一种新型有源相控阵天线结构方案

为满足高性能有源相控阵天线的新要求,文中提出了一种具有索桁组合背架与并联驱动装置的创新结构设计方案。建立了该结构方案的有限元模型,通过施加自重、温度、风等外载荷,对天线结构进行了静力学分析。以阵面自重最优为目标,应用序列线性规划法,通过优化索、杆截面尺寸,得到了一组结构方案。与传统方案相比,新方案在保证阵面精度的前提下,型面变形得到了改善,背架总重减少约40%。     

基于改进力密度法和非线性有限元法的索-膜-桁架天线形态优化设计

索-膜组合结构预张力会通过边界索力作用到支撑桁架上导致桁架变形，桁架变形又会改变索-膜组合结构的边界形状和预张力分布，这是索-膜-桁架之间的力-形耦合问题。针对索-膜-桁架天线中普遍存在的这种力-形耦合问题，提出了基于改进力密度法和非线性有限元法的形态优化设计方法进行解决。首先推导了索-膜组合结构的改进力密度平衡方程，利用力密度迭代方法确定边界固定时的索-膜组合结构初始形态，作为形态优化的初始值。然后推导了索-膜-桁架组合结构的非线性有限元平衡方程，并以索和薄膜预张力为设计变量、薄膜反射面的最佳拟合形面精度为优化目标、索-膜组合结构不松弛或褶皱为约束条件建立形态优化模型。最后通过对某口径5米索-膜-桁架天线和某口径20米的偏置索-膜-桁架天线进行形态优化设计仿真，验证了提出方法的有效性。设计完成的某口径5米的索-膜-桁架天线，实物模型测量取得了预期结果。