网状反射面可展开天线型面划分方法的评价

简要介绍了目前常用的4种网状反射面天线型面划分方法的原理;鉴于这些网格划分方法划分结果缺乏统一的评价标准,从实际加工制造和型面网格均匀程度的角度出发,提出了衡量划分结果一致性的两个评价指标:杆件统一性和单元一致性;利用提出的两个评价指标对二次投影法、改进的三向网格法、迭代法及等弧投影法4种方法的划分结果进行了比较,结果发现采用改进的三向网格法和迭代法所得结果的杆件统一性指标优于其他方法,而采用等弧投影法所得结果具有较好的单元一致性。研究结果为网状反射面可展开天线型面划分提供重要的技术参考。     

基于四面体单元的新型可展机构自由度分析

基于3RR-3URU四面体单元构造对称和非对称两种可展组合单元机构,提出3UU-3URU四面体单元机构,并基于此单元构造可展组合单元机构,对这三种可展机构进行自由度分析。首先,基于拆杆等效法分析3RR-3URU四面体单元的自由度数目及性质,进一步将基本单元组合成对称组合单元和非对称组合单元两种形式,定义这两种组合单元的结构及需要满足的几何约束条件,并应用螺旋理论和G-K公式分析两种组合单元的自由度。其次,针对基于3RR-3URU构成的组合单元无法组网成大型可展天线机构的问题,提出3UU-3URU四面体单元及其组合单元机构,根据G-K公式得到其自由度数。最后,应用ADAMS仿真软件建立三种组合单元机构的仿真模型,对三种组合单元进行运动仿真,仿真结果验证其自由度分析的正确性。研究结果为四面体可展天线机构的设计与分析提供重要理论依据。     

大型可展开天线型面热变形近景摄影测量

为确保高精度可展开天线的在轨性能,验证设计、材料和工艺的可靠性,提出采用数字近景摄影测量技术在地面模拟环境下对可展开天线型面进行热变形测试。设计了人工测量与自动测量两种方案,主要采取了高低温环境下相机防护、耐高低温测量标志和极低膨胀长度基准尺等措施保证了大温差极端环境下的测量实施。结果表明,天线型面精度随温度的变化而变化,且三个测量循环的变化规律较为一致,均在+60℃温度节点时型面精度最差,其均方根误差(RMS)最大值达到了0.220mm(人工测量),但也满足了天线型面精度小于0.5 mm的技术设计指标要求。对于40℃和80℃的温差时,人工测量型面变形量的RMS分别为0.045 mm和0.083 mm,也分别满足了其天线型面变形量技术设计指标0.100 mm和0.150 mm的要求。同时验证了自动测量与人工测量测量结果的一致性,均能满足测量技术设计指标的要求,为高低温测量试验的自动化实现提供了一种可拓展性思路。     

模块化构架式空间可展天线支撑桁架展开精度测量与分析

为研究金属网面式可展天线支撑桁架对反射器表面形面精度的影响,开展模块化构架式空间可展天线支撑桁架展开精度测量试验及分析研究,根据支撑桁架的结构特点,基于机器人学基本理论,建立关键节点空间数学模型,设计悬吊随动式微重力展开试验装置,采用数字近景摄影测量原理,对支撑桁架的展开精度进行测量试验,并从支撑桁架的形面精度、重复展开精度和关键节点误差等3个方面进行分析。试验结果表明:支撑桁架上关键节点的均方根误差(RMSE)值较小,由关键节点构成的曲面其形面精度较高;支撑桁架在多次重复展开试验中,关键节点中最大误差小于1 mm,结构展开的一致性较好;完全展开后,关键节点的实测值与理论值接近,支撑桁架的制造及安装精度较高。提出的测量和分析方法为其他类型金属网面式可展天线支撑桁架展开精度的研究提供了借鉴和参考。     

花瓣式可展天线的结构分析

针对一种多刚体空间机构——花瓣式可展天线的花瓣数、每个花瓣的刚板数和结构参数的关系进行了分析研究。首先,根据空间机构自由度的计算公式,对不同情况下机构的自由度进行了计算,确定了每个花瓣的刚板数。然后,利用折叠状态下各刚板的几何关系,对各刚板的宽度进行了分析。最后,计算了该可展结构折叠状态时的体积,再利用各结构参数与体积的关系,分析比较后得到了可展结构的花瓣数。通过分析确定了花瓣式可展天线的多个结构参数。     

