本文關(guān)鍵詞：星載天線反射器在軌熱振動分析及控制

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【摘要】：星載天線工作在地球空間軌道環(huán)境中時,由于存在地球陰影的遮擋,在進(jìn)出軌道陰影區(qū)域時,不可避免的會導(dǎo)致外熱流的突變進(jìn)而產(chǎn)生劇烈變化的瞬態(tài)溫度場,引發(fā)熱振動現(xiàn)象,而這種熱振動會影響天線性能的穩(wěn)定。本文結(jié)合相關(guān)的熱——結(jié)構(gòu)響應(yīng)理論,從熱靜力學(xué)和非耦合動力學(xué)理論兩方面對星載天線展開分析研究。根據(jù)熱—結(jié)構(gòu)耦合分析理論,本文采用順序耦合方式,由于這種耦合場分析方式要求模型具有匹配性,而借助I-DEAS腳本語言可有效完成天線結(jié)構(gòu)分析有限元模型和熱分析有限元模型之間的重構(gòu),達(dá)到分析目的。首先使用I-DEAS軟件對星載天線進(jìn)行在軌熱分析,得到其溫度場；然后借助ANSYS軟件將溫度場數(shù)據(jù)加載到天線的結(jié)構(gòu)分析模型中,來進(jìn)行相應(yīng)的結(jié)構(gòu)分析�；跓犰o力學(xué)理論,分析了天線一個軌道周期中不同計算位置點的在軌溫度場分布以及變形場結(jié)果,得出了衡量天線性能的型面RMS值的大小。采用非耦合動力學(xué)理論,對星載天線由日照區(qū)進(jìn)入陰影區(qū)引發(fā)的熱振動現(xiàn)象進(jìn)行了分析,并給出天線的各向振動結(jié)果曲線圖,研究了其振動規(guī)律�；谀壳翱臻g結(jié)構(gòu)熱振動控制主要采用被動控制的現(xiàn)狀,本文提出一種新的采用主動控制的解決思路,并簡要介紹其控制理論,最后采用控制程序?qū)μ炀�結(jié)構(gòu)的熱振動現(xiàn)象進(jìn)行有效抑制,給出對其不加控制和施加主動控制后的結(jié)果對比圖,從而驗證這種方法的可行性和有效性。
【關(guān)鍵詞】：星載天線 熱—結(jié)構(gòu)耦合 熱分析 結(jié)構(gòu)分析 熱振動 振動控制
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V443.4
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-15
• 1.1 星載天線概述9-10
• 1.2 空間環(huán)境下的熱振動現(xiàn)象10-11
• 1.3 空間結(jié)構(gòu)的熱分析研究進(jìn)展11-13
• 1.3.1 空間結(jié)構(gòu)的相關(guān)熱分析研究方法11-12
• 1.3.2 空間環(huán)境的熱分析相關(guān)研究進(jìn)展12-13
• 1.4 星載天線的熱分析研究意義13-14
• 1.5 本文的主要工作14-15
• 2 空間環(huán)境的熱分析理論15-25
• 2.1 空間環(huán)境15-17
• 2.1.1 真空15
• 2.1.2 空間低溫15
• 2.1.3 微重力15-16
• 2.1.4 空間熱源16-17
• 2.2 空間環(huán)境中的主要換熱方式17-19
• 2.2.1 熱輻射17-18
• 2.2.2 輻射角系數(shù)18-19
• 2.2.3 熱傳導(dǎo)19
• 2.3 熱分析有限元法19-22
• 2.3.1 熱分析的控制方程19-20
• 2.3.2 熱分析過程的有限元推導(dǎo)20-22
• 2.4 空間軌道熱分析22-25
• 2.4.1 軌道參數(shù)22-23
• 2.4.2 星載天線溫度場計算理論23-25
• 3 星載天線的在軌溫度場及熱變形的計算25-45
• 3.1 空間軌道熱分析軟件25-26
• 3.2 導(dǎo)熱建模26-27
• 3.2.1 單元CG導(dǎo)熱法26-27
• 3.2.2 單元中心導(dǎo)熱計算方法27
• 3.3 輻射建模27-29
• 3.3.1 陰影檢測28
• 3.3.2 誤差判據(jù)28
• 3.3.3 輻射傳熱28-29
• 3.3.4 輻射單元29
• 3.4 熱控涂層29-30
• 3.5 熱——結(jié)構(gòu)耦合分析30-36
• 3.5.1 熱應(yīng)力與熱變形30-32
• 3.5.2 星載天線的熱——結(jié)構(gòu)耦合關(guān)系32-33
• 3.5.3 星載天線模型及太空熱源假設(shè)33-34
• 3.5.4 有限元模型重構(gòu)34-36
• 3.6 結(jié)果分析36-45
• 3.6.1 星載天線溫度場結(jié)果分析37-41
• 3.6.2 星載天線熱變形結(jié)果分析41-45
• 4 星載天線的熱振動分析45-55
• 4.1 熱振動理論45-49
• 4.1.1 熱彈性動力學(xué)方程46
• 4.1.2 考慮變形時的熱傳導(dǎo)方程46
• 4.1.3 熱彈性耦合46-47
• 4.1.4 邊界耦合47-48
• 4.1.5 熱振動分析的理論模型48-49
• 4.2 星載天線的在軌熱振動49-55
• 4.2.1 星載天線由日照區(qū)進(jìn)入陰影區(qū)的溫度場分析50-52
• 4.2.2 星載天線的熱振動響應(yīng)分析52-55
• 5 星載天線熱振動現(xiàn)象的主動控制研究55-67
• 5.1 模型預(yù)測控制(MPC)55-58
• 5.2 新型快速模型預(yù)測控制(NFMPC)58-63
• 5.2.1 Newmark-β法的顯式表達(dá)形式58-61
• 5.2.2 NFMPC的實施機(jī)理61-63
• 5.3 星載天線熱振動的主動控制63-67
• 5.3.1 NFMPC法在星載天線熱振動控制中的應(yīng)用63-64
• 5.3.2 結(jié)果對比64-67
• 結(jié)論67-68
• 參考文獻(xiàn)68-70
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況70-71
• 致謝71-72

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：760516