平面薄膜天线张拉系统优化设计及天线结构模态分析

设计航天器平面薄膜天线双重索网张拉系统的构型,并以可伸展支撑杆承受轴力最小、薄膜阵面有效面积比最大、端杆长度最小为优化目标,对张拉系统进行多目标优化。优化后可伸展支撑杆所受轴力减小了15.51%,薄膜阵面有效面积比提高了1.25%,端杆长度减小了0.30%。利用ABAQUS软件对索膜结构、支撑框架以及天线整体的模态分别进行仿真分析,将天线结构等效模型基频的解析解与仿真结果进行比对,二者相互印证。最后通过仿真分析,得出薄膜内拉应力、可伸展支撑杆壁厚、可伸展支撑杆铺层角度和端杆壁厚对天线整体基频的影响规律。     

一种高超声速机载天线结构轻量化设计

飞行器在工作时过载、振动等力学条件严酷,同时对搭载设备严格限制重量.如何在保证结构强度和变形量满足飞行环境使用要求的前提下,解决天线轻型化问题,是机载天线设计最紧要的任务之一.提出了一种迭代优化设计方法,此方法基于结构强度变化特征对机载天线进行轻型化设计,具体为采用有限元分析方法结合实际力学环境要求对初步设计的天线进行强度校核,调节设备的横断面尺寸使试验变形应力及重量满足天线设计要求.最终通过仿真计算迭代优化,实现机载天线减重的目的 .该设计方法充分融合了强度校核和迭代优化的思想,缩短了产品的研发周期,实现了产品最优化设计,为机载设备减重提供了解决方案.     

温度相依固体推进剂的蠕变损伤模型

针对复合固体推进剂材料,建立了与温度相耦合的蠕变损伤演变模型,进行了单轴和双轴条件下蠕变破断试验,确定了材料参数.该模型对复合固体推进剂的应力分析、寿命预估具有应用价值.     

大倾角轨道航天器双轴驱动太阳翼构型参数优化方法

针对双轴驱动太阳翼展开后的运动包络对航天器设备产生的视场遮挡和空间干涉问题,基于机构运动学分析技术提出了一种太阳翼构型参数优化方法。首先,基于自然坐标方法建立太阳翼机构运动学模型,完成太阳翼运动状态的模拟;然后,分析太阳翼运动包络的影响因素,并明确可用于优化设计的参数,同时根据机构装配关系及视场要求形成约束条件;最后,建立以摆动角为目标的优化函数并进行优化分析。以轨道倾角86.4°、轨道高度780km的航天器双轴驱动太阳翼构型优化为例,对其构型进行优化设计和优化结果验证分析,结果表明:优化后可获得太阳翼的最大摆动角为32°,此时太阳翼基板边缘与天线、敏感器视场最小距离为5mm,太阳翼运动过程对设备视场不产生遮挡影响,满足工程应用要求,验证了优化方法的有效性,可为太阳翼工程设计提供理论参考,同时为航天器上可动设备构型优化及设备布局设计提供一种新的途径。     

桁架式集成天线塔优化设计

针对某卫星平台桁架式集成天线塔结构的优化设计,采用了一种先构型优化,再尺寸优化的方法.首先使用Midas软件进行了有限元建模,应用满应力优化和基结构法得到了兼顾重量、基频、拉拔力、结构对称性及安装空间的综合最优构型.其次,在构型优化结果的基础上,通过Isight软件集成MSC.Patran/Nastran软件,选用多岛遗传优化算法,分析得到了最轻质量杆件截面方案.该方案可以同时满足空间X、Y、Z三个方向正弦响应荷载工况的强度、刚度等要求,质量较优化前降低.优化结果表明,该方法能够得到满足设计要求的方案,可以应用于桁架结构的优化设计.     

空间索网天线展开递推动力学建模方法研究

针对大型空间可展开天线自由度多、非线性强特点,为对其展开实施有效控制,提出一种周边桁架空间机构的多自由度系统快速递推建模方法。用有限段方法处理杆件弹性部分,用等效力矩代替腹杆的驱动和锁定作用,将周边桁架双重闭环构型等价为链式多体系统。对索网大型天线用空间算子代数递推建模,求解动力学响应可模拟获得天线变形的运动和所需各驱动力矩。数值算例中获取了加速段和减速段关节空间的角位移和角速度,以及关节空间驱动力矩。研究表明该法是一种高精度、高效率的动力学递推建模方法,可适于大型可展开机构的快速计算,对实际工程中天线展开的参数设计和力学分析有一定的指导意义。     

