模块化空间可展开天线支撑桁架结构的热-结构分析

对模块化空间可展开天线支撑桁架结构进行空间热交变环境下的热 结构分析,为天线结构因热致变形影响形面精度和网面稳定性提供合理的防护建议。采用ANSYS APDL有限元软件建立了大口径模块化空间可展开天线支撑结构的精细化数值模型,基于已有试验分别验证了模块化可展开天线结构有限元建模和热分析模型的正确性;分析了在瞬态温度场作用下约束位置等参数对支撑桁架弦杆及拉索应力的影响和热致变形规律。研究结果表明：空间可展开天线结构的应力和变形随时间历程发展与瞬态温度场变化趋势基本一致;同一瞬态温度场下,天线结构中心模块拉索热应力最大,同圈模块的弦杆热应力幅值基本相同,其上弦杆热应力逐圈增大,而拉索热应力逐圈减小;天线结构热致变形在距离约束最远端处整体累计值最大,上层中心点处累计热致变形可达15mm左右,对天线形面精度的影响不可忽略;将天线支撑桁架结构最外侧且距离结构中心最近的模块顶角和与相邻模块竖杆拼接处作为星载天线伸展臂约束时,天线结构的热致变形最小。将该处作为模块化空间可展开天线的展开支点,并建议对天线支撑结构表面采用涂刷隔热防护复合材料涂层等防护措施,以增加天线结构在太空极端环境的适应性,从而减小温度交变对天线整体形变和网面精度的影响。     

空间可展开天线铰链热变形分析与试验验证

在轨热变形是影响空间可展开天线精度的关键因素之一,因此,空间可展开天线结构的在轨热变形分析具有十分重要的意义。随着空间探测任务要求的不断提高,铰链热变形对空间可展开天线指向精度的影响已经不可忽略。以某空间可展开天线的根部铰链和臂间铰链为研究对象,建立其有限元模型,计算铰链主弯方向和侧弯方向在温度每变化10℃时相对角度的变化。基于高低温箱和电子经纬仪构建铰链精度测试系统,开展铰链热变形试验。试验结果表明：根部铰链和臂间铰链在主弯方向和侧弯方向呈现纯结构热变形特性,仿真结果与试验分析结果基本一致,验证有限元模型和试验分析方法的正确性。根据铰链主弯和侧弯方向角度相对变化,评估热变形对铰链变形的影响。该建模和试验分析方法可为同类型空间可展开天线设计、分析和优化及类似可展开机构精度影响因素的分析提供参考。     

星载微带阵天线的热变形分析及实验验证

文章对星载微带阵天线的结构特性进行了研究，针对非对称蜂窝夹层板建立了具有拉-弯耦合效应的力学方程，进行了热变形分析。为了验证分析结果，设计了常压高温下的热变形实验，介绍了实验方法、数据采集设备及实验步骤等。实验结果表明，计算结果与实际变形情况相符性较好，从而验证了天线板设计的合理性和有限元模型的正确性。     

可展桁架天线温度场和热变形分析

对一个可展桁架式抛物面天线,利用有限元法,将可展支撑桁架划分为一维辐射-导热杆单元,将反射面划分为二维辐射-导热三角形膜单元,以此模型,计算和分析可展桁架天线在空间环境中的温度场和热变形,得到了可展桁架天线温度场和热变形特点,以及可展支撑桁架对天线整体温度场和热变形的影响.     

基于分割法的抛物面固面天线热变形抑制

为满足未来高分辨率微波遥感航天器对于大口径高形面精度的空间可展开天线的需求,提出了一种能有效降低偏馈固面天线在轨因热变形造成形面误差的新方法,即分割法。采用5 m口径的偏馈固面抛物面天线,分析了天线热变形对其电性能尤其是主波束效率的影响。对连续固面天线六点支撑下不同支撑位置对其热变形的影响进行了研究。在温差为200℃的均匀温度场下,分析了不同形状单胞的形面误差,随后确认采用正六边形作为分割单胞并对其形面误差与尺寸的关系进行了研究。研究了分割单胞的尺寸及排布方式对天线的形面误差及电性能的影响,并验证了分割单胞之间的缝隙对天线电性能的影响,最终确定分割方案。结果显示,分割后天线形面误差从500μm降低至5μm,主波束效率下降值从6.72%下降至1.77%。     

