索网天线是航天任务发展中提出的一类新型大型挠性航天结构,对于高分辨率电子侦察、高质量卫星通信等空间任务具有十分重要的意义。该类天线结构具有质量轻、收纳率高、适应口径范围大等优点,是一种理想的星载可展开天线结构形式。然而,其形面精度是天线性能的主要影响因素。在天线的设计、制造和在轨飞行阶段,存在多种因素影响着天线的形面精度。由于这类天线结构具有形状与内力相互耦合、位移与应变呈非线性关系等特征,开展其形面误差特性分析是一项极具挑战的难题,目前国内外关于高精度网面构形确定理论和系统形面误差分析方法的相关资料尚不多见。本文针对未来空间任务对更大口径、更高精度索网天线的迫切需求,从理论分析、数值仿真和地面实验三个方面,系统地开展了星载大型索网天线结构网面构形理论、非线性动力学建模、形面误差分析等研究。论文的主要工作概括如下:1.研究了索网天线结构网面构形确定的基本理论问题,在此基础上提出了索网天线结构高精度网面构形确定方法。(1)通过全面分析影响索网结构最终网面构形的各种因素,如网面几何拓扑形式、边界连接条件和网面构形确定准则等,构建了复杂索网结构网面设计与构形确定的理论基础。(2)将竖向张力索的张力等价为外力,提出了索网天线结构网面构形确定的基本方法;在此基础上,考虑环形支撑桁架结构的挠性特征,提出了计及桁架变形影响的精确网面构形确定方法;进一步以天线整体结构为对象,提出了适用于主焦和偏置抛物面天线的高精度整体构形确定方法。(3)针对所提出的循环对称法、拓扑映射法等网面构形确定新方法,开展了相应的数值仿真分析。结果表明:循环对称法适合于生成任意多边形分块的网面构形;拓扑映射法适合于生成不同网格密度的三角形分块网面构形;而计及桁架变形影响的精确网面构形确定方法适合于高工作频段索网天线的网面构形生成。2.研究了索网天线整体结构的非线性动力学建模问题。(1)采用几何非线性有限元方法,分别推导了含内张力绳索和含内压力桁架杆的非线性单元模型,较好地考虑了结构内力对刚度矩阵的影响。(2)按照从单元到部件、再从部件到系统的建模思路,建立了含内力的大型索网天线结构的几何非线性动力学模型。(3)分析了索网天线结构的动力学特性及其影响因素。结果表明:提高网面内张力可使天线结构刚度增大,固有频率提高;而考虑桁架结构中内压力的影响后,天线结构的整体频率有所降低。3.研究了索网天线结构的形面误差分析方法问题。(1)针对绳索变化引起的天线形面误差问题,提出了张紧索网模型和张紧桁架模型两种计算模型。其中,张紧索网模型考虑了绳长变化引起的网面内张力变化,具有较高的计算精度;而张紧桁架模型相对简单,具有更高的求解效率。(2)针对在轨飞行条件引起的网面变形问题,提出了两种变形预测方法,包括基于有限元模型的迭代方法和基于整体切线刚度模型的迭代方法。研究表明:基于有限元模型的迭代方法能够准确地预测多种空间载荷作用下天线整体结构的变形,但计算过程较为复杂;而基于整体切线刚度模型的迭代方法无需进行有限元组集,求解过程相对容易,但仅适用于单独的索网结构。(3)利用所提出的计算模型和方法,开展了初始绳长制造误差和在轨飞行条件引起的形面误差数值仿真分析。结果表明:初始绳长制造误差会造成天线形面精度一定程度的下降;空间环境因素中,地球非球形摄动力等摄动载荷对天线结构形面精度的影响极小,可忽略不计,而热载荷是显著影响天线形面精度的一项重要因素;航天器飞行状态变化(如快速轨道机动等)对天线形面精度也有较大影响。4.开展了索网天线结构网面变形特性的实验研究。(1)依据所提出的网面构形确定方法,设计并建造了口径为1.225m的索网天线结构件,并建立了索网天线结构变形测量实验系统;(2)开展了索网天线结构的形面精度测量实验及网面变形测量实验。实验结果表明:索网天线结构件的形面精度测量值与设计指标吻合较好,表明了所提出网面构形确定方法的有效性;天线结构网面变形测量值与预测值之间的相对误差较小,从而验证了所提出的变形预测模型的正确性。通过上述研究,为索网天线这类大型复杂挠性航天结构的网面构形确定、动力学特性分析以及形面误差特性研究提供了理论与方法,也为星载大型索网天线结构的设计、制造及应用提供了理论依据和技术支持。