天线反射器复合材料轻量化研究

采用树脂基复合材料代替铝合金材料研制反射器满足天线反射器减重要求,并建立反射器3D模型,通过有限元软件分别对铝合金以及复合材料反射器的模态进行分析。结果表明:在保持相同体积的条件下,复合材料反射器基频比铝合金反射器高出35.23%,减轻41.2%;为了保证星载反射器在服役环境中的精度,对两种材料反射器在-180~+80℃的热变形进行仿真。结果显示:采用[0/45/-45/90]2S铺层设计的反射器热变形量比铝合金反射器低94.25%;采用模压工艺研制的复合材料反射器型面精度为0.027 mm,满足使用要求,并且在服役环境下,复合材料型面精度稳定性优于铝合金反射器。     

偏置抛物面卫星天线反射器固化变形分析

偏置抛物面卫星天线反射器由碳纤维预浸料铺制而成，在固化过程中通常会出现热变形、固化收缩变形及机械变形等形变，且过大的变形会导致反射器反射信号产生偏差。为了有效预测天线反射器在热压罐固化过程中的变形，本文采用线性粘弹性本构模型表征纤维增强复合材料在固化过程中的应力-应变关系。采用顺序热-力耦合分析法，对天线反射器内部温度场、固化度场及位移场的分布进行建模，并对铺层结构及降温速率对天线反射器变形的影响开展研究。结果表明：相较于纯0°铺层结构，正交和准各向同性铺层天线反射器z向变形量减小了51%以上，且降低降温速率有助于提高天线反射器的固化型面变形。     

通信卫星用先进复合材料天线反射器的分析和实验评价

本文详细介绍了有限元动力学分析法(FEM),用本法来模拟通信卫星复杂的先进复合材材天线反射器的设计,并利用频率、模态形状和动态响应来评价动力学特性。天线反射器对正弦波和燥声引起的响应用与变形、载荷和应力相关的模型来描述。最后的评价包括由所进行的试验中提炼出来的阻尼特性和根据应力分析进行的设计,简要介绍了动力学实验和用实验结果对分析结果进行的校正。     

格栅反射器型面的主动控制

为了提高天线反射器的型面精度,以锆钛酸铅压电陶瓷（PZT）驱动的主控格栅反射器为研究对象,对该结构的力学建模方法和形状控制方法进行了研究。首先,建立了格栅反射器、PZT压电作动器一体化有限元模型。然后,采用影响系数矩阵法,以均方根误差最小为目标建立反射器型面主动控制优化模型,并通过最小二乘法求解作动器的最优控制律。最后,搭建了格栅反射器主动控制实验系统,以旋转抛物面为目标型面进行实验研究。实验结果表明,经主动控制后反射器型面精度提高了将近50%,且与仿真结果吻合较好,验证了一体化有限元建模方法的准确性和控制方法的有效性。     

大型空间可展开天线结构的主动振动控制

利用内置压电元件的主动构件作为作动器,对大型空间可展开天线结构进行了振动主动控制的研究。分析了含压电单元的空间天线结构的振动主动控制的原理和方法,采用独立模态控制法对可展开天线结构实施主动控制。并且基于作动器的模态影响矩阵对作动器进行了优化布置,使其效能达到最大。最后采用LQR方法对结构进行控制,应用Matlab软件对该压电结构进行仿真实验控制。仿真的结果表明,通过振动主动控制明显增加了可展开天线结构的结构阻尼,取得了十分有效的振动抑制效果。     

先进复合材料预浸材料化学鉴定方法

本文介绍了一种分析方法,可用于测定先进复合材料基体的化学组成。对这一方法在商用产品分析中的应用作了示范说明。并讨论了某些分析技术在质量保证中的应用。     

星载蜂窝夹层结构天线复合材料力学性能检测

针对卫星的发射力学环境、在轨温度环境和辐照环境要求,对常用的蜂窝夹层结构反射器天线,提出了天线复合材料的力学参数要求和检测内容,包括：胶黏剂、原材料和蜂窝夹层结构高、低性能要求和随炉试件的检测内容,同时针对蜂窝夹层板的结构特点,提出了拉拔力、刚度测试、模态测试的方法,总结了振动试验和热真空试验中常见的失效模式。由于复合材料测试与测试方法有很大的关系,因此文章也介绍了这些参数测试的标准,同时根据仿真分析结果给出了星载蜂窝夹层结构天线板-芯胶黏剂在高温、低温下要达到的剪切强度和剥离强度指标。     