展开桁架天线热致振动数值分析

对一展开桁架抛物面天线, 利用有限元法, 建立瞬态热平衡方程, 针对空间天线和热致振动的特点, 提出温度场在时间域上收敛于正确解和稳态解的收敛准则; 利用节点温度, 模拟热动力荷载, 对天线典型节点热致振动位移和天线形面精度进行了数值分析. 研究表明, 热致振动发生在热动力荷载急剧变化的初时阶段, 合适的阻尼和结构形式可以消除热致振动; 结构的热致振动响应, 主要集中在结构固有振动特性中的各向主振动; 由热致振动引起天线形面精度误差, 呈现由急剧振动趋于静态的特性, 但初始的振动幅值较大.     

大型星载Ku波段波导缝隙阵列天线 ——宽频带设计及热变形分析

高度计波导缝隙阵列天线是高增益、低副瓣天线子系统, 其宽频带、窄波 束等特点对天线设计将提出较高要求. 天线阵面较大, 在空间环境冷热交替 的作用下会发生形变, 因此, 有必要研究形变对天线电性能的影响. 本文采 用天线阵分区馈电、波导中心馈电以及加载元件等技术, 解决了天线宽频带 设计问题, 并针对热变形问题, 提出一种分析天线热变形对其电性能影响的 新方法. 现已加工出8×10阵列天线实验件, 实测结果表明, 1.3以下 驻波带宽为340MHz, E面副瓣电平为-25.9dB, H面副瓣电平 为-27.2dB, 满足实际要求, 验证了设计方法的有效性.     

空间对接机构结构锁的优化设计

结构锁是实现两航天器空间对接的机电装置.本文在分析结构锁的5种机构方案优缺点基础上,通过优化比较选择了结构简单、自锁可靠的偏心轮加凸轮机构;然后对其在摆正阶段和拉紧阶段进行参数优化,其中在拉紧阶段又分别以负载最大扭矩最小、消耗最大功率最小和动作时间最短3个目标对偏心轮方案的结构锁参数进行了优化设计.结果证明: 经过优化的方案消耗能量最少.     

空间相机桁架支撑结构满应力优化设计与试验

针对空间相机桁架式支撑结构在设计过程中难以同时保证重量轻且刚度高的问题, 提出了采用满应力方法对桁架杆截面进行优化设计的思想. 以桁架杆重量最低为优化目标, 桁架杆自重变形和桁架的一阶固有频率为约束条件, 桁架杆截面的内外径为优化变量, 建立了基于满应力准则的优化模型. 经过优化, 桁架杆截面的外径为50mm, 内径40mm, 质量6.1kg, 一阶固有频率121Hz. 采用有限元法对优化结果进行模态校核和重力变形校核, 同时为检验碳纤维复合材料的热稳定性, 对桁架组件进行了热变形分析, 得到次镜的偏心和偏转均满足光学设计要求. 对优化设计出的桁架组件进行了0.2g扫频试验以及尺寸稳定性试验. 试验结果表明, 桁架组件一阶固有频率119Hz 与理论分析结果基本吻合; 在45N外力载荷和15°C均匀温升载荷的作用下, 桁架稳定性能良好, 次镜的偏心和偏转均小于5", 满足光学设计要求. 优化设计出的桁架支撑结构具有刚度高、尺寸稳定等特点, 这为实现空间相机向大口径、长焦距、轻型化方向发展奠定了研究基础.     

卫星结构悬浮式设计方案的热变形抑制作用分析

基于阻尼柔性连接装置的卫星结构悬浮式设计方案旨在既不降低结构完整性和支撑强度,又能为热应力提供释放空间,同时提供较高的阻尼以保证结构的振动抑制要求。文章从柔性连接的热应力释放机理出发,分析了影响卫星结构(主要是敏感仪器)热变形的主要因素,并且给出了复杂结构的设计准则。理论分析结果表明结构悬浮式设计方案可以有效改善敏感仪器的热变形情况,并且可以通过调整各部分的刚度来获得不同的抑制效果。最后通过实例证明了这种分析方法的有效性。     

星载大型平板缝隙天线结构设计及热变形分析

以空间应用需求日益广泛的大型平板缝隙天线为研究对象, 介绍了其结构组成. 为减小天线热变形, 对天线外侧4个安装角的连接方式做了改进设计, 并在极高温和极低温两种工况下进行热变形分析, 得到改进前后两个方案的变形结果. 在极高温工况下, 天线阵面Y向热变形均方根值从改进前的0.52 mm减小到0.3 mm; 在极低温工况下, 天线阵面热变形均方根值从改进前的0.35 mm减小到0.1 mm. 结果表明改进后的方案满足设计要求, 从而确保了天线在轨电性能的指标.     

