衛(wèi)星天線是用于航天通信的重要設(shè)備之一,隨著人類深空探測領(lǐng)域的進(jìn)程不斷加快,對于衛(wèi)星天線的頻率、精度等性能要求也越來越高,就需要衛(wèi)星天線必須朝著大口徑、輕量化、高精度的方向發(fā)展,而相對于傳統(tǒng)的固面天線而言,由于網(wǎng)狀可展天線大多數(shù)構(gòu)件為柔性拉索,因此它能夠在整體質(zhì)量保持輕量化的狀態(tài)下,實現(xiàn)大口徑的設(shè)計目標(biāo)以及高精度的設(shè)計要求。基于網(wǎng)狀可展天線的這些優(yōu)勢,使得它成為目前空間可展天線的主要研究熱點,具有十分廣闊的發(fā)展?jié)摿Α１疚脑诰W(wǎng)狀可展天線展開機(jī)構(gòu)設(shè)計完成的基礎(chǔ)上,將索網(wǎng)結(jié)構(gòu)作為研究對象,進(jìn)行了衛(wèi)星天線的索網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計與結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析、索網(wǎng)預(yù)應(yīng)力優(yōu)化分析、動力學(xué)分析、形面精度調(diào)整方法研究、索網(wǎng)結(jié)構(gòu)樣機(jī)加工與實驗等工作,具體包括以下部分:通過闡述拋物面天線的類別、正饋與偏饋的區(qū)別、四種網(wǎng)格劃分形式優(yōu)缺點,初步介紹了本文索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的初步形式。再結(jié)合展開機(jī)構(gòu)的特點,提出了多種索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的布置方案,并通過分析對比結(jié)構(gòu)內(nèi)部受力均勻性、簡化程度、結(jié)構(gòu)剛度、質(zhì)量等,確定了最優(yōu)的索網(wǎng)布置方案以及相應(yīng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)。進(jìn)行了索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型建模方法研究,闡述了節(jié)點矩陣、構(gòu)件向量矩陣的構(gòu)建方法,并利用Matlab編程的方法進(jìn)行了數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建。此外,根據(jù)索網(wǎng)結(jié)構(gòu)內(nèi)部拉索單元的受力情況以及拉索只受拉的特點,進(jìn)行了結(jié)構(gòu)的靜力平衡分析,并建立索網(wǎng)結(jié)構(gòu)平衡矩陣,結(jié)合平衡矩陣的穩(wěn)定性判別方法,確定了索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。在平衡矩陣的基礎(chǔ)上,采用遺傳優(yōu)化算法,進(jìn)行了索網(wǎng)結(jié)構(gòu)拉索預(yù)應(yīng)力優(yōu)化分析。通過Matlab編程,構(gòu)建了索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的有限元分析模型。在考慮支撐索網(wǎng)的拉索布置對結(jié)構(gòu)基頻的影響過程中,確定了最優(yōu)的支撐索網(wǎng)布置方法�？紤]到受調(diào)節(jié)拉索對支撐索的軸向變形影響,確定了支撐索預(yù)應(yīng)力的合理施加值。分析了預(yù)應(yīng)力、構(gòu)件尺寸、材料性能對索網(wǎng)結(jié)構(gòu)基頻的影響,找到了有效的結(jié)構(gòu)基頻改善方法。并在此基礎(chǔ)上,進(jìn)行了振型分析,驗證了索網(wǎng)結(jié)構(gòu)設(shè)計的可靠性。通過對形面調(diào)整方法的研究,擬定了對索網(wǎng)結(jié)構(gòu)樣機(jī)的調(diào)整步驟,并利用Matlab編程模擬調(diào)整計算,驗證了該方法的有效性與可行性。在索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的樣機(jī)搭建過程中,采用了先支撐索、其次拋物面索、后調(diào)節(jié)索的裝配流程,使得索網(wǎng)樣機(jī)能夠順利研制完成。并進(jìn)行了預(yù)應(yīng)力檢測實驗,驗證了索網(wǎng)結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力優(yōu)化結(jié)果的正確性。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：V414;V443.4
【部分圖文】：

網(wǎng)狀可展天線的發(fā)展現(xiàn)狀.1 國外的網(wǎng)狀可展天線發(fā)展按照展開背架的展開形式不同，可以將網(wǎng)狀可展天線分為 5 種類型的天線，分別如（1）徑向肋可展開天線[15]結(jié)構(gòu)一般如圖 1.1（a）所示。當(dāng)天線發(fā)射入軌以后，通機(jī)驅(qū)動展開，其展開形式如同雨傘的撐開一般。圖 1.1（b）所示的徑向肋天線由is 公司研制，包括了 18 根拋物線形管狀碳纖維肋，而索網(wǎng)結(jié)構(gòu)則連接在 18 根徑向間，天線口徑為 5m，收攏后的直徑為 0.9m，而由于肋不能夠折疊，所以天線收攏高度為 2.7m，接近于天線口徑的一半，結(jié)構(gòu)的整體質(zhì)量為 24kg。但令人遺憾的是天線部件間摩擦過大的問題[8]，該衛(wèi)星天線并沒有順利展開而宣布失敗。

天線的收納比得到提高。此外折疊肋天線的肋是直線型，索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的保形措施由肋上的支撐桿來決定，如圖1.2 所示，該天線總體質(zhì)量為 127kg[14]，口徑為 12m，折疊收攏狀態(tài)下的直徑是 0.86m，高度為 4.5m。圖 1.2 徑向折疊肋可展天線

2016 年 6 月 24 日，在由洛克希德-馬�。↙ockheed Martin）制造的新一代的安全通星 MUOS-5 上，搭載了兩顆 Harris 公司制造的徑向肋天線，用于支持傳統(tǒng)功能和新UOS 功能，口徑分別為 5.4m 和 14m，如圖 1.3 所示，并于 2016 年 10 月 30 日在指星軌道成功展開工作。
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本文編號：2882634