伞天线肋展开机构的精度与热稳定性分析与研究

发布时间：2020-05-26 01:25

【摘要】：随着我国航天事业的蓬勃发展,越来越多的卫星被发射到太空中以服务于人类。然而太空环境比较恶劣,随着星载天线的在轨运行,相对于太阳和地球的位置和姿态不断变化,其温度场也在不断变化,由于空间中这种极大温差的存在,引起结构变形,严重影响天线的工作精度。针对这一问题的存在,本文以伞天线肋展开机构为研究对象,对其展开精度以及在轨工作时的热稳定性进行分析和研究。首先,分析了影响伞天线展开精度的主要误差源,即尺寸加工误差和间隙配合公差。采用Monte Carlo法进行误差综合,分析含间隙转动副接触点的分布规律,构建了加工尺寸以及间隙配合的有效误差公式,建立含间隙和杆长误差的有效杆长模型及机构误差模型。分析和简化展开机构模型,建立尺寸链以确定各误差源对展开精度的影响。利用D-H法,综合考虑尺寸加工误差和间隙配合公差的耦合效应,建立各误差源对H面展开角度精度敏感性的数学模型。其次,对伞天线所在轨道空间进行热理论分析,阐述了太空中主要传热方式,工作状态下伞天线收到的温度载荷主要来自太阳辐射热、地球辐射热和地球反照热,根据其所在轨道相关参数,计算温度场,为之后的有限元热分析提供了理论依据。最后,根据伞天线在轨运行实际情况,取最低温和最高温两种工况对展开机构模型进行热-结构耦合分析,得到展开精度热变形量和结构热应力。通过精度和热稳定性分析,对公差和构件材料的重新分配具有一定指导意义,提高设计效率,通过理论和仿真分析,大大降低了试验成本,提高空间机构工作可靠性。
【图文】：

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-5-b) HJ-1-C 卫星 6 米构架式天线反射器图 1-2 中国空间技术研究院西安分院设计的可展开天线科学技术研究院西安分院成功研制出了大口径伞状可展以及大型四面体构架式可展开天线的原理样机，如图 1-2单层、双层环形桁架式、四面体单元构架式和六棱柱单伸展臂等可展机构的原理样机，完成了对其组网形式及和优化、动力学、热特性等分析研究，并通过设计相关业大学对环形可展天线也有相关研究，同时完成了径射展开过程分析以及模态特性等分析研究；西安电子科技开天线，同时在环形可展天线索网动力学分析、控制、

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学和地面卸载实验方法等研究上取得了一定的进展，此外获得了大量基于古典的新型的可展机构，如基于 Bennett 机构、Myard 机构、三叉 Bricard 机构等针的组网方式及其形成的可展机构进行了大量研究工作，研制出了索杆式空间伸、模块化构架式可展开机构等多个原理试验样机。而发达国家航天事业起步较早，经过几十年的发展，在空间可展开天线技术已经取得了可观的研究成果。F. Escrig，R. Calladine，S. Pellegrino，C. Gante针对可展结构提出了不同的定义，阐述了理论分析方法，并将理论与实践结合诸于实际应用。美国航空航天局(NASA)在 1970 年的时候，就把空间展开天线国家发展规划，从理论分析和应用生产等方面进行了系统的研究，并在 1974 年出直径为 9.1m 的缠绕肋天线(WRA)，跟随 ATS-6 卫星一起发射，到轨后成功展 1989 年成功研制并发射了 TDRS 卫星；而在 1990 年，美国 TRW Astro Aeros司在通讯卫星(Thuraya)应用了环形桁架可展天线；在 2000 年，，美国 Harris 公司出直径为 5m 的刚性肋天线(RRA)，应用在 ACES 卫星上；在 1997 年，美国发两颗大型军事情报卫星，其中一颗展开面积堪比足球场。
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN823;V443.4

【参考文献】