有限元法在空间飞行器天线反射器热分析中的应用

有限元方法是求解对热稳定性要求较高的空间飞行器部件温度场的一种行之有效的方法。文章给出了空间飞行器天线反射器热分析的有限元求解方法,应用有限元法计算了某卫星抛物面天线反射器的在轨稳态和瞬态温度场,为进一步的在轨热变形计算以及热控方案的选择提供了必要的温度数据。     

天基激光测距载荷单反射镜组件柔性设计与力热稳定性分析

针对激光通信与测距一体化星间链路载荷轻小型单反射镜组件进行结构设计与力热稳定性研究,开展单反镜柔性支撑机构优化设计,根据运载力学环境与在轨力热环境工况,对反射镜组件进行光机集成分析,验证光机结构的在轨力热稳定性.分析结果表明,双层圆弧形槽口柔性支撑结构在温度拉偏后反射镜的面型精度均方根（RMS）可达λ/72,基频模态为417.93Hz,满足指标要求.进一步对反射镜组件进行动力学分析,随机振动分析结果表明,反射镜加速度响应均方根为11a_rms,满足3σ准则.通过0.2g正弦扫频试验验证了有限元模态分析相对误差为2.23%,实验结果表明,反射镜组件柔性支撑设计合理,力热稳定性分析结果基本准确可靠,满足工况要求.     

非相干散射雷达的空间碎片参数统计分析

采用匹配滤波方法处理了非相干散射雷达的原始采样数据(时长约7h), 共检测到394个空间碎片, 估算了其轨道高度、径向速度、散射截面、等效直径及径向加速度等参数, 统计分析了这些参数的变化特征, 得到穿过雷达 波束的空间碎片流量约为60h-1, 信噪比为10～1000, 空间碎片主要分布在600～1100km和1400～1600km两个高度区间, 散射截面 10-5～10-2m2, 等效直径3～10cm, 径向速度-1.5～1.5km·s-1, 径向加速度20～90m·s-2, 这对于中国的空间碎片探测与研究具有重要参考意义.      

基于分形的宽带漏波天线研究

设计了一种新型的具有宽频带特性的微带平面漏波天线.该天线由基片集成波导喇叭、抛物面结构和一组30×10单元的微带贴片阵列组成.分析比较了普通贴片和分形结构贴片天线的带宽和辐射特性,发现具有分形结构单元的天线具有更宽的频带和更好的辐射特性.仿真结果表明,采用Minkowski准分形结构贴片单元的漏波天线在18～22GHz内回波损耗都大于10dB,带内增益可达17dB.实测结果表明,天线在18～22GHz内回波损耗大于10dB,在20GHz增益为14dB,适合于卫星应用.这为将其用作对地观测卫星数传天线提供了新的理论支撑.该新型微带平面漏波天线具有高增益、宽频带、小体积、轻质量和波束扫描等优势,可作为航天器天线的优选.     

氧气A(0,0)波段气辉体发射率和临边辐射强度模拟与分析

临近空间大气参数如温度、密度、风场等对预报模型精度及航天器运行安全等有较大的影响,而气辉的辐射模拟是大气参数反演的重要过程.本文基于光化学模型计算了氧气A（0,0）波段气辉的体发射率和临边辐射强度.基于氧气A（0,0）波段气辉的光化学反应机制、大气动力学和光化学反应理论,建立产生O₂（b¹Σ_g⁺）的光化学模型.计算气辉体发射率,基于临边探测几何路径进行气辉辐射强度模拟.体发射率计算结果与AURIC模型结果的辐射值及辐射高度均一致.基于计算和模拟结果,对氧气A波段气辉体发射率和辐射强度的影响因素进行了分析.