大口径可展抛物面天线支撑桁架结构优化设计及性能研究

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在航天工业的发展过程中,对深空的探索需要尺寸更大的空间结构。由于运载火箭的空间有限,宇航结构大多需要折叠起来,在发射运载的过程中,收纳于整流罩内。当进入指定轨道后,航天器在展开,进入工作状态。可展天线结构,一直是可展结构最常见的一大部分,无论是军事领域,还是航天、信息等领域,可展天线结构都有着广泛的应用。一方面,目前的应用需求对可展天线结构的尺寸要求越来越大,另一方面,火箭等运载工具的运载能力有限,不可展的天线无法满足需求,因此,本文提出一种新的抛物面天线支撑桁架可展结构,并展开相关研究。首先,拟合本文所设计的抛物面天线结构的工作表面,在此基础上,参考大跨空间结构的设计理念,以及现有抛物面天线的模块化设计,提出一种三肋单元,组网得到六边形网格。建立基本单元的拓扑图模型,选择基本单元的构型方案。进行几何建模,采用分层次拓扑并投影的方法,建立结构的几何模型。动力学分析,是结构优化设计和动力设计的重要分析手段。对于天线结构,其结构设计、展开控制、驱动等多方面对天线的支撑桁架结构进行动力学分析,有利于掌握天线系统的动力学特性,从而为天线结构的优化、展开过程的控制、驱动系统的设计给予参考。建立有限元模型后,在自由模态和约束模态两种工况下进行模态分析,得到结构的固有频率和振型,分析变化规律及振型的特点,进行参数分析,给出提高固有频率的方法。模态分析初步验证了结构的可行性。在此基础上,需要设计每个模块的基本肋单元,保证整体能展开和收拢。对支撑机构具体杆件的尺寸进行设计,通过解析法和数值模拟的方法,对机构进行运动学研究。同时,基于装配式天线,提出一种新的收纳率计算方法,大大提高了结构的收纳效率。
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