环向张拉弹性肋可展结构概念与初步分析

发布时间：2021-06-22 21:29

　　针对反射面型面精度有较高要求的空间可展天线,设计出一种环向张拉弹性肋可展结构,通过可展桁架的变形实现结构的展开与收纳。展开状态下,环向索与反向张力索的拉力使弹性肋发生弯曲变形,将反射面分割为含有曲线边界的网格,从而提高反射面型面精度。结构具有较高的对称性,将反射面支撑结构部分的整体受力机理简化为单根大变形梁横向力作用下的弯曲变形问题,便于对天线型面进行精度的优化设计。采用遗传算法,以可展天线结构可能达到的型面精度为目标函数,对其几何参数及索力分布进行数值优化,并对设计变量的影响效果进行分析。结果表明:采用变截面梁作为弹性肋对型面误差的降低较为有效,反射面型面精度与天线焦径比、弹性肋数目等因素有关。 

【文章来源】：载人航天. 2020,26(01)北大核心CSCD

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

环向张拉弹性肋可展结构概念模型

展开状态下,可展天线结构中的弹性肋受到拉索的张拉,通过优化设计可近似变形为反射抛物面上的曲线。图1所示的弹性肋与环向索将反射面分割为若干小型曲面四边形网格,每个网格拥有拉索定义的直线边界与弹性肋定义的曲线边界(图2(a))。与仅由直线边界(图2(b))定义的传统索网可展天线结构相比,曲线边界减少网格的划分数量,更加适用于大口径可展天线的工程实践[12-13]。此外,弹性肋自身具有一定结构抗弯刚度,与传统索网可展天线结构相比,可提高结构整体基频。辐射状六边形可展桁架具有良好拓扑性能,可将此结构用于模块化可展结构体系,进一步增大高精度空间天线的口径。日本宇宙航空研究开发机构(Japan Aerospace Exploration Agency,JAXA)在VSOP-2项目中曾提出弹性肋可展天线结构方案[14-15]。本文提出的结构具有更高对称性,其张力阵的设计及弹性肋与可展桁架之间的受力机理有别于以往结构,大大简化了结构的找型与优化过程。

环向张拉弹性肋可展结构包括:反射面支撑结构、反射面以及可展桁架结构等(图3)。支撑结构由环向索、弹性肋以及反向张力阵等组成。1)无应力状态下,平直的弹性肋具有一定抗弯刚度,呈辐射状倾斜布置,与中心花盘节点铰接,具有1个转动自由度;相邻弹性肋之间由若干柔性索段相连,由于弹性肋具有高度对称性,索段首尾相连,近似呈环状;反向张力阵将弹性肋与可展桁架相连接,在反向张力阵与环向拉索的张力作用下,弹性肋发生弯曲变形,共同组成天线反射面的支撑系统。


本文编号：3243561