高性能TWF复合材料力学性能研究

为满足星载可展开天线反射器实现大口径、高精度、轻质量、大收纳比的目标,利用碳纤维三向编织物(Triaxial Woven Fabric-TWF)作为增强材料,与柔性基体材料硅橡胶复合,制成兼具一定柔性和刚性的复合材料壳膜结构,作为可折叠展开的卫星天线反射器。本文对硅橡胶基TWF 复合材料进行了力学性能的研究。对TWF 选取合适的体积重复单元-单胞,建立其实体有限元模型;进行了两次等效,首先由纤维和基体的材料特性得到等效纤维束的材料特性参数;然后由单胞的均匀化有限元分析,得到等效的整个TWF 复合材料特性参数,其中均匀化分析的重点为施加周期性边界条件。最后,分析了纤维体积含量对材料性能的影响。本文对该材料进行力学性能的研究,为其未来应用于大型可展开高精度天线反射器提供理论依据。     

柔性基体TWF复合材料弹性性能研究

利用碳纤维三向编织物（Triaxial Woven Fabric TWF）作为增强材料，与合适的柔性基体材料（例如硅橡胶）复合，制成兼具一定柔性和刚性的碳纤维三向编织物复合材料壳膜结构，作为可折叠展开的卫星天线反射器，是一种新型的高精度可展开天线实现方案。文章对采用硅橡胶的TWF复合材料进行了弹性性能的研究。采用细观方法，通过研究纤维和基体之间的相互作用，确定复合材料宏观力学性质与组份材料特性及细观结构之间的定量联系，对表征编织复合材料结构特性的三维单胞进行了均匀化有限元分析，最终将得到整个复合材料的弹性模量。首先，考虑纤维束交织情况（起伏波动）对单胞进行了精细几何建模，通过混合规则得到纤维束的材料特性；接下来，对单胞进行了有限元的分析，施加周期性边界条件，应用均匀化的方法通过6个独立加载分析得到体积平均应力、应变，从而得到刚度矩阵，最终获得工程常数。目前国内外对于柔性基体TWF复合材料的研究较少，对该材料弹性性能的研究，为今后该材料性能的进一步深入研究打下了坚实基础。     

星载大口径反射器组件双向调节低应力装配胶接技术

大口径高精度反射器天线是夺取制信息权和制天权卫星的核心单机,其性能直接影响到数据反演的精度和准确度.大口径高精度反射器的性能核心指标在于反射面成型精度及反射面型面精度稳定性两方面,目前大口径高精度反射器研制的精度指标仍存在不稳定问题.文章提出了一种型口径大于1.5 m的星载大口径高精度反射器的低应力胶接装配技术.通过设计一种双向自由调节装置,保证反射器本体型面自由支撑状态下,通过调节背部接口,完成组件装配,最大限度降低反射器本体型面受力,降低反射器组件装配过程受力对型面精度的影响,确保反射器成型型面的高精度成型,实现反射器组件的低应力胶接装配.最终产品型面精度相较于本体精度,仅降低了不到0.012 mm r.m.s,相较于传统大口径高精度反射器胶接装配型面精度损失达0.03 mm r.m.s以上,该技术方法对高精度反射器成型具有显著提高.     

一种新型伞状天线反射面研究

为设计和研制高精度伞状天线碳纤维三向编织反射面,选取碳纤维三向编织反射面为研究对象,通过试验获取了碳纤维织物的材料属性,设计了不同结构形态、不同加强筋方案的天线反射面,建立反射面有限元模型进行重力变形仿真,探索重力场下天线型面精度与反射面形态的关系,获取了最优的反射面设计方案。优化结果表明,多边形口径反射面相比圆形口径反射面型面精度提高了99.95%,在多边形口径反射面上设计环向加强筋可使型面精度进一步提高3.4%,为反射面的结构设计提供参考和依据。     

星载柔性复合材料壳面可展开天线研究进展

柔性复合材料壳面可在一定曲率半径范围内弹性弯曲收纳,展开后具有一定的自支撑能力,可为星载可展开天线研制提供新型解决途径.随着高应变薄壁碳纤维复合材料结构的发展,关于柔性壳面可展开天线的应用研究日益增多.综述了几类典型柔性壳面可展开天线反射面实现形式,分析了影响柔性壳面可展开天线发展的关键技术,为该类型天线反射面的研制提...     

星载环形天线结构及其应用综述

环形可展开天线是星载大口径、超大口径可展开天线的理想结构形式,受到越来越多的重视和应用。目前,已经有Astromesh系列环形天线、Harris环形天线、EGS环形天线、双层桁架环形天线以及锥形桁架环形天线等多种展开形式的环形天线。不同展开形式研究主要集中在高收纳和高刚度问题,以实现环形天线的大口径和高型面精度。环形天线已经发射在轨有11个,其中10个成功展开并投入使用。随着航天技术发展对星载大口径天线需求的日益增长,环形天线具有广阔的应用前景。     

星载高精度激光平移反射器设计与实现

为了实现星载激光雷达高精度指向确定,文章提出了一种高精度激光平移反射器的设计方案与实现方法.在设计中综合考虑结构力学稳定性、热稳定性和轻量化等因素,应用挠性支撑、胶隔离连接等方案保证激光平移反射器出、入射光轴的稳定性要求;选用碳纤维/环氧树脂复合材料实现激光平移反射器的轻量化设计,并通过碳纤维的对称铺层控制棱镜支撑筒的...     

