剪刀式径向可展开天线索网结构设计与分析

发布时间：2020-11-13 20:51

　　 卫星天线是用于航天通信的重要设备之一,随着人类深空探测领域的进程不断加快,对于卫星天线的频率、精度等性能要求也越来越高,就需要卫星天线必须朝着大口径、轻量化、高精度的方向发展,而相对于传统的固面天线而言,由于网状可展天线大多数构件为柔性拉索,因此它能够在整体质量保持轻量化的状态下,实现大口径的设计目标以及高精度的设计要求。基于网状可展天线的这些优势,使得它成为目前空间可展天线的主要研究热点,具有十分广阔的发展潜力。本文在网状可展天线展开机构设计完成的基础上,将索网结构作为研究对象,进行了卫星天线的索网结构设计与结构参数的确定、结构稳定性分析、索网预应力优化分析、动力学分析、形面精度调整方法研究、索网结构样机加工与实验等工作,具体包括以下部分:通过阐述抛物面天线的类别、正馈与偏馈的区别、四种网格划分形式优缺点,初步介绍了本文索网结构的初步形式。再结合展开机构的特点,提出了多种索网结构的布置方案,并通过分析对比结构内部受力均匀性、简化程度、结构刚度、质量等,确定了最优的索网布置方案以及相应的结构参数。进行了索网结构的数学模型建模方法研究,阐述了节点矩阵、构件向量矩阵的构建方法,并利用Matlab编程的方法进行了数学模型的构建。此外,根据索网结构内部拉索单元的受力情况以及拉索只受拉的特点,进行了结构的静力平衡分析,并建立索网结构平衡矩阵,结合平衡矩阵的稳定性判别方法,确定了索网结构的稳定性。在平衡矩阵的基础上,采用遗传优化算法,进行了索网结构拉索预应力优化分析。通过Matlab编程,构建了索网结构的有限元分析模型。在考虑支撑索网的拉索布置对结构基频的影响过程中,确定了最优的支撑索网布置方法。考虑到受调节拉索对支撑索的轴向变形影响,确定了支撑索预应力的合理施加值。分析了预应力、构件尺寸、材料性能对索网结构基频的影响,找到了有效的结构基频改善方法。并在此基础上,进行了振型分析,验证了索网结构设计的可靠性。通过对形面调整方法的研究,拟定了对索网结构样机的调整步骤,并利用Matlab编程模拟调整计算,验证了该方法的有效性与可行性。在索网结构的样机搭建过程中,采用了先支撑索、其次抛物面索、后调节索的装配流程,使得索网样机能够顺利研制完成。并进行了预应力检测实验,验证了索网结构预应力优化结果的正确性。
【学位单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：V414;V443.4
【部分图文】：

网状可展天线的发展现状.1 国外的网状可展天线发展按照展开背架的展开形式不同，可以将网状可展天线分为 5 种类型的天线，分别如（1）径向肋可展开天线[15]结构一般如图 1.1（a）所示。当天线发射入轨以后，通机驱动展开，其展开形式如同雨伞的撑开一般。图 1.1（b）所示的径向肋天线由is 公司研制，包括了 18 根抛物线形管状碳纤维肋，而索网结构则连接在 18 根径向间，天线口径为 5m，收拢后的直径为 0.9m，而由于肋不能够折叠，所以天线收拢高度为 2.7m，接近于天线口径的一半，结构的整体质量为 24kg。但令人遗憾的是天线部件间摩擦过大的问题[8]，该卫星天线并没有顺利展开而宣布失败。

天线的收纳比得到提高。此外折叠肋天线的肋是直线型，索网结构的保形措施由肋上的支撑杆来决定，如图1.2 所示，该天线总体质量为 127kg[14]，口径为 12m，折叠收拢状态下的直径是 0.86m，高度为 4.5m。图 1.2 径向折叠肋可展天线

2016 年 6 月 24 日，在由洛克希德-马丁（Lockheed Martin）制造的新一代的安全通星 MUOS-5 上，搭载了两颗 Harris 公司制造的径向肋天线，用于支持传统功能和新UOS 功能，口径分别为 5.4m 和 14m，如图 1.3 所示，并于 2016 年 10 月 30 日在指星轨道成功展开工作。
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本文编号：2882634