針對反射面型面精度有較高要求的空間可展天線,設(shè)計出一種環(huán)向張拉彈性肋可展結(jié)構(gòu),通過可展桁架的變形實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的展開與收納。展開狀態(tài)下,環(huán)向索與反向張力索的拉力使彈性肋發(fā)生彎曲變形,將反射面分割為含有曲線邊界的網(wǎng)格,從而提高反射面型面精度。結(jié)構(gòu)具有較高的對稱性,將反射面支撐結(jié)構(gòu)部分的整體受力機理簡化為單根大變形梁橫向力作用下的彎曲變形問題,便于對天線型面進(jìn)行精度的優(yōu)化設(shè)計。采用遺傳算法,以可展天線結(jié)構(gòu)可能達(dá)到的型面精度為目標(biāo)函數(shù),對其幾何參數(shù)及索力分布進(jìn)行數(shù)值優(yōu)化,并對設(shè)計變量的影響效果進(jìn)行分析。結(jié)果表明:采用變截面梁作為彈性肋對型面誤差的降低較為有效,反射面型面精度與天線焦徑比、彈性肋數(shù)目等因素有關(guān)。 

【文章來源】：載人航天. 2020,26(01)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：6 頁

【部分圖文】：

環(huán)向張拉彈性肋可展結(jié)構(gòu)概念模型

展開狀態(tài)下,可展天線結(jié)構(gòu)中的彈性肋受到拉索的張拉,通過優(yōu)化設(shè)計可近似變形為反射拋物面上的曲線。圖1所示的彈性肋與環(huán)向索將反射面分割為若干小型曲面四邊形網(wǎng)格,每個網(wǎng)格擁有拉索定義的直線邊界與彈性肋定義的曲線邊界(圖2(a))。與僅由直線邊界(圖2(b))定義的傳統(tǒng)索網(wǎng)可展天線結(jié)構(gòu)相比,曲線邊界減少網(wǎng)格的劃分?jǐn)?shù)量,更加適用于大口徑可展天線的工程實踐[12-13]。此外,彈性肋自身具有一定結(jié)構(gòu)抗彎剛度,與傳統(tǒng)索網(wǎng)可展天線結(jié)構(gòu)相比,可提高結(jié)構(gòu)整體基頻。輻射狀六邊形可展桁架具有良好拓?fù)湫阅?可將此結(jié)構(gòu)用于模塊化可展結(jié)構(gòu)體系,進(jìn)一步增大高精度空間天線的口徑。日本宇宙航空研究開發(fā)機構(gòu)(Japan Aerospace Exploration Agency,JAXA)在VSOP-2項目中曾提出彈性肋可展天線結(jié)構(gòu)方案[14-15]。本文提出的結(jié)構(gòu)具有更高對稱性,其張力陣的設(shè)計及彈性肋與可展桁架之間的受力機理有別于以往結(jié)構(gòu),大大簡化了結(jié)構(gòu)的找型與優(yōu)化過程。

環(huán)向張拉彈性肋可展結(jié)構(gòu)包括:反射面支撐結(jié)構(gòu)、反射面以及可展桁架結(jié)構(gòu)等(圖3)。支撐結(jié)構(gòu)由環(huán)向索、彈性肋以及反向張力陣等組成。1)無應(yīng)力狀態(tài)下,平直的彈性肋具有一定抗彎剛度,呈輻射狀傾斜布置,與中心花盤節(jié)點鉸接,具有1個轉(zhuǎn)動自由度;相鄰彈性肋之間由若干柔性索段相連,由于彈性肋具有高度對稱性,索段首尾相連,近似呈環(huán)狀;反向張力陣將彈性肋與可展桁架相連接,在反向張力陣與環(huán)向拉索的張力作用下,彈性肋發(fā)生彎曲變形,共同組成天線反射面的支撐系統(tǒng)。


本文編號：3243561