肋网式可展开抛物面天线的网面整体成形方法

为使天线反射网面安装操作步骤更加简洁高效,研究一种适用于中小口径肋网式可展开抛物面天线的反射网面整体成形方法。通过强制拉伸实现对柔性网面的张力赋予,以直观的位移量替代张力值。平面裁剪得到一片平面网面,将整片网面张拉至天线支承肋,并与肋缝制连接,实现反射面成形;根据设计抛物面天线的口径和焦径比,分为平面和圆台面网面进行张拉成形;对采用平面整体成形的0.5 m口径天线和采用圆台面整体成形的3 m口径天线进行成形过程的有限元仿真,其反射面型面误差RMS≤1.0 mm;研制了一台口径为3 m、焦径比为0.56、具有36根碳纤维复合材料豆荚形截面肋的可展开缠绕肋天线样机,测量型面误差RMS≈0.8 mm。结果证实,所研究的网面整体成形方法高效可行。     

环向张拉弹性肋可展结构概念与初步分析

针对反射面型面精度有较高要求的空间可展天线,设计出一种环向张拉弹性肋可展结构,通过可展桁架的变形实现结构的展开与收纳。展开状态下,环向索与反向张力索的拉力使弹性肋发生弯曲变形,将反射面分割为含有曲线边界的网格,从而提高反射面型面精度。结构具有较高的对称性,将反射面支撑结构部分的整体受力机理简化为单根大变形梁横向力作用下的弯曲变形问题,便于对天线型面进行精度的优化设计。采用遗传算法,以可展天线结构可能达到的型面精度为目标函数,对其几何参数及索力分布进行数值优化,并对设计变量的影响效果进行分析。结果表明:采用变截面梁作为弹性肋对型面误差的降低较为有效,反射面型面精度与天线焦径比、弹性肋数目等因素有关。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

基于Anristu 37347D矢量网络分析仪的雷达反射面天线远场测试系统

天线测量系统的设计必须充分考虑待测天线的结构和电性能指标,并以此为依据决定测试方法和系统配置,才能使系统满足测试要求。本文详细介绍了雷达反射面天线远场测试系统的配置和关键问题,详细分析了反射面天线远场测试系统的实现方法。     

肋的几何参数对网格式肋化通道的传热与总压损失特性的影响

通过10个实验模型研究了肋宽与肋间距之比t/p以及肋宽与肋高之比t/e对网格式肋化通道的换热与总压损失的影响。实验模型分为两组:第一组5个45/45模型是由两块肋向角分别为45°与-45°的肋化板形成的;第二组5个45/60模型是由肋向角分别为45°和-60°的两块肋化板形成的。模型的t/e分别为0.25,0.30,0.50,t/p分别为0.25,0.33,0.50。在雷诺数为0.5×105～1.5×105时,t/e=0.30与t/p=0.50的模型换热效果最好,但同时压损也最大。45/45模型与45/60模型的换热效果没有明显的区别,但后者的压损却是前者的近两倍。根据实验数据拟合得到了有关参数的准则关系式。      

新型超宽带共面波导结构天线的设计

设计了一款共面波导馈电的新型超宽带平面天线,该天线印刷在介电常数为4．4的FR4覆铜介质基板上,尺寸为20mm×30min×1．2mm,利用仿真软件HFSS对天线参数进行优化仿真。调节辐射贴片上各枝节的长度与宽度,通过不同谐振点的耦合来展宽频带宽度,可实现天线频带宽度为3-11．7GHz（S11〈-10dB）,相对带宽达到119％。按照优化尺寸对天线进行加工,实测数据与仿真值基本吻合。结果表明,该天线不仅可以实现超宽频带,而且结构简单,尺寸小,易于集成。     

碳纤维天线反射面的刚度仿真

从刚度设计的角度出发,对碳纤维复合材料天线反射面采用交叉和对称铺层,建立了11种纤维铺层方式的有限元模型,利用MSC.Marc软件分析了天线反射面在风栽荷作用下的变形,结果表明,[90/45/0/-45/(A)]s的蜂窝夹层板具有最小的变形.     

