索肋張拉式折展天線機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析.pdf

1、衛(wèi)星天線是空間通信、電子監(jiān)控、跟蹤與數(shù)據(jù)中繼等衛(wèi)星上必不可少的重要裝備。隨著航天科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)大口徑、輕質(zhì)量、高精度的折展天線需求迫切。索肋張拉式折展天線機(jī)構(gòu)綜合了張拉整體機(jī)構(gòu)和傳統(tǒng)折展機(jī)構(gòu)特性，具有構(gòu)型簡(jiǎn)單、質(zhì)量輕、易展開(kāi)、剛度高等優(yōu)點(diǎn)。本文以索肋張拉式折展天線機(jī)構(gòu)為研究對(duì)象，開(kāi)展了折展天線工作原理與運(yùn)動(dòng)學(xué)分析、柔索布局設(shè)計(jì)與穩(wěn)定性分析、動(dòng)力學(xué)建模與分析、機(jī)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面的研究工作，具體如下：
　　基于肋式天線和

2、張拉整體機(jī)構(gòu)特點(diǎn)，本文提出了一種新型索肋張拉式折展天線機(jī)構(gòu)。介紹了天線機(jī)構(gòu)的組成和展開(kāi)原理，建立了運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。分析了天線機(jī)構(gòu)的位移、角速度、角加速度等運(yùn)動(dòng)學(xué)特性，為后續(xù)天線機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及柔索布局提供了理論基礎(chǔ)。
　　本文對(duì)天線機(jī)構(gòu)進(jìn)行了柔索布局設(shè)計(jì)與穩(wěn)定性分析。基于運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，分析了拉索長(zhǎng)度變化規(guī)律，通過(guò)考慮額外動(dòng)力源、運(yùn)動(dòng)干涉及幾何對(duì)稱(chēng)性等因素，給出了柔索的初始布局方案。在此基礎(chǔ)上，基于桿系結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性判定方法，拓展梁、索單元平衡方程

3、，根據(jù)穩(wěn)定性分析要求，構(gòu)建并分析了天線機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性模型，經(jīng)分析該天線機(jī)構(gòu)屬于靜不定、動(dòng)定結(jié)構(gòu)，不存在機(jī)構(gòu)位移，是幾何穩(wěn)定的。
　　該天線在展開(kāi)鎖定后變?yōu)橛伤?、梁?jiǎn)卧M成的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，力學(xué)性能較為復(fù)雜，屬于剛?cè)狁詈舷到y(tǒng)。本文采用APDL(ANSYS Parametric Design Language)建立了天線機(jī)構(gòu)的有限元模型，對(duì)其進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，得到了天線機(jī)構(gòu)的固有頻率、振型。并通過(guò)綜合考慮幾何對(duì)稱(chēng)性、受力形式、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、固有頻

4、率等因素，優(yōu)選出了48根索的布局方案。基于模態(tài)疊加法分析了天線機(jī)構(gòu)的諧響應(yīng)性能，驗(yàn)證了模態(tài)分析的正確性。研究了材料性能、構(gòu)件尺寸等參數(shù)對(duì)天線機(jī)構(gòu)固有頻率的影響，給出了提高固有頻率的方法，為天線機(jī)構(gòu)參數(shù)的選擇提供了理論依據(jù)。
　　本文以結(jié)構(gòu)質(zhì)量和1階固有頻率為目標(biāo)函數(shù)，以中心支撐桿直徑、主肋桿直徑、上肋桿直徑、下肋桿直徑和拉索直徑5個(gè)參數(shù)為設(shè)計(jì)變量，建立了參數(shù)優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型?；贐P(Back Propagation)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型和