隨著衛(wèi)星通信技術(shù)的不斷發(fā)展,人類對(duì)于天線精度的需求越來越高,這就使得星載天線的口徑和質(zhì)量逐漸增加。隨著材料科學(xué)的不斷發(fā)展,一種以碳纖維復(fù)合材料作為天線蒙皮的蜂窩夾層結(jié)構(gòu)逐漸被各大通信衛(wèi)星所應(yīng)用,碳纖維蒙皮蜂窩夾層結(jié)構(gòu)具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、抵抗熱變形能力強(qiáng)等特點(diǎn),能在高低溫周期性變化的太空環(huán)境環(huán)境中長(zhǎng)期服役。本文對(duì)碳纖維/鋁蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的熱變形及其型面精度進(jìn)行了計(jì)算研究。首先,根據(jù)蜂窩平面投影形狀及成型工藝,選取雙壁厚正六邊形蜂窩作為本反射器蜂窩的結(jié)構(gòu)形式,同時(shí)采用航天領(lǐng)域常用的硬鋁—5A02鋁合金作為蜂窩材料。由于蜂窩結(jié)構(gòu)復(fù)雜的力學(xué)和熱學(xué)特性,需要對(duì)蜂窩結(jié)構(gòu)進(jìn)行等效力學(xué)和熱學(xué)性能計(jì)算�；陔p壁厚Y模型等效理論,給出了各向同性蜂窩等效力學(xué)參數(shù)計(jì)算公式;根據(jù)ABAQUS有限元計(jì)算和S-P公式,在忽略空氣導(dǎo)熱和對(duì)流輻射的前提下,得出了蜂窩結(jié)構(gòu)等效熱導(dǎo)率在熱傳導(dǎo)和熱輻射耦合作用下的分析方法;根據(jù)體積混合原理,得出正六邊形雙壁厚蜂窩結(jié)構(gòu)等效比熱容的計(jì)算公式;利用ABAQUS有限元分析得出蜂窩等效熱膨脹系數(shù)與蜂窩芯材自身的熱膨脹系數(shù)的關(guān)系。其次,對(duì)反射器蒙皮材料M55碳纖維層合板在低溫-80℃、常溫和高溫120℃的力學(xué)性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試,包括:彈性模量、泊松比、面內(nèi)剪切模量和面外剪切模量,并得出M55層合板力學(xué)性能隨溫度的變化關(guān)系;對(duì)M55碳纖維層合板和5A02鋁合金的熱學(xué)性能在-80℃~120℃下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)定,包括:比熱容、熱導(dǎo)率和熱膨脹系數(shù),得出其熱學(xué)性能與溫度的響應(yīng)規(guī)律;將測(cè)出的蜂窩芯材的性能帶入到蜂窩等效理論中,得出了準(zhǔn)確的蜂窩等效參數(shù),包括:等效密度、等效比熱容、等效熱導(dǎo)率以及等效熱膨脹系數(shù),同時(shí)得出其在-80℃~120℃條件下的變化規(guī)律。最后,利用ABAQUS對(duì)反射器小尺寸瓜片模型進(jìn)行熱變形分析,并通過精度擬合得到小尺寸反射器的RMS值,通過與實(shí)驗(yàn)測(cè)量的RMS值相對(duì)比,得出實(shí)驗(yàn)測(cè)試值和模擬計(jì)算值的偏差,驗(yàn)證了蜂窩等效參數(shù)計(jì)算的準(zhǔn)確性;根據(jù)對(duì)型面精度影響因素的分析,包括:溫度梯度、熱膨脹系數(shù)、蜂窩高度、鋪層數(shù)量、膠層厚度和鋪層角度偏差,得出了蜂窩高度方向的熱膨脹系數(shù)為影響反射器精度的最主要因素,同時(shí)得到了最優(yōu)的反射器結(jié)構(gòu)。基于反射器實(shí)際裝配條件建立了全尺寸反射器有限元模型,得出反射器工作面裝配的埋塊和緊固件能夠有效減小工作面變形,通過精度擬合得到全尺寸反射器型面精度RMS值,說明本反射器具有良好抵抗熱變形能力和較高的型面精度。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN927.2
【部分圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文度梯度較大的溫度場(chǎng)。在確保天線反射器正常運(yùn)行的射器的熱變形和型面精度，熱載荷往往是作用于星載溫度梯度通常在-150℃~200℃之間，傳統(tǒng)材料和結(jié)構(gòu)內(nèi)很難保持較小的熱變形，所以越來越多的星載天線窩夾層結(jié)構(gòu)[4]，如圖 1-1 所示。

