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。     

星载双反射抛物面天线热变形分析

星载天线在轨运行时受到空间外热流的影响，会经历周期性的高低温交变，导致其反射面产生热变形。为了保证星载天线稳定运行，选取某型号星载双反射抛物面天线作为研究对象，采用有限元法对天线高温工况下的在轨温度场进行分析，进而将天线上分布的温度载荷作为边界条件映射到结构场中进行热变形分析；同时详细分析了材料属性、铝蜂窝芯厚度、碳纤维贴层厚度、反射面支撑约束位置等因素对双反射抛物面天线热变形的影响，以期为星载天线结构优化设计提供理论参考。     

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。     

碳纤维复合材料天线反射面低变形优化设计

为了保证星载天线的在轨工作,需要严格限制天线的热变形。文章参考国外先进天线设计案例并考虑国内生产工艺,以某卫星抛物天线反射面为研究对象,采用全碳纤维复合材料夹层结构设计新型天线反射面构型。首先,给出天线型面误差的计算过程来反映天线热变形程度;然后,基于正交试验法,对某卫星的天线反射面型面误差值影响因素进行分析;最后,在此基础上分别对蒙皮与芯层完成低热膨胀系数的优化设计。仿真结果显示:文章设计的全碳纤维材料天线夹层结构因热变形而产生的型面误差仅约为原先设计的全铝反射面的1/6,证实了全碳纤维材料天线夹层结构在低变形方面的优势及此优化设计方案的可靠性。     

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。     

基于太阳模拟器的网状天线热变形仿真与试验研究

准确预示天线在轨温度并分析天线热稳定性的影响因素是改善天线性能的重要方面.文章通过构建网状天线热分析和热变形有限元模型,仿真得到碳纤维主反射面、支撑肋组件等结构在两种工况太阳侧照下的温度场以及热变形场;在真空低温环境下,利用太阳模拟器对网状天线进行热真空原位环境热变形摄影测量试验.对比表明,仿真模型计算结果与试验测量结...     

一种伞状天线反射器型面热变形测量及分析模型在轨预示

文章详细介绍了在真空高低温环境下一种伞状可展开天线的型面测量过程。首先依据天线在轨热分析结果定义典型温度工况,然后采用红外加热笼与天线自身主动热控相结合的方法实现天线各部件不同温度的控温要求,并采用摄影测量方法测量典型极端工况下的天线反射器型面热变形。结果表明,测量值与试验前热变形预示结果一致性较好,证明天线热变形分析模型有较高精度。依据在轨热分析温度场计算天线在轨热变形,得到天线在最大温度梯度工况下的型面变化(RMS)最大为0.19 mm。     

基于数字摄影的高低温热变形测量研究

本文从现有热变形测量方法及其限制性出发，基于高精度数字摄影测量技术，在对相机进行常温常压防护的情况下，开展了相关热变形测量研究。通过对其精度理论分析，并在常压高低温环境下开展天线热变形测试验证，从而系统验证了测试方法的可行性。结果表明，该方法满足高精度天线热变形测量需求，为后续类似工作的开展提供了重要参考。     

基于光学靶标的天线型面高精度摄影测量

天线型面的高精度测量是天线研发与生产过程当中的一个重要环节，特别是天线表面镀有镀膜的情况就需要用到非接触式的高精度测量方式，文章介绍了利用光学靶标投射器投射光学靶标代替传统反光标志点的非接触工业摄影测量技术，并对该技术的适用性与精度进行了一系列的对比测试，利用该测量技术得出的测量精度指标RMS与三坐标测量机所测RMS值进行比较，结果表明两者RMS值仅相差0.002 mm，同时与传统粘贴人工反光标志点测量RMS值相比较优于后者0.002 mm。以上测量结果对比验证了利用光学靶标投射器对镀膜天线型面的摄影测量的可靠性与测量精度满足高精度天线型面检测需求，实现了基于光学靶标的真正意义上的非接触高精度测量，为基于光学靶标的摄影测量在镀膜天线型面检测等方面的应用提供参考。     

复合材料格栅加筋板布局优化设计

采用遗传算法在总体屈曲约束条件下对复合材料格栅加筋板进行布局优化设计。采用一种参数化的平铺等效刚度计算方法,用于分析格栅加筋板的总体屈曲。最后通过有限元分析对优化结果的有效性进行验证。设计变量为轴向和横向的筋条间距、筋条高度和厚度,筋条的布局。该方法适用于在给定板的全部可选尺寸参数,面内设计载荷,边界条件,材料属性条件下,对复合材料格栅加筋板进行质量最轻的布局优化。     

