半刚性可调整曲面调整特性与调整装置刚度关系研究

文章通过对反射器天线型面精度问题的分析和对半刚性曲面调整技术的比较,研究了调整装置刚度对曲面调整特性的影响。首先,对曲面调整结构进行了简化,将曲面与调整装置间连接简化为刚性连接模型;然后,通过改变调整结构中调整装置长度和直径,定量分析了不同参数情况下调整点作用面积、曲面调整精度和曲面调整收敛速度的变化情况。     

星载大口径反射器组件双向调节低应力装配胶接技术

大口径高精度反射器天线是夺取制信息权和制天权卫星的核心单机,其性能直接影响到数据反演的精度和准确度.大口径高精度反射器的性能核心指标在于反射面成型精度及反射面型面精度稳定性两方面,目前大口径高精度反射器研制的精度指标仍存在不稳定问题.文章提出了一种型口径大于1.5 m的星载大口径高精度反射器的低应力胶接装配技术.通过设计一种双向自由调节装置,保证反射器本体型面自由支撑状态下,通过调节背部接口,完成组件装配,最大限度降低反射器本体型面受力,降低反射器组件装配过程受力对型面精度的影响,确保反射器成型型面的高精度成型,实现反射器组件的低应力胶接装配.最终产品型面精度相较于本体精度,仅降低了不到0.012 mm r.m.s,相较于传统大口径高精度反射器胶接装配型面精度损失达0.03 mm r.m.s以上,该技术方法对高精度反射器成型具有显著提高.     

网状天线的反射面形状精度调整

随着宇航事业的发展，网状展开天线的尺寸越来越大，对形面精度要求越来越高（特点是高频段），必须采用网面精度调整技术以满足反射面的精度要求。本文就辅助牵引面式网面精度调整技术的理论分析及调整方法进行了探讨，给出了网面形状精度调整的基本理论公式及调整步骤，并对某样机进行了调整计算。计算结果表明，文中的分析、公式、方法是正确的，可行的。     

基于在轨热环境的可展开天线反射面精度调整技术

随着宇航事业的发展,网状展开天线的尺寸越来越大,对形面精度要求越来越高(特别是高频段),在轨热环境与地面调整点的热环境差别大,必须采用基于在轨热环境的网面精度调整技术以满足反射面的精度要求。就在轨热环境下的辅助牵引面式网面精度调整技术的理论分析及调整方法进行了探讨,给出了计及在轨热环境的网面形状精度调整的基本理论公式及调整步骤,并对某样机进行了调整计算。计算结果表明,文中的分析、公式、方法是正确的,可行的。     

周边式桁架可展开天线的形面调整

本文针对周边式桁架可展开天线进行了基于优化方法的网面调整。以纵向调节索调节力的大小为设计变量，网状反射面的均方根误差为目标函数，应力和频率为约束条件，建立了形面调整的优化数学模型，并用遗传算法对网面调整进行了优化、仿真。数值结果表明：基于优化方法的网面调整是可行的，对工程应用具有一定的指导意义。     

一种新型伞状天线反射面研究

为设计和研制高精度伞状天线碳纤维三向编织反射面，选取碳纤维三向编织反射面为研究对象，通过试验获取了碳纤维织物的材料属性，设计了不同结构形态、不同加强筋方案的天线反射面，建立反射面有限元模型进行重力变形仿真，探索重力场下天线型面精度与反射面形态的关系，获取了最优的反射面设计方案。优化结果表明，多边形口径反射面相比圆形口径反射面型面精度提高了9995％，在多边形口径反射面上设计环向加强筋可使型面精度进一步提高34％，为反射面的结构设计提供参考和依据。     

单向曲率抛物反射面可展结构型面精度误差研究

具备大尺度、高精度特性的刚性反射面天线是解决星载微波遥感有效载荷空间分辨率、增益与信噪比等电气指标需求的优选方案，需要采用可展结构设计，以解决卫星尺寸与整流罩包络之间的矛盾。文章针对高精度单向曲率抛物反射面可展结构型面精度误差的分析及预示需求，基于刚体旋转的欧拉理论及正态分布，描述加工精度误差与展开重复精度误差，建立了可展结构型面精度误差的预测模型。并根据Monte Carlo试验结果数据的统计分析方法，开展了面向加工精度误差与展开重复精度误差的敏感度分析。结果表明：板间铰链的展开重复精度对整体型面精度误差的收益高于根部铰链，同等条件下应优先对其进行优化；在整体型面精度误差指标允许的前提下，应适当提高刚性抛物柱面的加工精度误差，从而控制整体型面精度误差的变化区间。     

