星载网状天线反射面面型精度测试与分析

星载网状天线反射面作为大口径天线的重要结构部件,其面型精度直接影响天线的电性能。针对主要由抛物肋板、充气环、张力系统、中心鼓结构构成的网状天线反射面,采用数字摄影测试技术建立了反射面面型精度测试方案,获得了抛物肋板上普通标志点的空间坐标以及与最优抛物面之间的偏差,并开展了反射面面型精度的分析。为了提高网状天线反射面面型精度,提出了分阶段地依据各普通标志点偏差方向和大小调节肋板上节点至地面垂直距离的反射面面型调整方法。在阶段1至4中经过调整之后反射面面型精度分别提高了75.0%、54.3%、36.6%和37.4%,表明该天线面型调整方法的有效性。阶段4中网面的安装大大降低了抛物肋板的面型精度,同时抛物肋板的偏差趋势与阶段2偏差相近,所以前期阶段肋板的调整尤为重要,而反射面抛物肋板上的偏差主要分布于副肋。     

双环可展桁架结构模型柔性张力索网设计与分析

由于采用双环可展桁架结构可以有效改善结构刚度,实现更大的天线口径,故在已有双环可展桁架结构基础上,基于柔性张力索网成型原理设计可展天线反射面柔性张力索网,利用有限元数值分析方法对两种索网进行找形分析。制作2m口径双环可展桁架结构模型。在双环可展桁架结构模型上安装柔性张力索网,通过对拉索施加预应力将索网张拉成型。运用非接触测量系统对成形后索网节点坐标进行测量,将测量所得结果与数值分析所得结果进行比较分析,考察了柔性张力索网的型面精度。结果表明该张力索网可实现张紧成型,索网节点坐标测试值与设计值较为吻合,可为此类可展天线的设计提供参考。     

充气展开反射面天线动态特性试验研究

充气展开反射面天线的结构动力学参数,可用于预测天线在外界激励下的动态响应、调整空中姿态和振动主动控制等。采用试验模态方法对反射面天线进行试验研究,分析了充气展开后反射面天线在地面环境下的动态特性参数。通过增大力锤锤头面积和提高激励点局部刚度来激发柔性天线结构全局振动,分组移动和对称分布加速度传感器来减小测试系统的附加质量影响。结果表明:天线在充气环内压力15 kPa时的整体弯曲振动基频为2.86 Hz,同时获得天线整体振动的前三阶固有频率、模态阻尼比和模态振型等参数,测试结果可为有限元模型验证和在轨动态响应预报提供基础。     

高精度碳纤维复合材料副反射面天线制备工艺

文摘分析了模具选材、装配工艺过程及机加工工艺对高精度CFC副反射面天线制备的影响,研究了高精度CFC副反射面制备工艺的关键技术,进行了模具材料比较、装配工艺优化及机加工验证试验。结果表明,殷钢是制备高精度CFC副反射面天线的较理想模具材料;在夹层结构装配时采用外蒙皮原位装配技术并单独适配过渡区的蜂窝可有效避免天线型面精度超差;机加工辅助工装与三维摄影测量系统相结合的措施可有效确保装配基准点的高形位精度并大幅缩短天线加工周期。     

大型射电望远镜天线副反射面调整系统设计与实验研究

为满足大型射电望远镜天线运动过程中由于重力变形而引起的天线性能和指向的变化以及L频段馈源工作任务,根据多自由度调整以及工作空间范围等设计要求确定了"上海65米射电望远镜系统"天线副反射面调整机构的构型;在满足天线工作任务要求的基础上,对机构进行了构型尺寸参数优化,并在各个尺寸参数优化确定后对天线副面调整机构进行了结构设计;对天线副面调整机构进行了标定实验,并开展了副面调整机构动态跟踪精度测量实验研究,实验结果均达到了设计要求。面向工程实际任务进行设计与实验研究,研究成果对并联机构真正应用于工程实践具有重要的指导意义。     

一种弹载毫米波全极化单脉冲环焦反射面天线的设计

提出了一种弹载毫米波全极化环焦反射面天线的设计方案,设计了其结构参数,并对其电性能进行了仿真。仿真结果表明,提出的全极化环焦反射面天线的设计方案电性能参数合理,适用于在弹载环境下应用。     

副反射面调整模型及工程实现方法

针对大型反射面天线重力变形导致天线性能恶化的问题,提出了用副反射面实时调整减小重力变形影响的方法,分析了副反射面位置平移和旋转对天线增益和指向的影响,并建立了副反射面姿态随天线仰角角度变化的数学模型。用数字摄影测量得到了一组35m天线在不同仰角时的主反射面变形数据,并进行最佳吻合,从而得到一组副反射面最佳位置坐标,再与测量的对应仰角的副反射面在重力作用下的自身位移数据叠加,可以得到一组最终副反射面调整数据。将其代入数学模型,用最小二乘法进行最佳拟合,求出数学模型系数,再将该模型用于副反射面实时调整系统,则可减小重力变形对天线性能的影响。仿真结果表明,采用该模型对副反射面位置实时调整后,35m天线在X和Ka频段的天线增益分别提高了约0.52dB和1.95dB。     

