【摘要】：隨著空間技術(shù)的發(fā)展,作為地球遙感的重要工具,衛(wèi)星系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要性不言而喻。而衛(wèi)星通信天線系統(tǒng)是衛(wèi)星控制信號(hào)及數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹匾侄?其設(shè)計(jì)及可靠性直接關(guān)乎衛(wèi)星與地面站之間通信的成敗。星載天線指向機(jī)構(gòu)是天線系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu),其任務(wù)是在與地面站建立通訊過程中隨衛(wèi)星運(yùn)轉(zhuǎn)不斷調(diào)整天線指向,使天線始終指向地面站接收天線,配合天線系統(tǒng)完成與地面的通信。衛(wèi)星在軌期間,天線執(zhí)行機(jī)構(gòu)需長時(shí)間間歇往復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn),因此對整個(gè)天線執(zhí)行系統(tǒng)的長壽命和可靠性提出較高的要求。本文結(jié)合中科院國家空間中心項(xiàng)目“星載小型高可靠指向機(jī)構(gòu)”的研發(fā),完成兩種天線負(fù)載(拋物面天線和圓錐喇叭天線)指向機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。提出了一種免潤滑的二維指向機(jī)構(gòu),方案簡單可靠,且通過改變與天線負(fù)載的接口便能承載多種小型天線負(fù)載。針對拋物面天線負(fù)載,開展了指向機(jī)構(gòu)及負(fù)載的力學(xué)和空間溫度場仿真;針對圓錐喇叭天線負(fù)載,完成指向機(jī)構(gòu)及負(fù)載的地面力學(xué)環(huán)境以及熱真空環(huán)境模擬試驗(yàn)。本文重點(diǎn)對以下幾個(gè)部分進(jìn)行研究:(1)根據(jù)衛(wèi)星總體的技術(shù)要求,同時(shí)考慮航天器產(chǎn)品設(shè)計(jì)的特殊性,完成兩種天線(拋物面天線和圓錐喇叭天線)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的機(jī)械結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)。其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單,實(shí)現(xiàn)了免潤滑、免維護(hù),擺脫了傳統(tǒng)潤滑劑對系統(tǒng)的影響,在實(shí)現(xiàn)指向機(jī)構(gòu)功能的基礎(chǔ)上大大提高指向機(jī)構(gòu)的可靠性和壽命。利用CATIA軟件建立機(jī)構(gòu)的三維模型,通過Hypermesh與ANSYS聯(lián)合仿真,計(jì)算機(jī)構(gòu)的靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)特性,并依據(jù)仿真結(jié)果確定了最終設(shè)計(jì)方案。(2)考慮軌道空間溫度在±90℃之間頻繁變化的工作環(huán)境,采用被動(dòng)熱控措施對指向機(jī)構(gòu)進(jìn)行熱控設(shè)計(jì),確保指向機(jī)構(gòu)工作時(shí)各部件的溫度在熱控指標(biāo)之內(nèi)。利用Thermal Desktop軟件對處于空間環(huán)境下的指向機(jī)構(gòu)外熱流進(jìn)行計(jì)算,以及在軌溫度場進(jìn)行仿真模擬。仿真結(jié)果顯示,采取被動(dòng)熱控措施后的天線指向機(jī)構(gòu)在不同軌道工況下,各組成構(gòu)件的溫度均能滿足熱控要求,熱控方案合理。(3)依據(jù)項(xiàng)目時(shí)間節(jié)點(diǎn)要求,完成圓錐喇叭天線指向機(jī)構(gòu)物理樣機(jī)的試制。采用鈦合金表面離子滲氮處理工藝實(shí)現(xiàn)指向機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)部件的免潤滑,根據(jù)摩擦學(xué)理論,分析指向機(jī)構(gòu)的失效機(jī)理并推導(dǎo)關(guān)鍵部件免潤滑軸承的失效模型。由軸承的失效模型設(shè)計(jì)加速壽命試驗(yàn)方法,確定試驗(yàn)的加速因子和應(yīng)力水平。最后確定試驗(yàn)的測試參數(shù)和機(jī)構(gòu)發(fā)生失效的依據(jù)。(4)根據(jù)項(xiàng)目試驗(yàn)要求,制定力學(xué)試驗(yàn)和熱真空試驗(yàn)方案。探討空間冷焊發(fā)生的機(jī)理。在空間科學(xué)中心環(huán)境模擬試驗(yàn)室完成圓錐喇叭天線指向機(jī)構(gòu)的力學(xué)環(huán)境試驗(yàn)(沖擊試驗(yàn)、正弦振動(dòng)試驗(yàn)及隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn))、熱真空試驗(yàn)、抗冷焊試驗(yàn)以及加速壽命試驗(yàn)。結(jié)果顯示機(jī)構(gòu)在各種典型模擬環(huán)境工況下均能工作正常,未出現(xiàn)功能異常等情況,滿足設(shè)計(jì)使用要求。
【圖文】：

第 1 章 緒論涅夫應(yīng)用力學(xué)科學(xué)研究生產(chǎn)聯(lián)合體)的產(chǎn)品。下面簡要介紹不同國家遙感衛(wèi)星天線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的制造商。（1）MOOG 公司產(chǎn)品MOOG 公司成立于 1951 年，總部位于紐約，主要設(shè)計(jì)和生產(chǎn)航天器及工業(yè)用的各類精密液壓和控制機(jī)構(gòu)。用戶包括 NASA、TRW、Lockheed Martin、Hughes、Loral、Aleatel 等航天公司。在 NASA 每一個(gè)航天器上，幾乎都有該公司生產(chǎn)的電機(jī)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。美國氣象遙感衛(wèi)星 NOAA（圖 1.1）和日本遙感衛(wèi)星 ADEOS 的星間鏈路天線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中使用的標(biāo)準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)組件（RIA，rotary incremental actuators）型號(hào)為 Type.5，是 MOOG公司在軌應(yīng)用最廣泛的產(chǎn)品系列，應(yīng)用于多個(gè)航天器的天線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、光學(xué)儀器驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、展開機(jī)構(gòu)和帆板驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)等，產(chǎn)品外形如圖 1.2 所示，其技術(shù)參數(shù)如表 1.1 所示。

第 1 章 緒論涅夫應(yīng)用力學(xué)科學(xué)研究生產(chǎn)聯(lián)合體)的產(chǎn)品。下面簡要介紹不同國家遙感衛(wèi)星天線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的制造商。（1）MOOG 公司產(chǎn)品MOOG 公司成立于 1951 年，總部位于紐約，，主要設(shè)計(jì)和生產(chǎn)航天器及工業(yè)用的各類精密液壓和控制機(jī)構(gòu)。用戶包括 NASA、TRW、Lockheed Martin、Hughes、Loral、Aleatel 等航天公司。在 NASA 每一個(gè)航天器上，幾乎都有該公司生產(chǎn)的電機(jī)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。美國氣象遙感衛(wèi)星 NOAA（圖 1.1）和日本遙感衛(wèi)星 ADEOS 的星間鏈路天線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)中使用的標(biāo)準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)組件（RIA，rotary incremental actuators）型號(hào)為 Type.5，是 MOOG公司在軌應(yīng)用最廣泛的產(chǎn)品系列，應(yīng)用于多個(gè)航天器的天線驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、光學(xué)儀器驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、展開機(jī)構(gòu)和帆板驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)等，產(chǎn)品外形如圖 1.2 所示，其技術(shù)參數(shù)如表 1.1 所示。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：V443.4

【參考文獻(xiàn)】

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