大型空间天线在轨展开动力学与控制方法研究

发布时间：2021-07-01 15:06

　　随着各国陆续开展载人航天、空间科学通信以及深空探测等重大航天科技工程,空间天线作为太空与地面的信息交互平台已经成为一个研究的热点问题。研究表明随着天线口径的增大,其信号增益和有效传播距离将会成倍增加。但是受限于发射器的容量限制,空间天线大多设计成可展开形式。天线展开过程中的多体动力学分析仿真对天线展开成败有着至关重要的影响,因此,本文将会对一种大型空间天线展开前后的动力学问题和展开过程控制方法进行研究,为新型空间天线的发展奠定坚实的基础。天线与卫星本体之间是通过可展支撑臂相连,在天线展开之前首先是支撑臂的展开,支撑臂是一种细长结构,在展开过程中会产生一定的柔性,不可避免地将会引起振动等现象的发生。因此本文采用了一种新颖的柔体动力学建模方法—绝对节点坐标法,对天线支撑臂进行建模,分析其展开过程中的动力学性能,对一些现象进行预测并提出改进方案。天线支撑臂展开之后将会是天线反射器的展开过程,反射器包含刚性桁架、柔性索网系统以及驱动装置等部分,是一个典型的多体系统。对反射器的展开过程进行动力学建模是一个核心问题,本文基于拉格朗日多体系统动力学方程,建立了系统的动力学微分方程。另外,采用优化算法... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

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空间可

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文-4-天线的种类多种多样，工作任务的不同决定了采取何种类型的天线。根据反射面类型的不同，将空间可展天线分为三类[16,17]：固面可展天线、可充气式天线和金属网状反射面天线，下面对这三类天线分别展开介绍。第一类是由中心柱和若干展开固面瓣组成的固面可展天线，能够满足工作频率超过40GHz的任务需求，其构型展开过程如图1-4所示。由于该类天线在展开过程中只需要将各固面瓣拼接，不涉及构型的变化，因此其型面精度非常高。但是，也正是因为各固面瓣不涉及构型变化，该天线折叠时的体积非常大，展收比小，质量大，受限于航天发射器的尺寸限制，其口径一般不会超过10m，因此其不适宜用作大型空间天线。图1-4固面天线的展开过程美国的TRWSunflower是最早的固面可展天线概念[18]，设计于1984年，如图1-5a)所示。该天线由19个固面瓣组成，口径为4.9m，收拢/展开直径比为0.44，其展开过程非常简单，只需要通过转动副来实现各个瓣之间的展开与收拢。俄罗斯曾在2011年7月发射过一枚频谱-R（Spektr-R）卫星，搭载的就是RadioAstron固面可展天线[19]，由27个固面瓣组成，口径达到10m，可以在半小时内展开，其实物模型如图1-5b)所示。a)美国TRWSunflower固面可展天线[18]b)俄罗斯RadioAstron固面可展天线[19]图1-5固面可展天线应用案例第二类是可充气式天线。通过向柔性密闭材料中充入一定量的气体，使材料

固面可展


本文编号：3259363