柔性变弯度后缘机翼的风洞试验模型优化设计

本文通过优化的方式设计了一种具有较高变形精度的适用于变体飞行器的柔性后缘变弯度装置。该装置通过结构的弹性变形传递力和运动，包括驱动器、一体成型的蒙皮与梁结构组成。在给定的结构拓扑形状下，为了寻找到最优的驱动、结构参数，本文系统化地提出了柔性变弯度后缘的设计框架。该设计框架包括了变弯度机翼外形参数化方法、变弯度气动外形的优化设计方法和结构参数优化方法，求解结构变形时考虑了几何非线性大变形，采用最小平方误差和考虑空间顺序的Fréchet距离来衡量后缘真实变形与目标变形之间的相似性。对比研究表明，最小误差距离不能捕捉到局部的噪声，而Fréchet距离可以很好地控制最大的变形误差，所需迭代次数较少，并能获得整体变形精度较高的结果。数值仿真验证了所提出的优化方法的有效性。本文对多种具有不同拓扑的初始结构进行参数优化，最大能提高91%变形精度。最后，利用增材制造技术实现了柔性变弯度后缘翼段，该部件具备下偏22.5°,上偏7.5°的变形能力。     

星载平面可展天线支撑桁架的结构效率优化

针对折展结构性能存在多指标且这些指标之间又相互制约的特点,把结构效率引入到可展结构的优化设计中,应用多因素正交试验法对一种空间可展开平板天线支撑桁架的优化问题进行了研究。对其关键几何设计参数进行了分析,建立了桁架结构的优化数学模型,以结构效率最大化作为优化目标,对可展桁架进行了结构优化,得到了支撑桁架各杆件的设计参数。结果表明:结构效率综合考虑了质量和刚度的影响,使结构质量和刚度同时得到优化;长宽比(l/w)是影响可展桁架结构性能的主要因素,对不同优化目标产生影响的次要因素有所不同;截面积对结构效率影响不显著(置信度p=90%),在相同杆长参数配置下,等截面可展桁架的结构效率仅次于变截面方案,但工程经济性最佳。该研究方法有助于在概念设计阶段从系统设计的角度进行空间桁架结构的快速设计与优化。     

大柔性飞机非线性飞行载荷分析及优化

 大柔性飞机在气动力作用下产生较大的弯曲变形,线性理论难以获得比较合理的载荷分析及优化解答。为了综合考虑结构气动非线性效应的影响,飞机结构由相互连接的几何非线性欧拉梁表示,升力面由顺来流方向沿展向分布的可压缩马蹄涡网络表示,通过多控制面协调偏转对飞行载荷进行优化。算例表明：随着变形增大线性分析结果将产生误差,最大误差接近20%;通过协调偏转升降舵与机翼上的4组控制面显著减缓了翼根弯曲载荷13.6%。得出以下结论：结构弯曲效应将导致升力损失,线性理论的分析结果将产生显著误差;多控制面协调偏转方法可有效减缓结构载荷。     

一种空间超大型可展开柔性聚光器

面向空间太阳能电站（SSPS）对大口径太阳能聚光器的应用需求,提出一种超大型、轻量化、高精度的空间可展开柔性聚光器的新构型。采取理论建模、计算仿真、优化设计相结合的方法对其抛物面构型原理、展开机构折展原理、展开态结构稳定性、动态聚焦精度等问题进行研究,并完成大口径可展开柔性聚光器的设计。提出了基于多层弹性花瓣镜体复合结构的大口径柔性聚光器优化创新设计方法。由于采用薄板柔索结构,本聚光器具有精度高、展收体积比大、质量轻、在线控制简单等优点,为空间太阳能电站千米级聚光器提供一种创新设计方法。     

压电智能反射面静态形状控制与作动器位置优化

为了提高反射面的精度,建立了压电智能反射面的形状控制模型,对该结构的力学建模方法、形状控制方法和作动器优化配置算法进行了研究。首先,将蜂窝夹层结构的压电智能反射面等效为多层复合板,根据虚功原理推导了结构的有限元方程。然后,根据建立的有限元方程,推导了反射面变形的均方根误差与作动器控制电压的关系式,以均方根误差最小为优化目标,建立了形状控制优化模型,将作动器控制电压的优化转化为约束优化问题的求解。最后,采用模拟退火算法对压电作动器进行了优化配置。为了验证形状控制的可行性及优化算法的有效性,以300mm口径的平面压电智能反射面为例进行仿真,分析结果表明,通过压电作动器的控制,可以使反射面的重力变形误差减小97%以上,对于给定数目的作动器,通过模拟退火算法优化,可使其布置在最佳的位置。     

