v.v随着空间科技的发展,空间结构的尺寸越来越大,对可展开结构提出了新的要求。为了提高可展开天线的刚度、强度,同时使天线的总重和体积不随天线口径的增大而增加,本文提出了一种双圈六面体环形桁架式可展开天线,对结构进行了可展开性判断、方案优化研究和展开过程中动力学分析,并在本实验室制作的缩比模型基础上,对其进行了改进设计,并加工制作了一个完全展开口径为4.2m的十八边双圈环形桁架式可展开天线。对双圈六面体环形桁架式可展开天线结构进行动、静力学计算的结果表明,这种结构具有较高的强度和固有频率,且随着天线口径的增大,天线总重量不会成比例地增加,满足大口径可展开天线的一些技术要求。可展开桁架结构是一类存在过约束的结构,杆件数量较多,几何拓扑复杂,本文在实验室已有的基于广义逆理论的可展开程序基础上,引入符号矩阵分析的方法,对结构的可展开性进行判断。结果表明,在求解方程时,利用广义逆理论,并引入符号矩阵,使得求解精度和求解速度都有一定的提高。针对无法展开的结构,在不减少其约束个数的情况下,可以直接求出合适的约束条件(或构件尺寸),使结构能够由初始形态展开到预定形态。该设计方法不需要人工干预,可以实现程序化。对于双圈六面体环形桁架式可展开天线,充分的缩比模型阶段分析对于足尺模型的相关特性研究是必需的。本文利用相似理论研究了模型与原型间的相似性关系,分析了双圈六面体环形桁架式可展开天线展开过程中驱动力与结构的固有频率特性,推导了利用缩比模型预测原型结构驱动力、结构频率的相似关系公式。展开过程动力学分析是大型可展天线研究的重要内容,本文采用多体系统动力学分析软件(ADAMS)进行仿真分析。首先建立双圈六面体大口径环形桁架式可展开天线的几何实体模型,考虑了可展天线的同步齿轮副、旋转副、套筒滑移副、固定副等约束,并通过用户子程序实现展开到位的锁止,进行了展开过程动力学分析,求得结构展开运动过程中节点的位移、速度、加速度和杆件对节点产生的作用力等,为空间可展开机构的设计、加工、控制和优化等方面提供了有益指导,并为驱动设置、展开过程控制及实验研究提供了理论指导。本文主要研究的双圈六面体环形桁架式可展开天线,兼具有结构和机构的特点,即发射阶段的折叠状态、在轨展开的机构运动状态、展开到位后的结构工作状态。对结构的节点强度、活动关节的运动灵活性、节点齿轮的同步约束、杆件的质量、强度、展开过程中摩擦力等方面都有较高的要求,为保证结构安全、可靠、顺利展开,在机械设计方面,提出了一些具体的优化结构设计方案,主要有:节点整体式设计;同步齿轮与杆件整体相连增加同步齿轮的约束效果;增加展开到位后的限位装置;增加扭簧驱动方式;优化活动关节设计和辊轮布置等。根据双圈环形桁架式可展开天线的有关技术指标,加工制作了一个完全展开口径为4.2m的十八双圈环形桁架式可展开天线缩比模型,实验证明在电机驱动下能顺利展开。