充气展开天线形面精度分析

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形面精度是决定充气展开天线反射器性能的一个关键因素,如果误差不在允许范围内,那么它会严重降低天线的增益,增加旁瓣电平。因此研究充气展开天线的形面精度,对结构及其与电性能的匹配设计具有非常重要的意义。本文使用有限元软件对充气展开天线的反射器进行了几何非线性分析,并利用数字摄影测量系统对其进行了试验研究,得到了形面精度随气压和裁剪方案变化的规律。对于大位移、大转角和小应变条件下的薄膜结构,在压力作用下变形到抛物面时,推导出其几何方程和平衡方程,即应变表达式应包括位移的二次项,平衡条件应建立在变形后的位形上。通过有限元分析,得抛物面的变形为“M”型。由位移计算出绝对误差的均方根误差(RMSa),得到气压与RMSa为非线性的变化关系,其关系图为通过控制气压来调节反射面的精度提供了依据。假设薄膜结构在压力作用下,变形后的曲面为二次曲面,而且其变形是轴对称的,根据边界条件,推导出偏斜误差的均方根误差(RMSs)与RMSa的关系式,得出当RMSa保持不变时,RMSs会随着半径的增大而减小的结论。根据鲁兹公式,分析了天线结构对天线电性能的影响,得天线增益下降系数会随着RMSa的增大而减小。对于给定的波长和增益,还可以根据鲁兹公式推算出其容许的RMSa。通过迭代确定了设计曲线,并且根据误差要求确定了最小迭代次数。我们已经初步建立了数字摄影测量系统,并且利用它测量了裁剪方案和气压对形面精度的影响。通过分析确定了精度较高时的工艺形式,从中可以看出粘接工艺和三角片的数量对精度都有较大影响。分析气压对形面精度的影响时,得到了精度较高时的充气压力范围。薄膜结构的初始形态的确定目前还是难点问题,本文根据形面精度随气压变化的规律,采用反算法初步确定了薄膜结构的初始形态,具有一定的创新性。
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