蜂窝夹层结构抛物面天线型面精度仿真分析

星载抛物面天线在绕地球工作时会产生较大的热变形。为了获得在近地服役环境下全尺寸反射器型面精度模拟的工程方法,采用ABAQUS有限元和最小二乘法,对口径1.2 m的小尺寸蜂窝夹层结构天线进行热变形和均方根(RMS)值计算,对热膨胀系数、蜂窝高度和蒙皮铺层数量等因素进行分析。结果表明:蜂窝高度方向的热膨胀系数是影响RMS值的最主要因素。当蜂窝高度为65 mm,上、下蒙皮铺层数量为12层时,型面精度RMS值满足设计要求。最后基于实际装配条件计算全尺寸反射器在-80～120℃下的热变形,发现紧固件和预埋件可以有效减小工作面热变形,并且得到全尺寸反射器RMS值为40.45μm。该研究结果可为星载固面蜂窝夹层结构反射面天线结构的设计提供依据。     

星载高精度反射面模具型面补偿设计方法

为满足高通量卫星对反射面高精度型面和低成本要求，从碳纤维蜂窝夹层结构反射面在固化成型过程中的固化收缩变形角度出发，根据模具型面补偿原理，提出了反射面模具型面补偿设计方法，并基于六面体单元有限元模型和三维正交各项异性材料属性及三点边界约束方法进行了试验验证。试验结果表明，通过型面补偿后的铸铁模具加工得到的两米口径反射面型面精度达到0.096mm均方根（root mean square,RMS），为模具型面补偿和高精度反射面提供了参考。     

某卫星固面反射器热变形测试分析与模型修正

为评估反射器在轨热变形对天线射频性能的影响,文章详细介绍了某卫星固面反射器的热变形测试过程,分析了测试结果及有关数据处理方法。通过热变形测试验证了测试产品设计与工艺的合理性,并基于测试结果修正了分析模型,有助于提高反射器在轨热变形分析精度。     

Structure design and mechanical measurement of inflatable antenna

This paper deals with the initial shape analysis, cutting-pattern analysis, surface accuracy measurement and modal testing of high-precision inflatable antennas reflectors that are intended for spaceflight applications. The initial shape analysis method, formulated on the basis of membrane theory and elastic mechanics, determines the required as-manufactured shape of the reflective surface of the antenna reflector. On the other hand, the cutting-pattern analysis method, with its formulation based on spring-mass representations, numerically calculates the required cutting pattern of the planar membrane gores that are to be assembled to form the 3-dimensional reflective surface. To validate the effectiveness of the proposed analysis methods, a 3.2-m antenna reflector model was designed, manufactured, and assembled for ground demonstration and testing. The reflective surface accuracy of this demonstration reflector model was measured by a photogrammetric measuring system. Shape adjustments of the reflective surface were performed by systematically adjusting the tension in the cables that were used to mount the reflector to its support structure. It was found that the reflective surface accuracy of the reflector model, as defined by its RMS error from a best-fit parabolic shape, was less than 1 mm. In addition, dynamic and RF tests were also performed on the demonstration reflector model. The test results indicated that the first-mode frequency of the reflector model agreed well with the corresponding analytical prediction, and its radiation pattern was also well focused.     

星载天线反射面型面热变形影响因素分析

星载天线在轨运行时受到周期性的温度变化影响,天线反射面会发生热变形,影响天线增益。热膨胀系数是描述结构热变形的重要参数,并且会随温度变化;在进行结构热变形分析时若将热膨胀系数视为常数会给仿真分析带来误差。文章以抛物面天线反射面为研究对象,考虑热膨胀系数随温度的变化,针对ULE玻璃和M55层合板材料的反射面,仿真分析反射面厚度、支撑位置、选用材料等因素对星载天线反射面型面热变形的影响。结果表明,对于抛物面天线,支撑约束在中间位置时反射面型面误差最大;采用ULE玻璃的优化方案可将型面误差减小约1个数量级。实际设计中还要综合考虑质量、刚度及模态特性。     

星载成形反射面天线全域基设计的研究

介绍了对星载成形反射面天线全域基设计法的研究。采用单馈源单反射面天线,通过优化反射面得到赋形波束。文章研究的全域基设计法运用物理光学法,将反射面用Jacobi-Fourier表达式展开,展开式各项的系数作为优化对象,代入反射面天线远场辐射积分的计算,在优化远场辐射特性的同时确定了反射面展开式各项的系数,也即确定了反射面。     