CFRP反射器型面主动控制和作动器位置优化

研究了运用压电陶瓷作动器对碳纤维增强复合材料（CFRP）格栅反射器的型面主动控制。首先,采用了一种具有独立电压自由度的梁单元,以及考虑高阶剪切变形的板单元,对主控格栅反射器进行有限元建模;运用能量变分哈密尔顿原理推导了主控格栅反射器的有限元控制方程,并给出了反射面型面残余均方根（RMS）误差最小的电压最优控制方法。然后,研究了在典型载荷下,反射面残余RMS误差最小的PZT作动器位置分布的优化配置问题;提出了一种将遗传算法和梯度投影方法相结合的改进优化方法,用来求出在限定作动器数量的条件下,作动器几何位置的优化配置,使控制后反射面的残余RMS误差最小;给出的数值算例验证了方法的正确性和有效性。最后,研制了格栅反射器型面主动控制的实验样机,针对反射器的初始制造误差进行了型面主动控制,验证了控制方法的可行性和有效性。     

复合材料在商用发动机作动系统中的应用分析

先进飞机及其发动机的需求是复合材料发展的强大推动力。基于复合材料的特点以及在航空中的应用情况,提出了发动机作动系统对复合材料的需求。根据商用发动机作动系统的定义与范围,详细论述了该系统未来发展方向对复合材料的应用需求。通过对比分析复合材料在国内外发动机作动系统中的应用现状,提出了钛基复合材料、Si C复合材料、变形记忆合金复合材料、压电功能复合材料等先进复合材料的应用发展方向,为中国商用发动机作动技术的发展提供相关建议。     

武装直升机与陶瓷／复合材料装甲

本文介绍了专用武装直升机的作战环境与高生存力的要求，着重讨论了广泛应用于武装直升机的先进陶瓷／复合材料装甲系统及其防弹机理，并对复合材料装甲的选材与设计问题作了分析。     

肋网式可展开抛物面天线的网面整体成形方法

为使天线反射网面安装操作步骤更加简洁高效,研究一种适用于中小口径肋网式可展开抛物面天线的反射网面整体成形方法。通过强制拉伸实现对柔性网面的张力赋予,以直观的位移量替代张力值。平面裁剪得到一片平面网面,将整片网面张拉至天线支承肋,并与肋缝制连接,实现反射面成形;根据设计抛物面天线的口径和焦径比,分为平面和圆台面网面进行张拉成形;对采用平面整体成形的0.5 m口径天线和采用圆台面整体成形的3 m口径天线进行成形过程的有限元仿真,其反射面型面误差RMS≤1.0 mm;研制了一台口径为3 m、焦径比为0.56、具有36根碳纤维复合材料豆荚形截面肋的可展开缠绕肋天线样机,测量型面误差RMS≈0.8 mm。结果证实,所研究的网面整体成形方法高效可行。     

飞行器共形天线新型制造工艺及应用研究进展

共形天线具有小型化、低剖面、大孔径等特点,是未来天线重点发展趋势之一,以气动一体化天线、超宽带窄波束天线为代表的共形天线成为目前飞行器天线领域的研究热点。当前共形天线的制作工艺主要包括打印、转印、激光加工等,采用合适的工艺能够实现天线的大面积共形制造。讨论了共形天线在不同飞行器载体上的优势,如打印制作的低剖面机载天线可实现战机的气动隐身一体化需求,也可满足弹载天线小型超宽带需求,柔性天线可应用于星载充气可展开天线等。在此基础上对当前共形天线存在的关键技术问题进行了阐述,并对共形天线在航空航天领域的未来发展做出了展望。     

碳-环氧卫星天线材料性能研究

本文介绍碳-环氧抛物面反射器天线材料性能研究。包括的项目有材料微波反射性能和其他物理力学性能试验。为此对T300、M40碳纤维增强环氧648复合材料的上述各项性能进行测定。并对T300纤维增强四种环氧树脂(环氧648、644、618及AFG-90)复合材料进行微波反射性能测定。试验结果表明在确定的微波反射试验条件下,试样的微波反射系数值与试样表面纤维方向有关.当纤维方向与微波反射在表面形成电流线方向成平行时,反射系数最大,成90°时反射系数值最小,树脂基体对碳-环氧复合材料表面微波反射系数没有显著的影响。     

复合材料结构数字化设计与制造

先进复合材料结构一般由基体和增强材料经热压工艺制造而成.由于先进复合材料具有比强度/比刚度大、抗疲劳性能好以及材料性能可设计的特点,已广泛应用于航空/航天领域.本文就先进复合材料数字化设计与制造作简要介绍.     