被动输入过约束四面体可展天线机构动力学分析

建立了一种由3RR-3RRR四面体单元组成的被动输入过约束可展天线机构的动力学模型,分析了驱动元件(扭簧)的数量、刚度、初始压缩量对机构展开运动的影响。基于3RR-3RRR四面体单元组成的可展机构的结构特点和空间坐标变换关系建立了机构展开/收拢过程中各构件质心位置与机构展开角之间的关系,得到了各构件的速度解析表达式。根据机构自由度性质,将机构展开/收拢过程中构件的运动分为平移运动、定轴转动、平面运动和复合运动四类。为便于建立3RR-3RRR四面体单元组成的被动输入过约束可展机构的动力学模型,进一步将构件的复合运动分解为平面运动和沿该平面法线方向的平移运动。基于拉格朗日法建立了单元可展机构3RR-3RRR和组合可展机构3(3RR-3RRR)-3RRR-3RRR的动力学模型,得到了机构中扭簧刚度与机构展开角之间的表达式,并讨论了扭簧刚度和数量对机构展开运动的影响。基于ADAMS仿真软件建立了3(3RR-3RRR)-3RRR-3RRR被动输入过约束可展机构的仿真模型,通过添加不同数量、不同刚度的扭簧对机构进行了动力学仿真分析,并讨论了扭簧初始压缩量对机构展开运动的影响,仿真结果验证了理论分析...     

大口径可展天线结构设计综述与展望

分析了大口径空间可展天线的发展现状及趋势,对可展开天线按照展开结构不同进行分类。总结了可展开天线的设计研究方法和建模、仿真方法,对无重力实验方法、控制理论进行了概括。对国内的研究现状进行分析,提出适合我国当前研究现状的大口径可展天线方法。     

某车载固面可展开天线反射体结构建模与分析

某车载6.3 m口径固面可展开天线反射体由瓜瓣面板、背架、展开机构、底座和固定面支撑梁组成。根据不同结构与可展开机构部件的特点,建立了天线反射体有限元模型,开展了模态分析、自重载荷力学分析和风力载荷分析。仿真结果有效揭示了天线反射体模态与型面精度的变化情况,指出了可展开特性带来的反射体周向刚度较弱的问题,可为后续的结构设计与机构集成提供指导。     

精确直线可展机构及其动力学分析

将Hart直线机构和剪叉机构相结合,提出一种仅含转动副的直线可展单元,并设计得到一种精确直线可展机构。根据机构结构学分析理论,阐述可展机构的模块化组成原理,将机构的组成分解为底部模块、中部模块和顶部模块,3种模块均由直线可展单元构成;对单个直线可展单元进行运动学建模,结合机构的模块化组成原理,推导得到任意模块间的运动学递推关系,求解得到多层模块条件下机构的整体运动学模型,运用Lagrange方程构建机构的整体动力学模型;以3层可展机构为例,对其进行动力学数值计算和虚拟仿真,验证所建运动学和动力学模型的正确性和有效性。通过给定末端执行器的输出运动规律,求解得到机构所需的驱动力矩,结果表明：末端执行器为正弦加速度曲线时,机构在整个工作周期内无冲击,运动稳定性好。     

筝形直线可展机构及其动力学分析

将筝形直线机构与剪叉机构结合,提出一种仅含转动副的筝形直线可展单元,并设计得到一种筝形直线可展机构。根据机构结构学分析理论,阐述了筝形直线可展机构的模块化组成原理,并将其分解为外部模块和中间模块,两种模块均由筝形直线可展单元构成;对单个的筝形直线可展机构进行运动学建模,结合其模块化组成原理,得到相邻模块间的运动学递推关系,并以此为基础,运用Lagrange方法建立筝形直线可展机构整体动力学模型;以6层可展机构为例,对其进行动力学数值计算和虚拟仿真,通过设置末端执行器的输出运动规律,求解得到机构所需的驱动力矩,验证所建运动学和动力学模型的正确性和有效性。研究结果表明:当末端执行器的输出运动规律为正弦加速度曲线时,机构在整个运动过程中稳定性好,无冲击影响。     