带三角形V肋和反向V肋内冷通道强化换热机理研究

为了研究Ⅴ型肋分布形式和截面形状对带肋通道表面的换热强度和流动结构的影响,采用瞬态液晶实验和数值模拟相结合的方法,对截面形状为三角形的Ⅴ肋和反向Ⅴ肋在不同雷诺数工况下的表面换热系数分布规律进行了研究,并分析了Ⅴ肋和反向Ⅴ肋诱导产生的肋间涡的发展特性,并与传统矩形截面肋结构进行了对比分析。结果表明:带肋通道表面换热系数随雷诺数增大而增大;正向Ⅴ肋后换热系数呈"心"型分布,在一条肋两支之间诱导一对涡,并沿流向向两侧发展,三角形截面肋的高换热区更集中于中线;反向Ⅴ肋后换热系数呈"八"字型分布,在一条肋两支外侧诱导对涡,沿流向向中间发展,且三角形肋的展向范围更大。三角形截面肋的换热强于矩形截面肋,且当入口雷诺数低于2.5×104时,三角形反向Ⅴ肋的换热效果最好。     

网格式肋化通道换热与总压损失特性研究

通过两个实验模型,对矩形网格式肋化通道的换热与总压损失特性进行了实验研究。模型通道的两个宽边是由铝板机械加工而成的肋化壁,两个短边是由胶木板制成的绝热壁。肋化壁上肋与通道轴线所形成的锐角定义为肋向角α,第一个模型的两个宽边上的肋向角分别为45°和-45°(简称45/45模型);第二个模型两宽边的肋向角分别为45°和-60°(简称45/60模型)。两个模型的肋宽与肋间距之比t/p=0.25,肋间距与肋高之比t/e=0.30,肋高与通道高度之比e/H=0.50,即两个肋化壁的肋尖相互接触,从而形成网格式通道。实验表明当雷诺数在0.5×105～1.2×105范围内变化时,网格式内冷通道换热效果比光滑通道提高了5～9倍,但伴随的总压损失增加了3个数量级。      

高精度碳纤维复合材料反射面型面精度仿真分析

为全尺寸反射面的实际成型提供理论依据,本文通过建模仿真重点分析了外蒙皮装配偏差、自重及成型和使用温度差对反射面工作面型面精度（R. M. S）的影响。结果表明,当外蒙皮装配偏移量在0.5mm内时,其反射面工作面理论R. M. S值的变化量为0.47μm;在成型放置状态下,反射面11 kg自重其工作面理论R. M. S值变化量为0.55μm;反射面夹层结构的成型和使用温度差110℃,反射面工作面的理论R. M. S值变化量为17.79μm。     

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。     

带肋横流对凹槽孔气膜冷却特性影响的机理研究

为了探究带肋横流对凹槽孔气膜冷却特性的影响,运用Realizable k-ε湍流模型,对光滑通道、45°肋通道和135°肋通道进气的凹槽孔进行了数值研究,吹风比为0.5、1.0和2.0,主流和横流的进口雷诺数分别为1×104和1×105.结果表明:45°肋通道与光滑通道在气膜孔内具有相似的螺旋流动,但其流量系数相比光滑...     

多层反射纳米隔热材料的制备及性能研究

制备了超薄纳米隔热材料和高反射金属箔,并组合成多层反射纳米隔热材料.结果表明:制备的超薄纳米隔热材料表面平整、厚度小于0.5 mm,材料的孔和粒径为纳米尺度;制备的金属膜结构紧密,厚度满足设计要求,在中心波长附近平均反射率高于95%.典型多层反射纳米隔热材料室温热导率为16 mW/(m·K).     

垂直横流通道内槽型截面孔气膜冷却特性数值研究

为了揭示燃气透平动叶内部横流通道对不同截面形状气膜孔的影响机理,采用数值方法对比研究了典型扇形孔和槽型截面孔在垂直横流通道内的气膜冷却特性。四种槽型截面孔包括2种梭型扩张孔(上游壁外凸、下游壁外凸)和2种半圆侧壁矩形扩张孔(计量段截面宽度1.7D,2.0D),气膜孔直径D均为3mm。三种垂直横流通道均为8D×4D矩形通道,分为无肋光滑通道、45°和135°带肋通道,肋间距与孔间距均为8D。数值结果表明:在中高吹风比下,四种槽型截面孔的气膜冷却效果均显著优于扇形孔,光滑通道中差距最大,45°肋通道中差距最小,其中大截面宽度矩形扩张孔的气膜冷却效果在三种横流通道中均最高。由于强的横向扩张,下游壁外凸的梭形扩张孔的气膜冷却效果受横流影响弱,在三种横流通道中的变化幅度最小。四种槽形截面孔的展向平均气膜冷却效果在45°和135°带肋通道中变化均不大,即肋角度对槽形截面孔气膜冷却效果影响较小。四种槽型截面孔中高吹风比下的出流系数在无肋通道中均高于扇形孔,在带肋通道中五种孔型的出流系数差别很小。