大型空间可展开天线反射器研究现状与展望

大型空间可展开天线是卫星载荷重要的组成部分，是新一代航天器的关键产品。回顾了当今国内外大型空间可展开天线发展状况，介绍了多种典型的大型空间可展开天线反射器。总结分析了大型空间可展开天线反射器研制的关键技术。同时，对大型空间可展开天线，尤其是大于50 m的极大型展开天线反射器结构技术的发展进行了展望。     

面向天线在轨故障处置的RRR指向机构轨迹规划

为解决某星载大型可展开天线在轨故障,本文提出采用投影位移规划法,实现RRR 天线转动指向机构的位移轨迹规划。首先,基于串联机构D-H 法建立RRR 指向机构数学模型,并完成机构自由度、末端构件运动空间和力学特性分析;然后,建立机构反解,针对轨迹要求为二维连续位移轨迹的特点,提出采用投影位移轨迹规划法实现RRR 三自由度转动机构的位移轨迹规划;最后根据规划算法,结合任务各阶段目标要求,获得了以驱动力条件优化初始位置,保证各阶段运动连续的整体运动轨迹规划结果。通过地面在轨故障模拟处置试验,完成了轨迹规划方法的正确性验证,并最终成功指导在轨故障处置测试的实施。本文研究为大型展开天线在轨机械故障处置提供了重要借鉴,也为转动机构实现位移轨迹规划的研究提供了理论方法创新。     

大型网状天线展开指向精度测量方法研究

可展开天线研制过程中需对其进行地面展开指向精度测试以验证天线在轨实际指向性能.为了实现大型网状天线展开指向精度的地面测量,基于天线实际结构特点,从影响天线展开指向精度的因素入手,在建立的统一卫星坐标系分析模型下采用了一种基于展开臂、反射器和馈源阵等多个组成子部件单独展开指向精度直接测量的模式,并在各子部件测量结果的基础上间接分析得到天线的综合指向精度,最终不仅解决了目前对于大型网状天线展开指向精度在地面无法直接测量的难题,实现了其指向精度的间接测量,而且使综合测量精度优于0.01°,满足了高精度测量需求,研究结果对后续相关类型大尺寸天线展开指向的高精度测量和分析具有重要的指导意义.     

构架式可展开天线反射器模块化构型设计优化

针对构架式可展开天线反射器模块化构型要求, 基于螺旋理论分析了模块及多模块组网的自由度,采用模块组合思想降低了构架式可展开天线反射器结构设计复杂性。首先,在由四面体单元组成的构架式天线反射器结构基础上,利用3个相同构型的3RR 3RRR四面体单元构建平面模块,再采用模块间花盘与花盘连接方式组网形成构架天线反射器;其次,基于构架式天线反射器的可收展的期望运动,运用螺旋理论验证模块化构架式天线的可展性;最后,针对花盘姿态变化型综合,优化模块间连接运动副,使构架式可展开天线反射器收拢后达到最大收纳比。研究表明模块化构架式可展开天线反射器具有可展性,当模块间采用万向副连接时,组装的二圈模块化天线反射器为8自由度机构且能完全收拢。模块组网后的构架天线反射器具有收纳比高、自由度少的优点,在较少驱动下可使天线展开完全和展开可控,在航天机构领域具有良好的应用性。     

空间可展开结构中壳膜结构的建模分析研究综述

空间可展开结构的建模分析对于评判结构是否能可靠展开与正常工作是必不可少的。随着材料科学和计算机技术的发展，建模分析的内容也逐渐多样化，面临的求解内容也逐渐增多，但依然存在针对各类非线性问题分析较困难的情况。空间可展开结构的建模分析内容有热场导致的热致振动分析与航天器姿轨机动导致的等效外力载荷分析等。文章立足于将可展开结构中一种新兴的壳膜结构作为核心研究对象，查找了建模分析的相关资料，介绍了常用的有限元方法的优劣，综述了壳单元、膜结构单元建模的理论研究前沿与壳膜结构的建模分析研究进展，以及有限元软件技术的发展现状。结合空间可展开结构的建模分析研究，对目前常用的建模方法进行了概述，提出了发展中亟待解决的一些问题及可能的解决方法。     

大型空间可展开天线技术研究

大型空间可展开天线设计是一项极具挑战性的任务,与传统天线设计相比在很多方面都有所不同。文章首先介绍了大型空间可展开天线的结构特点和分类,然后从应用业务、工作频段、发射时间、供应商和天线类型五方面总结了大型空间可展开天线的应用现状,展望了发展趋势。最后讨论了大型空间可展开天线设计的关键技术问题,包括机械、热、电和测试等技术,可供我国大型空间可展开天线的研究参考。     

基于多神经网络的可展开网状天线型面调整方法

为在提高可展开网状天线型面精度的同时减少型面调整的工作量,提出了一种基于多神经网络的型面调整方法。通过分析新型张拉网状天线型面与调整索相关性与耦合机制,首次提出了型面调整策略。以10 m口径的新型张拉网状天线为例进行了数值仿真研究,调整后型面的均方根值从5.4×10^-3m降低到1.1×10^-3m,从而验证了方法的有效性。     

柔性自回弹天线反射器结构厚度的优化

文章以结构质量最轻为目标,对反射器一阶固有频率和外力作用下节点位移进行约束来优化柔性自回弹天线反射器的结构厚度。根据优化结果并结合实际工艺,给出了设计建议值。对优化前后的设计分别进行了正则模态和外力作用下收拢时的非线性分析,验证了设计改进的可行性。     

环柱式天线展开过程耦合动力学分析

针对环柱式天线展开过程中斜拉绳索释放运动与桁架展开运动之间耦合动力学分析困难的问题,采用非线性欧拉梁单元对斜拉绳索建模,基于几何精确梁理论对环形桁架建模,提出了环柱式天线多体系统模型,实现了结构展开过程中绳索释放与桁架展开耦合动力学的精准仿真,揭示了绳索柔性等因素对桁架伸展起阻碍作用的机理。仿真结果表明,在环柱式天线展开过程中,减小绳索模量,降低绳索直径,采用单绳索分布设计,有利于提高桁架的展开稳定性。另外,绳索柔性对桁架展开中间阶段影响最为显著。该分析结果为环柱式天线在轨展开动力学预示和优化设计提供了指导作用。     

星载环形天线柔性体约束特性分析

针对星载环形天线结构复杂、设计仿真难度大的特点,对其发射阶段收拢状态和工作阶段展开状态的柔性索网系统的柔性体约束特性进行定性分析,得出星载环形天线仿真设计难点在于:大规模松弛柔性体约束的建模仿真;大规模张紧松弛并存柔性体约束的状态准确测量、建模仿真及重力影响评价和消除。提出了大规模松弛柔性体规避钩挂缠绕的设计原则,并总结了针对星载环形天线的柔性体建模仿真需要进一步开展的研究工作,以期更好地推动星载环形天线的研究,为后续工程研制和学术研究提供方向性依据。