碳纤维三向织物复合材料研究现状与未来展望

以往的卫星天线，或者是高精度但小口径，或者是大口径但低精度；现在对二者兼有（既要大口径，同时还要高精度）的需求越来越普遍。传统的大口径天线多采用网状可展开形式，这种形式的天线在实现高精度方面往往会遇到一系列的问题，尤其在材料选择、结构设计、热控设计、制造调试时间、费用等方面，需要付出很高代价。利用具有面内各向同性性能的碳纤维三向编织物（Triaxial Woven Fabric TWF）作为增强材料，与合适的基体材料（例如硅橡胶）复合，制成兼具一定柔性和刚性的碳纤维三向编织物复合材料壳膜结构，作为可折叠展开的卫星天线反射器，是一种新型高精度可展开天线的实现方案。文章对TWF的结构特性及其在卫星天线上的应用，以及其力学性能的分析与测试等进行了综述；对三向织物复合材料的力学性能分析和在大型可展开反射器上的应用，做出了未来展望。     

真空低温太阳辐照环境下的天线热变形测量技术

航天器结构在轨受到空间外热流影响而产生巨大温度梯度,将导致结构热致变形,为了保证有关地面模拟考核验证的有效性,必须对在轨外热流进行尽可能真实的模拟,同时采用高精度的热变形测量手段获取航天器的结构变形数据。文章介绍了一种热变形测试试验方法,系国内首次将太阳模拟器外热流模拟法和非接触摄影测量法结合应用在某天线的地面模拟热变形测试试验中,在真实模拟天线在轨温度分布的同时精确获取了天线上大量的点云变形数据。经数据比较分析,天线变形实测数据与在轨仿真分析一致,在1.5 m口径范围内的变形测量精度优于15 μm,验证了该测试试验方法的有效性,为航天器结构的在轨热效应模拟和测试评估提供了新的试验手段。     

尺寸高稳定性复合材料桁架结构的研制

介绍了某卫星复合材料桁架结构的研制情况,通过材料选择、铺层设计、材料的热膨胀系数测试与分析,制造了高精度的复合材料桁架,并测量了结构的热变形。测量结果表明:采用高模量碳纤维复合材料能够制造出热变形只有微米级的高稳定结构。这是针对超稳卫星平台所需的尺寸高稳定性结构的首次成功探索。文章最后对进一步降低结构热变形、提高尺寸稳定性和测量精度提出了建议。     

复合材料副反射器模具的设计和制造

采用碳纤维复合材料制造天线构件可减轻天线重量,提高天线性能。讨论了研制天线副反射器采用低膨胀合金（殷钢）模具材料的必要性。通过对模具材料的选择、模具结构分析及加工工艺研究,论述了碳纤维复合材料副反射器模具的设计和制造。在制定合理、先进的工艺规程基础上,解决了模具制造过程中殷钢材料切削加工和热处理工艺等工艺技术难题。研制出的碳纤维复合材料天线副反射器模具表面精度达0.028mm（r.m.s.）。     

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。     

一种卫星天线热变形测量系统设计

为满足某星载高精度伞状天线热变形测量需求，文章利用高精度数字近景摄影测量技术，结合特殊的相机防护和测量技术，设计研制了一套可在大型常压高低温箱中使用的在线自动热变形测量系统。通过对影响测量系统在高低温环境正常工作的多个因素进行分析入手，并从相机防护、测量网型、测量自动化和数据采集等方面进行优化设计改进，最终使该系统热变形测量精度优于0.02mm，满足了高精度网状及固面天线热变形测量需求，为后续类似工作的开展提供了重要参考。     

星载多频段双极化共馈微波辐射计天线

作为“神州四号飞船”留轨段主载荷的多模态微波遥感系统中的微波辐射计天线是我国第一个工作到毫米波段的航天器天线，其工作频段跨越近6个倍频程，采用了多频、双极化共馈源偏置抛物反射面天线系统，首次应用就获成功。本文着重阐述该微波辐射计天线的多频、双极化共馈系统设计和毫米波高精度反射面天线的实现。文中还介绍了空间反射面天线的计算机机电热一体化设计。     

某数字摄影测量系统精度量化评估方法

受到测量试验中被测目标尺寸及结构、控制场布局、测量网形等现场因素的影响,工业数字摄影测量系统的实际测试精度达不到理论精度。文章以V-STARS摄影测量系统为例,针对大型平面天线热变形测量需求,创新性地提出了线型测量精度和面型测量精度的指标,对摄影测量系统的实际测量精度进行了定量评估。测量结果表明,该测量系统的实际测量精度满足0.1 mm的测试精度要求。该精度标定方法可为各类型摄影测量系统的实际测量精度评价提供一种直观、可靠的手段。     

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。     

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。