径向肋式索网天线设计与型面主动控制研究

发布时间：2020-09-03 20:04

　　 随着对天线口径的要求逐渐趋于大型化,质量轻、收纳比高、且结构易于大型化的索网可展开天线逐渐成为人们的首选。径向肋式可展开索网天线具有形式简单、结构稳定、展开可靠性高等特点,是目前国际上在轨卫星所采用的天线的主要形式之一,而国内对此类天线的研究依然较少。本文针对径向肋式索网天线进行了深入研究,并主要从以下几个方面展开分析:首先,本文提出了一种径向肋式索网天线的结构设计方案。参考周边桁架式索网天线的结构形式,设计了一种由径向肋、反射面索网、以及背部张拉索网系统构成的径向肋式索网天线。采用最小均方根值确定法设计了反射面索网与背部索网的网格,考虑到径向肋式索网天线的边界条件的特殊性,设计了边界拉索系统以保证索网结构的受力均匀性。为使索网天线的节点能够稳定在设计的位置,本文以极小范数法为基础展开研究了径向肋式索网天线的预紧力设计方法,并结合变区间逐步搜索法与有约束优化方法求得能使天线维持力学稳态的一组可行解。由于径向肋式索网天线反射面索网与背部索网缺乏对称性,其设计结果并不理想,因此采用了混合找力分析法重新规划天线背部索网的节点,根据非线性规划法同时求解天线背部索网构型以及使天线维持稳定的最为均匀的一组索力。由于索网结构同时具有几何非线性与拉压不同模量的本构非线性的特征,本文结合参变量变分原理,采用两节点等参索单元法对索网天线进行有限元建模,解决了索网松弛分析的问题。索网天线在轨运行过程中,会受到诸多外界环境因素干扰,巨大的温差变化会严重影响天线反射面的型面精度。本文基于空间系统热模块对索网天线进行了在轨热力学分析,结合有限元算法,分析了索网天线结构在轨运行过程中的热荷载变化的特性及其对索网结构的影响。为保证天线在轨运行过程中,在受到诸多外界环境因素的影响下依然能维持较高的索网反射面型面精度,本文提出了一种在径向肋下表面铺设MFC作动器的主动控制方案。通过调整作动器的驱动电压控制索网天线径向肋结构的变形,进而实现控制索网反射面型面精度。采用影响系数矩阵法,以型面均方差最小为目标建立索网天线反射面主动控制优化模型,并通过有约束线性规划方法设计了求解作动器驱动电压的最优控制律。并进一步验证了基于MFC作动器的主动控制方案的可行性。
【学位单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：V443.4

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本文编号：2811898