研究了不同充气质量流量对展开过程的影响,分析了充气气柱压力同尼龙搭扣失效之间的对应关系。本文还探究了不同尼龙搭扣布置位置对充气展开的影响。最后,对太阳能阵的收拢与展开进行了模拟和分析,并且对全文做了详细的总结,提出了展望。
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V414
【图文】：

太阳电池阵,天线,薄膜

到９０年代末时，充气展开技术有了极大的进步。逡逑１３邋？逡逑图１．１邋Ｅｃｈｏ系列空间卫星逦图１．２充气式挡板支撑机构逡逑同时期，美宇航局进行了充气展开天线（ＩＡＥ）的试验如图１．３，其半径７邋ｍ逡逑的充气反射面通过３根长２８邋ｍ的充气杆撑住，整个装置总质量６０邋ｋｇ，但ＩＡＥ天逡逑线展开的并不稳定［３］。其后此实验室又同ＩＬＣ邋Ｄｏｖｅｒ公司研制的薄膜ＳＡＲ天线样逡逑机如图１．４，热固化薄膜开始应用到充气天线结构中，其面密度在１．６邋ｋｇ／ｍ２左右，逡逑形面精度保持在０．７邋ｍｍ上下范围［４１。逡逑图１．３邋ＩＡＥ充气天线［３］逦图１．４ＩＬＣＤ0ｖｅｒ薄膜天线［４］逡逑与此同时欧洲各联盟国按照他们的航空计划业研发出了各种展开结构［５］。此逡逑间德国宇航中心开展了邋Ｐ波段薄膜ＳＡＲ天线的试验，图１．５为三分之一大小的Ｐ逡逑波段薄膜ＳＡＲ天线［６］。逡逑W逡逑图１．５邋ＳＡＲ薄膜天线［６］逦图１．６邋ＲＯＳＡ太阳电池阵ｍ逡逑美国可展开空间系统（ＤＳＳ）开展了空间大功率电推进工程研宄，使用了薄逡逑膜负载和有更好热稳定表现的碳纤维复合材料薄管的展开结构，研宄并制造出了逡逑一种轻量化的ＲＯＳＡ邋（Ｒｏｌｌ邋Ｏｕｔ邋Ｓｏｌａｒ邋Ａｒｒａｙ）太阳电池阵样品机「８］，如图１．６所示。逡逑位于我国上海的宇航系统工程研宄所在进行空间柔性太阳电池展开机构

充气天线,天线,薄膜

空间卫星,充气式,支撑机构,挡板

１３邋？逡逑图１．１邋Ｅｃｈｏ系列空间卫星逦图１．２充气式挡板支撑机构逡逑同时期，美宇航局进行了充气展开天线（ＩＡＥ）的试验如图１．３，其半径７邋ｍ逡逑的充气反射面通过３根长２８邋ｍ的充气杆撑住，整个装置总质量６０邋ｋｇ，但ＩＡＥ天逡逑线展开的并不稳定［３］。其后此实验室又同ＩＬＣ邋Ｄｏｖｅｒ公司研制的薄膜ＳＡＲ天线样逡逑机如图１．４，热固化薄膜开始应用到充气天线结构中，其面密度在１．６邋ｋｇ／ｍ２左右，逡逑形面精度保持在０．７邋ｍｍ上下范围［４１。逡逑图１．３邋ＩＡＥ充气天线［３］逦图１．４ＩＬＣＤ0ｖｅｒ薄膜天线［４］逡逑与此同时欧洲各联盟国按照他们的航空计划业研发出了各种展开结构［５］。此逡逑间德国宇航中心开展了邋Ｐ波段薄膜ＳＡＲ天线的试验，图１．５为三分之一大小的Ｐ逡逑波段薄膜ＳＡＲ天线［６］。逡逑W逡逑图１．５邋ＳＡＲ薄膜天线［６］逦图１．６邋ＲＯＳＡ太阳电池阵ｍ逡逑美国可展开空间系统（ＤＳＳ）开展了空间大功率电推进工程研宄，使用了薄逡逑膜负载和有更好热稳定表现的碳纤维复合材料薄管的展开结构，研宄并制造出了逡逑一种轻量化的ＲＯＳＡ邋（Ｒｏｌｌ邋Ｏｕｔ邋Ｓｏｌａｒ邋Ａｒｒａｙ）太阳电池阵样品机「８］，如图１．６所示。逡逑位于我国上海的宇航系统工程研宄所在进行空间柔性太阳电池展开机构

【参考文献】