【摘要】：星載天線作為深空探索及通訊的重要航天器,其成像清晰度和指向穩(wěn)定性要求極高,在低外阻的空間環(huán)境下,天線反射面在進(jìn)行大幅動(dòng)態(tài)定位、指向跟蹤運(yùn)動(dòng)時(shí)被激發(fā)的非線性大變形極難耗散,形面精度的下降將極大地影響其成像/指向精度及穩(wěn)定性,因此研究天線反射面在動(dòng)態(tài)指向過程中的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)并對(duì)其進(jìn)行振動(dòng)控制具有極大的工程意義�，F(xiàn)階段天線反射面多采用性能優(yōu)異的層合復(fù)合材料,且其截面通常是拋物線形的,故本文將針對(duì)層合復(fù)合材料拋物反射面系統(tǒng)進(jìn)行考慮非線性因素的剛-柔耦合動(dòng)力學(xué)建模及研究。本文針對(duì)作大幅定位指向運(yùn)動(dòng)的層合復(fù)合拋物反射面系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模,同時(shí)著重研究非線性因素對(duì)其系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)性質(zhì)的影響。首先表達(dá)其非線性幾何特性,再利用Reddy高階剪切變形理論推導(dǎo)其非線性本構(gòu)關(guān)系式,在進(jìn)行有限元離散化后推導(dǎo)其運(yùn)動(dòng)學(xué)表達(dá)式,利用Hamilton變分原理建立考慮非線性因素的大幅定位指向運(yùn)動(dòng)下層合復(fù)合拋物殼天線系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型,并推導(dǎo)其非線性剛-柔耦合動(dòng)力學(xué)方程。從建立的非線性動(dòng)力學(xué)模型和實(shí)際工況出發(fā),通過搭建空間大幅定位指向運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)臺(tái)并加工層合/均質(zhì)復(fù)合材料拋物反射面模型,針對(duì)反射面模型展開動(dòng)態(tài)指向試驗(yàn)分析。首先對(duì)試驗(yàn)采集源數(shù)據(jù)進(jìn)行模態(tài)截?cái)酁V波,進(jìn)而擬合層合/均質(zhì)復(fù)合材料拋物反射面模型彈性變形曲線及試驗(yàn)/理論彈性變形曲線,驗(yàn)證建模過程中考慮層合結(jié)構(gòu)非線性本構(gòu)關(guān)系必要性,同時(shí)對(duì)建模過程中考慮的三種非線性因素及其耦合關(guān)系對(duì)星載天線成像/指向精度的影響進(jìn)行分析及驗(yàn)證。通過對(duì)層合復(fù)合拋物反射面模型的動(dòng)態(tài)指向算例分析驗(yàn)證本文所建模型的正確性和合理性,并進(jìn)行推廣。分別以數(shù)組不同截面投影函數(shù)、不同層合屬性的層合拋物反射面模型為研究對(duì)象,針對(duì)層合復(fù)合拋物反射面的截面拋物線投影函數(shù)、層合結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)非線性動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行算例分析,驗(yàn)證非線性幾何特性和非線性本構(gòu)關(guān)系對(duì)星載天線成像/指向精度的影響,進(jìn)一步驗(yàn)證動(dòng)力學(xué)方程的正確性與適應(yīng)性。最后做出總結(jié),簡(jiǎn)述研究的三種非線性因素及其耦合效應(yīng)對(duì)搭載層合復(fù)合拋物反射面的星載天線在大幅動(dòng)態(tài)指向過程中對(duì)其成像/指向精度的影響,為實(shí)際工程中星載拋物反射面天線的動(dòng)態(tài)定位、指向跟蹤等行為精度的提高提供理論依據(jù)和研究基礎(chǔ),同時(shí)為層合結(jié)構(gòu)拋物殼多柔體動(dòng)力學(xué)研究提供借鑒和參考。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN820;V443.4
【圖文】：

(2-8)和式(2-9)中，得出平行圓周曲率半徑coscpR (2-10)將式(2-10)代入式(2-8)，拋物反射面緯線曲率半徑為2 22 2 22 3sin1 sincoscm cR pR p Rp (2-11)由以上推導(dǎo)可得拋物回轉(zhuǎn)殼的拉梅常數(shù)為3cosmp R (2-12)sinsincoscpR (2-13)在本節(jié)中，根據(jù)拋物殼的投影函數(shù)進(jìn)行了數(shù)學(xué)分析，利用幾何關(guān)系推導(dǎo)出對(duì)拋物殼的拉梅常數(shù)，為之后利用拉梅常數(shù)進(jìn)行坐標(biāo)表達(dá)的推導(dǎo)（諸如層物殼構(gòu)關(guān)系的推導(dǎo)）和描述動(dòng)力學(xué)方程中的幾何非線性打下基礎(chǔ)。 層合復(fù)合拋物反射面的非線性本構(gòu)關(guān)系

a) 平移自由度 b) 旋轉(zhuǎn)自由度圖 3-1 試驗(yàn)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)原理圖如上圖 3-1 所示，三個(gè)平動(dòng)自由度由四組直線模組實(shí)現(xiàn)，其中： x軸方向負(fù)載較大、且對(duì)支持位置要求較高，故 x軸方向平動(dòng)部件為兩組平行分布的由聯(lián)軸器連接的直線模組組成；y 軸方向負(fù)載較大，在一組直線模組基礎(chǔ)上，添加一組導(dǎo)軌-滑塊支撐； z軸方向?yàn)閱谓M直線模組驅(qū)動(dòng)。該部分電機(jī)（脈沖型松下 交 流 伺 服 電 機(jī) ） 型 號(hào) 為 ： MSMJ042G1V ， 配 套 驅(qū) 動(dòng) 器 型 號(hào) 為 ：MBDKT2510CA1，如圖 3-2 所示。

自由度 b) 旋轉(zhuǎn)圖 3-1 試驗(yàn)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)原理圖示，三個(gè)平動(dòng)自由度由四組直線模組實(shí)位置要求較高，故 x軸方向平動(dòng)部件組組成；y 軸方向負(fù)載較大，在一組撐； z軸方向?yàn)閱谓M直線模組驅(qū)動(dòng)。該 ） 型 號(hào) 為 ： MSMJ042G1V ， 配 套如圖 3-2 所示。

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本文編號(hào)：2797693