形状记忆聚合物复合材料可展开结构的研究进展

形状记忆聚合物(shape memory polymers,SMPs)作为一种新型的智能材料,在航空航天领域显示出巨大的前景。根据SMPs材料的变形机理、组成及结构将其与一定的增强相进行复合,可设计出具有低成本,展开过程平缓,振动小,高强度,导电性能优良的智能材料。本文主要介绍三种可用于SMPs复合材料展开结构的基体,以及每种基体制备形状记忆展开结构的方法,从宏观结构上对三种SMPs复合材料展开结构进行分类讨论,分析不同种类聚合物形状记忆的机理、力学性能、形状变化的固定率和回复率等,介绍SMPs复合材料在空间可展开结构中的应用。     

卫星移动通信多频段终端天线的发展

在卫星通信领域,多频段共用是扩大通信容量,实现一站多用,从而降低通信终端成本的有效途径之一。多频段共用终端天线是目前研究热点,其关键是多频段共用馈源。介绍的国外最新开发的多频相控阵、多频反射器和低剖面偏置双反射器天线,都可实现多频段同时工作,满足高频率要求,适合用于新型卫星移动通信终端。     

周边桁架可展天线展开过程动力学分析及控制

 基于多刚体系统动力学的Lagrange方法,采用独立的Lagrange广义坐标,考虑耗散力、铰链处扭簧的驱动力及索网预张力对展开过程的影响,建立了周边桁架可展天线展开过程的动力学模型,给出了基于力控制的展开过程控制策略,得出了展开过程驱动力的变化与天线位形变化之间的关系,根据所规划好的天线展开运动得出相应的驱动力。编制了仿真程序进行算例分析,研究了初速度、阻尼及重力对天线展开过程的影响,实现了考虑驱动扭簧的刚度、关节中的阻尼、重力及索网预张力影响的周边桁架可展天线展开过程的动力学分析与控制。实验仿真结果验证了该方法的有效性。     

高性能的紧缩天线测试场

在近十年里,对各种室内天线测试技术的新方案进行了广泛的研究。先近场测量而后进行数值转换获取远场方向图的方法,对许多应用都能获得了满意的结果。但这些技术不适合于要求在远场条件下直接测量的情况,例如:系统级测试、雷达截面积(RCS)或扫频测量。紧缩天线测试场(CATR)通过准直将来自点源的辐射形成一种伪平面波,从而在整个测试区的电磁场环境与在远场产生的相似。因此在室内可进行直接的远场测量。本文将指出使用两个圆柱面反射器的紧缩场在性能上比使用单反射器的要优越得多。可以精确地测量最大直径为1.5米的天线或目标,频率可高达100GHz。     

大型网状可展开天线模态分析

利用ANSYS软件,建立了某大型网状可展开天线展开和收拢状态模态分析的有限元计算模型．给出了展开和收拢状态下天线结构所对应的固有频率和振型。     

大型可展开天线太空结构频率预测

由于空间大型可展开天线口径较大,在地面模拟太空环境难度高,使得直接在天线原型上进行性能测试非常困难或不可能。为了解决该问题,提出了一种“两步法”,利用空间大型可展开天线的缩比模型进行地面性能测试,以预测天线原型在太空中的工作性能。据此对周边桁架可展开天线太空工作的结构固有频率进行性能预测研究,首先推导了结构固有频率的相似准则,然后考虑结构参数畸变的影响,得出其相似性经验公式,最后研究了温度变化对结构频率的影响,得出了预测大型天线太空工作性能的经验公式。仿真结果验证了该方法的有效性,该方法可应用于其他空间结构的设计和性能预测。