主控格栅反射器基体结构/压电作动器参数集成优化设计

为提高反射器形面控制能力和减小在轨热变形，本文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，开展反射器基体结构和PZT压电作动器参数的集成优化设计研究。首先，建立主控格栅反射器有限元模型并通过实验验证了有限元模型的正确性。然后，以形面控制能力最大和热变形最小为目标函数，以设计变量上限、下限和结构基频为约束，采用遗传算法(GA)和非支配排序遗传算法(NSGA II)求解。最后，给出多个仿真算例的优化结果。仿真结果表明，控制能力最大的单目标优化，其热变形远大于控制能力，多目标的帕累托(Pareto)最优前沿可以给出更合理的设计方案。通过优化设计可以显著提高形面控制能力和减小热变形。     

星载大型天线反射器桁架展开动力学建模仿真

以星载大型可展开天线为对象,研究了索网绷紧前天线反射器桁架在轨展开动力学过程。对大型天线展开机构特点和展开原理进行分析,建立了反射器桁架驱动和传动机构动力学模型。为避免初始时刻天线反射器切断铰约束方程雅克比矩阵奇异,以及小展开角情况下动力学方程左端系数矩阵数值性态差问题,提出了基于几何的替代约束求解方案。对星载大型天线在轨展开动力学过程进行了数值仿真,仿真结果表明,提出的方法能够有效解决初始时刻天线反射器切断铰约束方程雅克比矩阵奇异问题。     

宽带相控阵馈源可展开反射面天线研究

为满足星载高增益天线的应用需求,本文设计了一种带有相控阵馈源的伞状可展开反射面天线。首先介绍了反射面天线可展开机构的原理及设计,由碳纤维天线肋和金属编织网面组成反射面,在高精度可展开机构的动作下实现其收拢和展开,从而大幅减小其收藏包络尺寸。对于直径为1.14 m的可展开反射面天线设计了宽带相控阵馈源,采用金属Vivaldi天线作为相控阵单元,根据极化方式、焦径比和扫描范围选择排列成双极化矩形阵列,使可展开反射面天线在8~16 GHz内实现二维波束扫描,通过电磁仿真进行验证,仿真结果表明,宽带相控阵馈源能够有效地增加可展开反射面天线的视场,反射面天线在8 GHz、12 GHz和16 GHz时扫描到0°的增益分别是38.03 dB、40.65 dB和41.48 dB,扫描到+3°的增益分别是37.68 dB、40.68 dB和41.09 dB。     

台阶反射面实现双频多波束天线收发等化的研究

双频多波束天线系统由于收发频段共用同一反射面,覆盖区内收发波束大小不一致.为了实现覆盖区内收发等波束,文章提出了一种新型的台阶反射面天线.通过对天线台阶高度的选取和台阶宽度的优化,可以使接收频率处每个台阶跳跃点与中心区在反射面等效口径处的相位相差180.,从而降低天线的口径效率,减小接收频率处反射面的电尺寸,最终实现了收发波束大小一致.为了进一步降低天线的副瓣电平,文章在接收频率处引入了馈源第一副瓣来照射反射面的台阶圆环,通过这一改进天线仍能实现收发等波束且获得了更低的副瓣电平.     

大型反射面天线温度分布规律及变形影响分析

针对高频段大型反射面天线对电性能的高要求,必须降低太阳热辐射对天线的影响。先计算一天中太阳入射角度的变化规律,再基于I\|DEAS软件仿真,得到一天中各时刻天线反射面上的温度、热应力场、热变形分布,然后针对阴影对天线结构的重要影响,以“分点分段”的形式给出不同时刻温度在反射面上的分布及其影响程度和规律,为工程人员进行天线的温度补偿和结构优化提供了依据。     

星载大型反射面天线主动振动抑制建模分析方法

为研究抑制星载大型反射面天线的在轨振动,文章给出一种基于压电材料的天线臂主动振动抑制建模分析方法。该方法基于整星刚柔耦合动力学模型,通过将压电材料的应力等价为内力矩,应变等价为位移差分,获得卫星动力学、振动抑制与姿态控制的解析式耦合计算模型,进而预测振动抑制后的天线振动传递特性和响应。以某带大型反射面天线的卫星为例,分别从压电材料布局和计算边界条件角度给出主动振动抑制的时域、频域分析结果,并进行对比。分析结果表明:文章所提出的方法能够实现压电材料在天线臂上的布局优化以及获知天线臂主动振动抑制效果。