為了精確且高效的計(jì)算蜂窩夾層結(jié)構(gòu)反射器的熱變形，得出準(zhǔn)確的反射面精度，就需要對(duì)蜂窩結(jié)構(gòu)的力學(xué)進(jìn)行等效計(jì)算，即將蜂窩結(jié)構(gòu)視為正向異性實(shí)體；還需對(duì)蜂窩內(nèi)部的熱學(xué)性能做出準(zhǔn)確分析；最后需對(duì)反射型面精度做出精確擬合。目前國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)蜂窩等效理論、蜂窩內(nèi)熱特性分析以及反射器型面精度擬合進(jìn)行了研究。.1 蜂窩等效理論研究蜂窩結(jié)構(gòu)按照平面投影的形狀，可以分為正六邊形、矩形、菱形等，其六邊形蜂窩結(jié)構(gòu)耐拉壓、用量省并且制造簡(jiǎn)單，所以結(jié)構(gòu)效率最高，目對(duì)正六邊形蜂窩的研究較為成熟，因此應(yīng)用最為廣泛[10]，正六邊形蜂窩歸結(jié)為等壁厚和直板雙壁厚兩種形式，如圖 1-2 所示。蜂窩結(jié)構(gòu)的離散勻性給普通的力學(xué)分析帶來許多困難，因此對(duì)蜂窩芯層的等效分析顯得重要，國(guó)內(nèi)外學(xué)者通過對(duì)蜂窩夾層結(jié)構(gòu)宏觀性質(zhì)和細(xì)觀胞元的研究，形許多較為成熟的理論和數(shù)學(xué)模型。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文考慮了蜂窩夾芯胞壁的伸縮變形，使剛度矩陣不再奇異，但該窩胞元沒有和其他彈性模量的推導(dǎo)相結(jié)合；隨后趙金森[14]采用來表征蜂窩結(jié)構(gòu)，通過力學(xué)分析推導(dǎo)出等壁厚蜂窩等效參數(shù)，法研究正六邊形蜂窩的面內(nèi)力學(xué)參數(shù)，并通過有限元實(shí)體建模結(jié)果精確度很高；但根據(jù)蜂窩制造工藝可知，實(shí)際成型的蜂窩向上的兩邊厚度是其他四邊厚度的兩倍，所以必然導(dǎo)致蜂窩芯異性的影響增強(qiáng)且不可忽略，胡玉琴[15]對(duì)基于 Y 模型的等效公，得出了蜂窩在橫向和豎向上的剪切模量不相等的結(jié)論，并給窩結(jié)構(gòu)的等效公式，等壁厚和雙壁厚的 Y 模型如圖 1-3 所示。厚蜂窩等效和胡玉琴的雙壁厚蜂窩等效是目前應(yīng)用最廣的兩種

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 富明慧;徐歐騰;陳譽(yù);;蜂窩芯層等效參數(shù)研究綜述[J];材料導(dǎo)報(bào);2015年05期

2 王志;;碳纖維復(fù)合材料的智能復(fù)合反射鏡技術(shù)研究[J];長(zhǎng)春理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2013年06期

3 王博;陳友偉;石云峰;;多層級(jí)蜂窩材料的面內(nèi)模量缺陷敏感性[J];復(fù)合材料學(xué)報(bào);2014年02期

4 樊卓志;孫勇;段永華;郭中正;饒帥;;金屬蜂窩板參數(shù)對(duì)其傳熱性能的影響[J];材料導(dǎo)報(bào);2013年08期

5 劉紹然;許忠旭;張春元;付仕明;;航天用蜂窩夾層板傳熱特性的研究進(jìn)展[J];真空與低溫;2012年01期

6 李威;郭權(quán)鋒;;碳纖維復(fù)合材料在航天領(lǐng)域的應(yīng)用[J];中國(guó)光學(xué);2011年03期

7 馬增祥;楊德華;王淑青;程景全;;基于剛體位移的天線反射面擬合新算法[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2010年18期

8 李義強(qiáng);聶玉峰;魏杰;;金屬蜂窩夾芯面板有效導(dǎo)熱系數(shù)的數(shù)值計(jì)算[J];航空計(jì)算技術(shù);2010年02期

9 梁偉;劉振祺;麥漢超;楊嘉陵;;基于輻射和傳導(dǎo)耦合的蜂窩夾芯結(jié)構(gòu)傳熱性能分析[J];強(qiáng)度與環(huán)境;2008年04期

10 程效軍;周適;;用二次曲面方程和拋物面限制條件擬合拋物面天線方程[J];鐵道勘察;2008年01期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 王從思;天線機(jī)電熱多場(chǎng)耦合理論與綜合分析方法研究[D];西安電子科技大學(xué);2007年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前3條

1 范琦;基于熱變形的星載b宋錈嫣煜呶蟛鈦芯縖D];西安電子科技大學(xué);2014年

2 胡玉琴;鋁蜂窩夾層板等效模型研究及數(shù)值分析[D];南京航空航天大學(xué);2008年

3 趙金森;鋁蜂窩夾層板的力學(xué)性能等效模型研究[D];南京航空航天大學(xué);2006年

本文編號(hào)：2817258