星载可展开有源相控阵天线结构的研究进展

星载可展开有源相控阵天线作为空间通信、电子侦察、导航、环境监测等卫星系统的"眼睛"和"耳朵",通过空间可展开结构实现较大的物理口径,利用有源相控阵体制实现独立控制多个点波束,克服了传统机械扫描天线的诸多缺点,已成为宇航领域的关键装备之一。总结星载有源相控阵天线发展历程,分析星载有源相控阵天线的结构形式、性能要求及应用情况,阐述国内外研究现状,并对其涉及的七项关键结构技术做了概要解析,探讨星载可展开有源相控阵天线结构领域的未来研究方向。     

可展星载天线的三维造型与展开过程的运动仿真

利用VRML(Virtual—Reality Modeling Language)成功地对展开天线的Hexapod A,Hexapod B,SHDF、VLD、Packtruss等展开单元的展开过程进行仿真,并完成了由四边形展开单元围成周边式桁架可展开天线的动画仿真。动画仿真的过程表明利用VRML进行动画仿真具有三维建模便捷,仿真效果美观逼真的优点。仿真结果对展开天线的设计具有一定的参考价值。     

结构优化在空间可展开天线中的应用及展望

空间可展开天线是航天领域发展的重要方向,具有重大战略意义和重要经济社会价值。首先,对结构优化技术、面向增材制造的拓扑优化与点阵填充等先进轻量化设计技术的应用进行综述;然后,根据典型使用环境和设计要求,着重介绍近年来结构优化技术在空间可展开天线零部件结构优化和馈源阵支撑结构概念设计中的典型应用案例;最后,考虑未来空间超大口径及高精度可展开天线的设计需求,对先进轻量化设计技术的应用前景进行展望。结构优化技术与设计经验相结合,正在推动设计理念的创新,将成为先进航天器设计的核心工具和必备的标准流程。     

空间可展机构弹性动力学特性研究

将多级剪刀机构与复式螺旋机构组合,提出了一种新型的径射状可展天线伸展机构。采用动力有限元法建立空间可展天线伸展机构的单支机构动力学模型,采用振型叠加法对该机构进行弹性动力学分析。分析后发现,各阶固有频率随展开角度的不断变大会发生交叉,得出了天线展开速度、结构参数对系统稳定性的影响规律。为研究可展机构振动稳定性条件提供必要的参考数据,并为该天线的伸展机构设计与结构参数优化提供了依据。     

环形桁架天线展开动力学分析

基于Lagrange动力学方程,考虑天线系统动能、索网弹性势能、重力势能及系统耗散能等,建立了环形桁架天线展开过程的动力学模型。根据构建的动力学模型,给定预设驱动,对其进行正动力学分析,对天线的完整展开过程进行仿真分析。扭簧和电机拉动绳索联合驱动实现了天线的展开,研究了扭簧驱动及电机拉动绳索驱动的参数变化对天线展开过程的影响。研究结果可为天线的展开过程提供指导。     

空间凸轮-螺旋组合式折叠翼面展开机构设计及其运动特性分析

提出新型空间凸轮—螺旋组合式折叠翼面展开机构,分析其工作原理,确定其相关技术参数。基于解析法与反转法,对折叠翼面展开机构的功能执行部件———空间圆柱凸轮机构进行了运动规律设计和包括凸轮槽道廓线、压力角及廓线曲率半径的设计,建立了折叠翼面展开机构展开运动学理论模型并进行了求解,结果证明折叠翼面展开机构符合设计要求,其运动规律设计正确。     

星载柔性可展桁架结构的模态试验与分析

对于基频小于2Hz的小卫星柔性可展结构,因为普通的锤击测试法只能激发出柔性结构的局部模态,很难激发出整体模态。针对文中描述的小卫星柔性可展桁架结构,提出一种新颖的模态测试方法:采用绳索-柔性弹簧的重力卸载系统消除重力对模态的影响。利用绳索在19个花盘处同时进行重力卸载,并在吊索中部安装柔性弹簧避免对花盘产生附加刚度;将柔性可展结构分别置于水平、竖直两个方向进行模态试验,采用超低频激振系统进行激励,并利用激光位移传感器采集试验数据,提高了试验结果的准确性。试验结果表明:竖直悬吊方式更为准确,并将试验数据与有限元分析结果对比分析,结果显示两者较为接近,从而验证了试验方法的准确性。