变弯度机翼后缘偏心梁设计与验证

针对基板弯曲变形的变弯度柔性机翼后缘结构难以精确变形、承载差的问题，提出了一种多变形控制点偏心梁驱动结构，设计了偏心梁与柔性后缘结构连接。根据变形目标要求，通过ABAQUS二次开发的参数化非线性简化模型程序、粒子群算法程序对驱动变形控制点数量及位置进行了优化分析；通过载荷分析计算了偏心梁的变形控制点补偿位移。搭建了非接触测试系统测试了结构的变形。测试结果表明：结构偏转角度达到15°,变形后轮廓与变形目标吻合较好，翼尖处的最大误差在2 mm以内，结构驱动方案及优化方法可行。     

剪叉联动式双层环形桁架可展开天线机构设计与分析

为提高环形桁架可展开天线机构的刚度,提出了一种剪叉联动式双层环形桁架可展开天线机构,介绍了其具体结构及特点;对整体桁架机构进行了单元划分,将其分解为多个六面体可展单元,分析了整体桁架结构的运动过程及特点,并对六面体基本可展单元进行了结构分析与简化;基于反螺旋理论分析了六面体可展单元的自由度及运动形式,得到了其只有一个收展运动自由度的结论,最后建立了整体双层环形桁架可展开机构的仿真模型,模拟了整个双层环形桁架机构的收拢与展开过程,验证了其整体的可展性。     

复环桁架可展天线设计与力学分析

为了实现更大口径的展开天线,现有的单环周边桁架天线容易出现面外刚度不够,有必要进行改进.利用剪式铰展开单元,提出复环桁架天线结构方案,与已有的方案进行设计参数和工程可实现性比较.推导了剪式铰展开单元的刚度矩阵,进行剪式铰桁架天线结构的力学分析.利用广义逆矩阵理论,提出了一种切实有效的数学算法并构造了约束方程及其雅可比矩...     

大型深空测控天线副反射面控制技术

针对大口径、高频段深空测控天线主/副反射面变形引起的天线电性能下降问题,采用副反射面控制技术实现天线的电性能补偿。首先,在分析并联机构数学模型的基础上,结合并联机构坐标系定义,给出六自由度并联机构位姿的正、逆解;其次,根据变形后天线形状采用抛物面拟合法给出副反射面位姿与仰角的关系,这样在天线实时运动过程中,可根据仰角查找出副反射面位姿最佳工作点;最后通过六自由度并联机构正、逆解及控制算法控制副反射面到最佳位置和姿态上。理论分析和工程实践表明,副反射面控制技术通过控制副反射面中心到最佳焦点位姿上,可实现对天线电性能的有效补偿。六自由度并联机构控制具有自身承载力强,位置、姿态控制灵活等特点,适合于大型天线副反射面实时精密控制。     

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。     

复合材料薄壁加筋抛物面天线仿真与优化

采用Patran/Nastran有限元软件对复合材料薄壁加筋抛物面天线进行了建模和仿真分析。重点分析了反射面铺层方式、加筋结构形式以及加强筋铺层对抛物面天线基频的影响。分析结果表明:采用[0/45/-45/90]s铺层形式的反射面基频最高;增加径向和环向筋可大幅提高天线基频,其中加筋结构采用[0/30/90/-30]s铺层可进一步提高天线基频。通过有限元分析确定了基频最佳的复合材料抛物面天线结构,为制备薄壁加筋抛物面天线提供了指导。     

极化滤波反射面隐身天线研究

介绍了一种极化滤波反射面天线,将天线工程中的周期结构反射面技术应用于解决飞行器天线的RCS问题,采用由金属丝栅网构成的周期结构作为天线主反射面,使其对正交极化的来波具有良好的透射性,从而降低了天线的RCS。给出了此天线辐射方向图和雷达散射截面(RCS)的实测结果,并与普通金属反射面天线的结果进行了比较。     

改进升力线理论和风洞试验结合的气动弹性修正方法

为了考虑具有大展弦比、弹性翼面结构的飞机翼面结构弹性变形对气动载荷分布的影响。介绍了一种基于亚声速稳态定常流改进升力线理论与风洞试验相结合的大展弦比亚声速飞机的弹性翼面气动力分布载荷修正方法,本方法在飞机翼面载荷设计中,考虑了弹性变形的影响,满足了飞机设计规范中对结构载荷设计的条款要求,对静强度和疲劳设计都有直接影响,对刚度设计和气动力设计优化有重要的反馈评估作用。