靜電成形薄膜反射面天線形面綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、本文針對(duì)大口徑薄膜反射面天線的靜電成形機(jī)理,探討了不同因素對(duì)反射面成形的影響、建立了有限元模型并進(jìn)行了初步分析、提出了薄膜反射面的形面優(yōu)化方法、進(jìn)行了天線的電極布局優(yōu)化求解、設(shè)計(jì)并加工制作了靜電薄膜實(shí)驗(yàn)裝置。具體內(nèi)容如下:
　　1.針對(duì)靜電成形薄膜反射面天線的成形機(jī)理,推導(dǎo)了天線的有限元分析模型,分析了電極電壓、電極擊穿、膜材制造以及環(huán)境等因素對(duì)薄膜反射面成形的影響,探討了天線的多種電極分布形式,建立了三種薄膜邊界固定形式的有限元

2、模型,并分析了不同面力及不同溫度載荷作用下薄膜反射面的變形規(guī)律,明確了天線成形過(guò)程中的力學(xué)特性及影響機(jī)理,為后面章節(jié)的優(yōu)化設(shè)計(jì)奠定了理論基礎(chǔ)。
　　2.提出了以各電極的電壓為設(shè)計(jì)變量,以薄膜反射面有效口徑內(nèi)的精度為優(yōu)化目標(biāo)的天線形面優(yōu)化數(shù)學(xué)模型。給出了此模型的最小二乘求解策略,并結(jié)合算例分析了多種工況作用下天線的成形特點(diǎn),結(jié)果表明,此優(yōu)化方法及求解策略可以得到較好的反射面面形。
　　3.針對(duì)靜電成形薄膜反射面天線的邊界拉索形

3、式,提出了同時(shí)適用于天線最初設(shè)計(jì)階段和實(shí)際調(diào)整階段的邊界拉索調(diào)整方法。該方法是以邊界拉索的調(diào)整量為設(shè)計(jì)變量、以薄膜反射面有效口徑內(nèi)的精度為優(yōu)化目標(biāo)、以薄膜反射面的應(yīng)力狀態(tài)為約束函數(shù)的一種優(yōu)化調(diào)整方法,利用序列二次規(guī)劃法對(duì)其進(jìn)行求解。數(shù)值結(jié)果表明,經(jīng)過(guò)數(shù)次調(diào)整后的薄膜反射面形面精度有了明顯的提高。
　　4.針對(duì)靜電成形薄膜反射面的多電極控制機(jī)理,提出了一種電極布局優(yōu)化設(shè)計(jì)模型,即將電極布局和電壓同時(shí)作為設(shè)計(jì)變量,薄膜反射面有效口徑內(nèi)

4、的精度作為優(yōu)化目標(biāo),薄膜反射面的面內(nèi)應(yīng)力大于零且分布均勻(即薄膜不褶皺)作為約束函數(shù),進(jìn)而提出了這種同時(shí)包含連續(xù)變量和離散變量的問(wèn)題的數(shù)學(xué)處理方法,給出了最小二乘法與遺傳算法相結(jié)合的求解策略。算例表明,天線在經(jīng)過(guò)電極布局優(yōu)化后,能夠在滿足反射面面形精度的前提下,大幅度減小電壓通道數(shù)目。
　　5.設(shè)計(jì)并加工了0.55m口徑的靜電薄膜成形實(shí)驗(yàn)裝置以及薄膜反射面的裁剪模板與拼接模板,給出了薄膜反射面制作流程及薄膜粘貼工藝流程,為靜電成形