改性双基推进剂拉压不对称力学性能研究

针对改性双基推进剂在不同载荷条件下表现出不同力学响应的现象,对其进行了恒应变率拉伸和压缩试验及蠕变拉伸和压缩试验,获得了4组应变率下拉压应力-应变曲线和3组温度下拉压蠕变-时间曲线,使用应力和应变拉压不对称因子反映了拉伸和压缩曲线的不对称程度。结果表明,改性双基推进剂具有明显的拉压不对称力学性能,且该性能受到应变率和温度的影响。分析了改性双基推进剂具有拉压不对称性的内在成因,认为材料初始缺陷的扩展、材料分子链移动空间的变化、基体材料与填充颗粒材料力学性能的不同是导致改性双基推进剂具有拉压不对称力学性能的内在原因。     

聚酰亚胺复合膜的泊松比设计

空间薄膜材料的泊松比是张拉中产生膜面褶皱的主要原因之一。为此，需要对薄膜的泊松比进行设计，从而削弱甚至消除薄膜的泊松比效应对膜面精度产生的影响。针对应用于空间结构中的新型正交各向异性纤维增强复合膜，使用正交椭圆孔阵列对复合膜胞元进行泊松比设计，分析其等效的经纬双向泊松比随孔间边界距离和椭圆本身的长短轴之比的变化规律。讨论了打孔后孔间边界距离g,以及椭圆长轴占长短轴之和的比例r，对打孔后薄膜胞元的等效泊松比产生影响的原因。g对等效泊松比的影响主要体现在两个方面：其一是g值影响了胞元的旋转能力，其二是g值决定了材料参数对打孔后的等效泊松比的影响程度。g值越大，等效泊松比越大。r值对等效泊松比的影响主要是胞元的旋转能力，r值越大，旋转能力越大，等效泊松比越小。     

基于空间反射镜的点阵结构非均匀尺寸优化设计

针对空间反射镜的高轻量化率的工作条件和工作需求,将点阵结构引入到反射镜结构设计,并基于移动阈值切面法(MIST)优化设计了非均匀点阵结构。文章以小口径190mm铝合金反射镜作为研究对象,基于MIST法将点阵杆件进行了非均匀尺寸优化。首先选择点阵单胞,对于实体设计空间进行点阵单胞的填充,实现空间反射镜的均匀点阵设计;然后基于MIST法对于均匀点阵结构进行尺寸优化,将杆件横截面积作为优化对象,得到了轻量化方案。由于反射镜的安装应力会影响面形精度,所以分析了安装应力对于反射镜的面形影响。该方法验证了优化后使用非均匀点阵尺寸优化的反射镜的轻量化率以及面形精度要求均优于传统轻量化形式反射镜,满足设计要求。     

星载薄壁结构天线结构优化设计与试验验证

薄壁结构具有质量轻、电性能稳定等优点，但同时又由于其结构刚度低、承力能力差、同等力学环境下加速度响应大等缺点，制约着其在星载天线领域的应用。文章针对卫星薄壁结构天线的上述缺点，利用通用有限元分析软件MSC.Patran/Nastran建立力学分析模型，计算得到影响薄壁结构天线基频低、承受应力大的薄弱位置。进行结构优化时，突破传统的等截面加强筋设计方式，在该薄弱位置增加变截面加强筋，提高了结构基频；在加强筋之间设计倒角，降低了结构应力水平。优化后的分析结果表明，天线结构的基频提高了106%，同等力学环境下加速度响应降低了94%，应力水平减少了93%，满足天线设计指标要求。最后，通过试验验证了该优化方法的有效性，对以后薄壁结构天线的设计具有一定的指导意义。     

由应力松弛试验数据确定松弛模量和蠕变柔量

用粘弹性有限元法计算药柱应力需要给出推进剂的松弛模量和蠕变柔量的Ｐｒｏｎｇ级精有达式，利用应力松弛模量的Ｐｒｏｎｇ级数模式，通过最小二乘法对由试验求得的应力松弛模量－时间曲线进行拟合，求出松弛模量的Ｐｒｏｎｇ级数中系数和指数，再利用蠕变柔量与松弛模量的关系式，求得蠕变柔量的Ｐｒｏｎｇ级数中的系数和指数，以此计算药柱的应力。     

