一種含V型桿的剪式可展開天線的動(dòng)力學(xué)建模與優(yōu)化.pdf

1、由于現(xiàn)代社會(huì)對(duì)信息傳遞的需求迅猛增加，而衛(wèi)星是信息傳遞的重要中繼站，因而迫切需要增大星載天線的口徑。然而受制于運(yùn)載火箭的有限空間與載重量，大型天線只能以折疊態(tài)裝入火箭中發(fā)射，到達(dá)軌道之后再展開，即所謂空間大型可展開天線。各國(guó)因空間大型可展開天線廣闊的應(yīng)用前景而大力發(fā)展相關(guān)技術(shù)。由于較高的設(shè)計(jì)要求和加工制造要求，我國(guó)空間大型可展開天線暫時(shí)停留在預(yù)設(shè)計(jì)階段，同時(shí)，研究重點(diǎn)在于機(jī)構(gòu)的可展開性和展開動(dòng)力學(xué)分析。因此，本文提出一種新型的天線展開機(jī)

2、構(gòu)的概念設(shè)計(jì)，對(duì)其建立動(dòng)力學(xué)模型并優(yōu)化。
　　本文提出一種閉環(huán)單自由度、包含一組V型桿和剪叉機(jī)構(gòu)的基本展開單元機(jī)構(gòu)。由于在閉環(huán)中設(shè)計(jì)了V型桿，該機(jī)構(gòu)可應(yīng)對(duì)空間極端熱效應(yīng)。剪叉機(jī)構(gòu)在增大剛度的同時(shí)，用轉(zhuǎn)動(dòng)副替代了滑動(dòng)副，大大降低了加工制造和養(yǎng)護(hù)難度。針對(duì)提出的基本可展開單元機(jī)構(gòu)進(jìn)行方案分析，建立運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，分析其自由度、奇異性，探討其多種組合方式。
　　在此基礎(chǔ)上，本文針對(duì)所提出的機(jī)構(gòu)方案進(jìn)行了展開動(dòng)力學(xué)研究，分別建立了展開過

3、程中的剛性和柔性的多體動(dòng)力學(xué)模型。由于該機(jī)構(gòu)單元為多閉環(huán)單元，動(dòng)力學(xué)建模非常困難。在剛體動(dòng)力學(xué)建模時(shí)，為回避復(fù)雜的單元內(nèi)力計(jì)算，本文采用凱恩方法建模。通過該模型，在給定輸出桿（可任?。┻\(yùn)動(dòng)規(guī)律情況下（因?yàn)闄C(jī)構(gòu)是單自由度，已知任一桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律則其余桿的運(yùn)動(dòng)規(guī)律都可求得），可求出每一時(shí)刻的對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)力，可用于控制展開過程。在柔體動(dòng)力學(xué)建模時(shí)，采用了剛?cè)狁詈戏ń?，在給定驅(qū)動(dòng)力規(guī)律時(shí)，可以求出末端的位移、速度和加速度。該模型清晰地了解到機(jī)構(gòu)在力

4、的作用下的顫抖，對(duì)于機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)有很大的指導(dǎo)意義。同時(shí)，可作為進(jìn)一步分析如空間熱效應(yīng)、鉸鏈間隙等非線性因素的基礎(chǔ)。
　　分析完展開過程，本文通過有限元方法對(duì)機(jī)構(gòu)完全展開之后的靜剛度與動(dòng)剛度進(jìn)行了研究,因?yàn)橥耆归_之后環(huán)形桁架的性能決定了天線工作的精度、穩(wěn)定性與可靠性。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合前述研究，綜合了各方面性能、造價(jià)等多種因素，對(duì)整個(gè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了參數(shù)化結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)優(yōu)化設(shè)計(jì)，得到一組最佳設(shè)計(jì)參數(shù)。此外，基于以上研究?jī)?nèi)容，總結(jié)出了一些關(guān)于空間