新型固面可展开天线的结构设计与优化

发布时间：2020-03-27 23:07

【摘要】：可展开天线在卫星通信、地面观测、广播系统、空间探测等领域发挥着巨大的作用。而固面可展开天线具有型面精度高、刚度强度好、结构稳定等特点,成为当今人们研究的热点。本文旨在设计一种新型的固面可展开天线,分析其在自重载荷、简谐载荷等条件下的机械性能,并对其进行优化。本文的主要内容如下:1.给出了天线反射面划分的一般过程并得到了划分参数的一般公式。通过该公式以及给定的数据得出了天线反射面划分的最终结果。接着,提出了一种全新的展开原理,并基于该原理设计出了一种全新的展开装置。对天线进行详细的设计,包括反射面背架、展开机构、底座、捆绑装置、锁定装置的设计。最后用Solidworks天线的完整三维模型。2.对天线进行运动学分析,并对天线展开过程进行速度规划,防止其发生冲击。对展开过程中的干涉与碰撞情况进行分析,绘制出面板背架的容纳空间,并得到将在以后章节所要用到的三个设计变量的取值范围。3.用ANSYS软件分别建立起天线的展开态与收拢态的有限元模型。对天线的展开态进行静力学分析、模态分析;对天线的收拢态进行模态分析与简谐振动分析。将有限元分析的各项结果与相应的设计指标对比,从而确定该设计是否满足要求。4.建立起天线的优化模型,用ANSYS软件进行第一次优化分析,得到最优的模型,并对该模型的不足进行改进,再对改进后的模型进行第二次优化,得到最终的最优模型。本文建立起了天线的几何模型,并成功地处理了展开过程中的干涉与碰撞情况。在进行有限元分析后,得出该模型变形过大、过于笨重,不能满足设计指标。进行优化设计后模型的质量大大减小,结构强度和结构刚度显著提高,满足设计指标。对改进后的模型进行优化后,在满足设计指标的情况下,天线的质量进一步减小。
【图文】：

会大幅减小。一个直径为4.9m的模型其收拢后的直径和高度分别为2.15 m和1.8 m，如图 1.2 所示。图1.2 太阳花天线由日本东芝公司和日本宇宙航空研究开发机构（NASDA）联合研制的改进型太阳花天线，在面板与面板、面板与中心毂之间使用更为复杂的铰链，，该天线具有更佳的收纳率。直径为 15m的改进型太阳花天线模型收拢后，其直径与高度分别为 4.4 m和 6.6 m，与最初的太阳花天线相比其结构更为复杂，如图 1.3 所示。

图1.1 RadioAstron 天线 TRW 公司率先研制的 Sunflower，该天线由铰接在在中心毂上的 6 块邻主面板之间的 6 对中间面板组成。相邻两个面板之间也通过铰链相板背靠背地折叠在中心毂的前面。该天线没有良好的收纳率，收拢后减小。一个直径为4.9m的模型其收拢后的直径和高度分别为2.15 m和2 所示。图1.2 太阳花天线
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN823

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本文编号：2603523