柔性太阳翼桅杆涂层特性对热诱发振动的影响分析

空间站大型柔性太阳翼系统在轨运行期间会受到周期性的热辐射作用,导致结构温度周期性变化,从而诱发太阳翼的振动。为研究太阳翼桅杆热控涂层特性对热诱发振动的影响,文章采用热-结构顺序耦合的方法,对桅杆无涂层、电镀涂层和白漆涂层3种不同表面状态进行热诱发振动分析,得到了太阳翼的位移-时间响应结果。对比不同涂层下太阳翼参考点的振动结果可以看出:涂层特性对于热诱发振动是有影响的,其中白漆涂层能大幅度减小振动的振幅。     

基于模态试验和冲击响应试验的模型动力学参数修正

为通过数值仿真计算方法准确预测冲击响应,基于模态试验和冲击响应试验,对响应板的碰撞冲击过程进行动力学参数修正。模态试验过程,通过响应面优化的方法对响应板的弹性模量、泊松比、厚度参数进行优化,优化后的固有频率计算值相对误差在±2%以内。冲击响应试验过程,冲头冲击高度6.3 cm条件下,对试验和数值仿真的响应谱曲线进行误差评价;基于响应谱各分析频率点均方根误差最小的优化目标,通过曲面拟合得到最优的质量阻尼系数和刚度阻尼系数。动力学参数修正后的模型在3个不同冲击高度条件下的冲击响应谱预测中,大部分频率段的误差在±6 dB以内,显著提高了预示精度。     

空间薄膜阵面预应力导入效应及影响因素

空间薄膜阵面结构由于其显著特点正得到日益广泛的研究和应用。首先以一个三角形薄膜 阵面为数值分析对象,论文给出了膜面预应力导入的分析方法,并分析了薄膜阵面的预应力 导入效应。在此基础上,提出边缘悬链线影响的分析方法,用五个应力特征参数描述阵面和 悬链线受力,引入应力波动系数描述阵面和悬链线受力均匀度。以四边形阵面为例进行数值 分析,结果表明：在合适的边缘
悬链线型及矢跨比下,阵面的导入应力分布更均匀,刚度更 大。论文所提出的分析方法和结论对薄膜阵面结构设计研发具有参考价值。     

星载SAR缝隙波导天线环境适应性设计与验证

针对星载合成孔径雷达（SAR）长寿命、高可靠的需求,从天线的类型选择、构型设计和实现途径等方面介绍了某大型星载SAR平面相控阵天线的技术路线,确定采用真空钎焊技术的整块缝隙波导天线为研究对象;从机电热全面分析其在空间力学环境、热环境、真空环境和带电粒子辐射环境下的适应性设计关键技术和难点,如:通过合理减重、结构分块和布局优化等设计,解决天线的刚强度问题;对天线全流程工艺进行控制以获得满足热控要求的阳极氧化膜;采用游离设计减小天线在高低温环境下的热变形;通过合理确定电场最强处两个金属面的间距来消减天线在真空环境下的微放电现象;通过选择聚酰亚胺材料作为射频连接器的介质支撑来提高天线的抗辐射能力。环境试验和在轨验证结果证明,该缝隙波导天线设计合理,环境适应性良好,能够稳定正常工作。     

定速拉伸的固体推进剂双轴板条的应力分析

对固体推进剂双轴板条试件进行了有限元分析，并考虑了粘弹性对应力结果的影响，分析结果表明，双轴板条试件中心域为平面应变状态，与发动机药柱中部内孔表面相似，并给出了计算杨氏模量所需的修正系数。     

压电桁架结构动力学建模与振动控制

考虑叠层压电陶瓷主动杆件的机电耦合效应，建立了压电桁架结构机电耦合有限元动力学模型，给出结构系统检测方程，并分析其动态特性，除位移模态外，得到了系统电势模态。采用独立模态空间控制方法对结构振动进行控制，并进行压电主动杆件的多目标最优配置，除控制能量最小化外，对非控模态的控制溢出和观测溢出最小化是另外两个优化配置目标函数，算例表明分析方法的有效性和可行性。     

大口径长焦距相机主次镜支撑结构方案初步研究

随着航天技术的迅猛发展,为了实现高分辨率的对地观测,大口径、长焦距的空间相机已成为发展趋势。连接相机主镜和次镜的支撑结构,很大程度上影响相机的成像性能和稳定性,是光学系统的敏感环节。为了得到更好的成像品质,文章选择了筒式、三杆式与桁架式这3种支撑方案作为研究对象,通过工程分析软件对每种结构的设计参数进行优化并进行有限元分析,通过对结构的力学稳定性、热稳定性以及质量等因素的综合考虑,最终选择桁架式支撑结构为最优方案,更适合于大口径、长焦距相机的发展趋势,并提出了该种结构进一步优化的空间与方向。