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。     

用于网状展开天线的一种新型反射网面成形与保持方式

简要分析了辅助牵引西式、辅助肋式、张力索网式网面成形与保持方式的特点及适用范围，重点介绍和分析了一种称作“辅助枝肋”的网面成形与保持方式，该方式在网面调整和形面保持方面具有一定的优点。经“九五”期间研制的4．2米展开天线原理样机的试验证明，该方式面精度调整较容易，可以用于面精度要求较高的网状可展开天线。文中结合原理样机反射网面的研制过程，给出了该方式的有关分析计算公式，介绍了网面调整方法和应用效果。     

型面可调整反射器结构与调整技术概述

文章针对星载固面天线型面制造精度难以提高与反射器在轨型面精度不可调整两方面问题，调研了国内外型面可调整类型反射器的研究状况，列举并分析了国内外几种可调整反射面的结构形式，最后对离散点式可调整反射面的调整技术如调整装置的分布、各调整装置调整量的大小等关键技术进行了分析。     

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。     

星载构架式可展开天线形面的分析与优化设计

文章指出了影响构架式可展开天线形面精度的关键因素。提出了在不改变天线质量特性的前提下,通过分解反射网面单元,缩短了网面单元的边长,从而提高了反射面理论形面精度的简易优化方法。对于口径10m以上的天线,提出了双层网设计、大模块组装的优化方法,并进行了可行性分析。     

伞型网状可展开反射网面节点布局设计计算

给出了主要设计参数与设计目标；阐述了影响反射网精度的主要因素及误差分配；为对曲面的造型误差进行计算分析，建立了分析用模型，最后给出了结果分析及建议。     

轴对称分布多集中载荷作用下的圆薄板变形

传统的设计与分析中,大型网状可展开天线的金属网都作为薄膜看待.当薄膜张紧在曲线边界上时,必然形成负高斯曲率曲面,即反枕效应,使天线反射面型面精度降低.为了减少反枕效应的影响,通常的方法是减小曲线边界所围区域的面积,例如增加径向肋天线肋的数量,或者增大张力索网天线的网格密度,这些措施都增加了天线的复杂程度,带来重量的增加、加工难度的增大和展开可靠性的降低.在曲线边界所围区域中对金属网施加横向集中载荷,可以缓解反枕效应的影响,但由于金属网的薄膜特性,载荷施加点附近的曲面仍为负高斯曲率曲面,使的反射面型面精度的改善受到限制.文章研究一种具有一定弯曲刚度的薄膜材料,力求使用较少的牵引点达到良好的型面精度.分析采用弹性力学和板壳理论的基本理论,首先建立圆薄板在横向受到轴对称载荷作用下的变形方程,结合边界条件求出挠曲线的精确解析解.改变薄板的弯曲刚度,研究不同弯曲刚度的圆薄板在不同载荷分布下的挠曲线,并与标准抛物线进行比较.研究结果对提高网状可展开天线型面精度提供了一种新的选择.     

伞型网状可展开反射器网面节点布局设计计算

给出了主要设计参数与设计目标;阐述了影响反射网精度的主要因素及误差分配;为对曲面的造型误差进行计算分析,建立了分析用模型,最后给出了结果分析及建议。     

赋型天线反射面的成型质量检测与评价方法

针对赋型天线反射面的测量和精度评价提出了一种有效的数据处理方法,其基本原理是利用双三次插值拟合算法,将理论离散数据和测量离散数据拟合成两个用函数展开式表示的曲面,通过两个曲面上对应点的轴向误差来评价赋型反射面的型面精度,并通过推导离散点的轴向误差和均方根误差公式,建立了赋型天线反射面最佳拟合匹配的判据。     

制导工具误差折合精度影响因素分析

制导工具误差折合是导弹精度评定中的重要问题,其中最关键的技术问题是工具误差的折合精度问题。本文分别对用公式法求取误差折合系数时影响精度的各种因素从理论上进行了系统分析,并得出了外测误差精度、采样点数和弹道特性是影响折合精度的主要因素的结论。仿真计算结果表明了理论分析的正确性,为后续提高误差折合精度指明了方向。     

空间可展开天线结构研究进展

扼要综述了空间可展开天线结构的发展及目前的国际动态,叙述了空间可展开天线结构、设计及分析中的主要研究课题及其目前的进展。指出“把多体动力学与有限元法相结合的综合动力学建模法”、“辩识模型后,用预测控制和优化的思想进行展开过程控制”、“用多约束优化法调整网状天线反射面形状精度”等是适合我国目前状况的较好方法。     

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。     

三轴指向机构的装调校准

文章描述了一种三轴指向机构的装调校准方法。机构的结构方案为3个转动单元通过支架连接而成,运动中3个转动单元的转轴始终相交于反射器的焦点。通过对零位状态下的机构装调校准方法的详细论述和单元转轴转角Rx、Ry的计算及调整,使机构满足其几何条件,即3个单元轴线相交于一点。最后对机构零位标定进行校验,验证机构在任意状态下3个转动单元的转轴始终相交于一点。     

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.     

反射面天线机电耦合分析及实验验证

针对反射面天线分析设计中存在的机电分离问题,使用结构分析软件得到天线面板的 结构变形,将变形转化为相位差引入天线远区电场公式中。通过推导的网格转换矩阵,在结 构网格的基础上完成天线远区电场的计算。同时根据半功率波瓣宽度预估方向图的离散精度 。利用某3.7米卡氏通信天线进行了验证实验,试验结果表明本文方法是正确有效的。与软 件集成的分析方法相比,该方法不但电磁分析精度较高,而且分析时间更短。
     

星载赋形反射面数传天线优化设计

为了使星载赋形反射面数传天线的波束形状满足设计要求,应用Minimax算法对其进行了优化设计。首先基于几何光学原理得到反射面中截线的初始形状,然后采用Newton插值函数对中截线进行拟合并把插值函数的系数作为优化变量,最终利用Minimax算法对优化变量进行调整来使获得理想的赋形波束。通过对一个X波段赋形反射面天线优化结果的分析及与基于几何光学原理综合算法所得结果的对比,表明此方法的有效性和优越性。数值仿真结果表明：该方法能够保证覆盖角域内任意一点的增益均高于设计指标要求。     

大型反射面的充气展开动力学研究

为了掌握大型反射面从收拢状态到完全展开状态的动力学特性，采用气囊模型和控制体积(CV)法对反射面的充气展开过程进行研究。建立了包含中心轮毂、肋板、支撑杆、薄膜圆环和张拉绳的反射面有限元模型，提出逆解法获得折叠收拢状态下反射面的节点坐标，给出了充气展开动力学分析流程，获得了恒定充气速率下展开过程中圆环充气体积、环内压力等参数与展开时间的变化规律。结果表明，采用充气技术可进行大型反射面有序可控展开，反射面的充气展开过程分初始收拢状态、解锁释放、肋板展开、保压稳定四个阶段，地面充气展开试验结果验证了仿真分析的准确性。     

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。