大型天線反射面保型與機(jī)電綜合優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、在國(guó)家重大基礎(chǔ)科研（國(guó)防973）項(xiàng)目的支持下，基于前人的工作，本文對(duì)大型反射面天線的保型設(shè)計(jì)與機(jī)電綜合優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行了研究。完成的主要工作和取得的成果如下：
　　1.為了減小賦形曲面天線在各個(gè)工作仰角的彈性變形對(duì)電性能的不利影響，提出了一種分段擬合與副面補(bǔ)償方法。首先，采用標(biāo)準(zhǔn)拋物線對(duì)賦形面的母線數(shù)據(jù)進(jìn)行分段擬合，通過(guò)旋轉(zhuǎn)得到一組標(biāo)準(zhǔn)拋物環(huán)面。其次，用該組拋物環(huán)面吻合天線在各個(gè)仰角時(shí)的變形主面，同時(shí)保證各拋物環(huán)面的焦點(diǎn)落在設(shè)計(jì)理論面

2、的焦線段上，得到一組主面吻合參數(shù)。最后，根據(jù)主副面之間的匹配關(guān)系，得到了天線在各個(gè)仰角時(shí)的副面調(diào)整參數(shù)。
　　2.基于電磁場(chǎng)與結(jié)構(gòu)位移場(chǎng)的場(chǎng)耦合理論模型，研究了反射面天線的機(jī)電綜合拓?fù)鋬?yōu)化問(wèn)題。提出了大型天線背架結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化的基結(jié)構(gòu)確定方法。該部分討論了場(chǎng)耦合分析模型的分析方法和計(jì)算流程，并指出將拓?fù)渥兞恳霗C(jī)電綜合優(yōu)化模型時(shí)帶來(lái)的問(wèn)題。進(jìn)而以背架結(jié)構(gòu)的尺寸和拓?fù)渥兞恳约案泵嫜a(bǔ)償量為設(shè)計(jì)變量，以天線電性能為目標(biāo)，同時(shí)考慮天線的自重

3、和強(qiáng)度等約束，建立了反射面天線的多工況機(jī)電綜合拓?fù)鋬?yōu)化模型。
　　3.采用機(jī)電綜合拓?fù)鋬?yōu)化模型對(duì)某65m口徑的反射面天線進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，得到了改進(jìn)的結(jié)構(gòu)方案，提高了天線的電性能。計(jì)算結(jié)果表明，采用機(jī)電綜合拓?fù)鋬?yōu)化方法可使口徑場(chǎng)的相位誤差分布趨于合理，在保證天線增益不下降的情況下，可明顯降低副瓣電平。
　　4.桿系結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果中，往往出現(xiàn)桿件的交叉現(xiàn)象，給結(jié)構(gòu)的制造和裝配帶來(lái)工藝上的不便。為此，本文提出一種避免交叉現(xiàn)象的拓

4、撲優(yōu)化方法。根據(jù)節(jié)點(diǎn)和桿件單元的幾何位置信息，采用Heaviside函數(shù)將是否出現(xiàn)交叉的判斷準(zhǔn)則表示為桿件橫截面積的連續(xù)函數(shù)。將交叉約束以連續(xù)函數(shù)的形式加入拓?fù)鋬?yōu)化模型，從而便于采用成熟的數(shù)學(xué)規(guī)劃法求解該問(wèn)題。
　　5.針對(duì)現(xiàn)有離散變量結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法在解決大型工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題上的不足之處，提出一種新的離散變量結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法。采用帶有罰因子的光滑函數(shù)逼近階梯函數(shù)，將離散變量?jī)?yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)化為連續(xù)變量?jī)?yōu)化問(wèn)題。通過(guò)調(diào)整罰因子的取值，保證設(shè)計(jì)變