大型环形可展开天线反射器展开控制技术

大型环形网状可展开天线是卫星新型的天线载荷之一,其展开和收拢状态下的体积与重量都明显高于目前的星载天线。在发射阶段,天线需牢固可靠的收藏于卫星本体,卫星入轨后反射器需由收拢状态还原到全展开状态。大型环形网状可展开天线的反射器展开控制器是反射器展开的核心控制部件,它要实现反射器由收拢状态还原展开到位的全部控制过程。本文介绍了大型环形网状可展开天线反射器展开控制器技术的一种方案。     

弹簧驱动的剪式铰可展开天线设计与分析

空间可展开天线是现代卫星通信、地球观测、深空探测等航天和国防领域的关键设备之一,现正朝着高频段、高增益、高精度与大口径的方向发展。剪式铰可展开天线在周边桁架天线的基础上,结合张拉整体结构的特性设计而成,使用弹簧驱动的剪式铰结构形成自驱动展开结构。对其结构设计原理、不同口径下形面精度以及展开过程运动性能的研究和分析表明,该天线收拢体积小、形面精度高、质量轻,可用于制作大口径、高精度的空间可展开天线。     

复合材料副反射器模具的设计和制造

采用碳纤维复合材料制造天线构件可减轻天线重量,提高天线性能。讨论了研制天线副反射器采用低膨胀合金（殷钢）模具材料的必要性。通过对模具材料的选择、模具结构分析及加工工艺研究,论述了碳纤维复合材料副反射器模具的设计和制造。在制定合理、先进的工艺规程基础上,解决了模具制造过程中殷钢材料切削加工和热处理工艺等工艺技术难题。研制出的碳纤维复合材料天线副反射器模具表面精度达0.028mm（r.m.s.）。     

碳纤维复合材料格栅反射面研制进展

为了满足某太赫兹天线高精度、高稳定的需求,采用线膨胀系数极低的全碳纤维格栅结构制备半径为1.2m的反射面。文章首先运用有限元法计算了全碳纤维格栅结构反射面的热变形情况,以验证格栅结构设计的合理性;其次,选择殷钢作为模具材料、M55J/氰酸脂复合材料作为反射面材料,采用热压罐成型工艺,在中温条件下分别固化内、外蒙皮与格栅板;再次,采用数控铣削加工形状各异的格栅筋板,并在筋板上开槽以实现格栅结构的拼装;最后,在常温条件下,利用重物加压的方式实现低应力胶接,并采用高精度摄影测量技术检测反射面的初始面型精度及热变形后精度。结果表明,采用有限元法模拟反射面降温70℃条件下的热变形为1.2μm;采用摄影测量检测30℃初始面型精度（RMS）为5.5μm,-40℃环境下面型精度（RMS）为7.8μm。文中所述工艺方法对制备高精度、高稳定复合材料天线反射面具有重要的指导意义。     

星载天线反射器形面主动控制研究现状与展望

星载天线是卫星系统的重要载荷,在远距离微波遥感、深空探测、军事侦查以及通信等领域起着决定性作用.随着天线频率和增益需求的不断提高,大口径、高精度成为星载天线主要发展方向.传统被动方法难以保证反射器在轨形面精度,而主动控制技术正成为解决这一问题的重要选择.介绍了天线反射器形面主动控制技术相关研究工作的进展,内容涉及形面主...     

双马来酰亚胺树脂和环氧树脂复合材料在极端温度下的性能对比

文章针对卫星复合材料天线在轨工作的高、低温温度环境,选择了玻璃化温度在220℃以上的双马来酰亚胺树脂和改性增韧环氧树脂作为新一代高模量碳纤维复合材料树脂的候选基体。在常温、极端低温-196℃和高温＋150℃测试了两种树脂基体碳纤维复合材料的力学参数,包括弯曲强度、弯曲弹性模量、层问剪切强度和热膨胀系数等。同时,对统计测试结果进行了分析,对比了两种树脂在温度环境下的性能差异。最后根据强度差异、热膨胀性能差异和工艺过程的复杂性,选择了改性增韧环氧树脂5224作为新一代卫星天线产品碳纤维复合材料的树脂基体材料。     

卫星天线反射器展开冲击速度及力矩的确定

叙述了对卫星天线反射器的展开冲击所进行的计算分析及试验验证,包括速度冲击计算分析的模型、展开过程的分析方法及所需参数的计算确定、展开终止时转动角速度的试验测定等,最后给出了对两套天线的计算及测试结果。     

卫星天线反射器展开冲击速度及力矩的确定

叙述了对卫星天线反射器的展开冲击所进行的计算分析及试验验证,包括速度冲击计算分析的模型、展开过程的分析方法及所需参数的计算确定、展开终止时转动角速度的试验测定等,最后给出了对两套天线的计算及测试结果.     

剪叉式星载可展开天线的设计与分析

针对微小卫星应用发展过程中对星载天线提出的轻质量、高收纳比和大口径的需求,设计了一种新型剪叉式可展开薄膜天线。该设计应用剪叉式机构作为天线的骨架,以实现薄膜天线的二维收拢,能够有效提高天线的整体收纳比并扩大天线口径。运用计算机软件建立模拟样机并进行仿真分析,仿真结果验证了剪叉式机构展开的可行性和展开后结构的稳定性。     

大型环形可展开天线型面高精度测试方法研究

天线反射器型面精度是衡量、评价天线质量的重要指标之一,天线型面精度的高低将直接影响天线的电性能指标。大型环形可展开天线型面精度测试,目前多采用高精度工业数字化摄影测量技术进行,在使用高精度数字化摄影测量系统对大型环形可展开天线开展型面测试过程中,系统测量精度主要受摄影基准选用、测量距离、测量靶标大小、测量角度、测量拍照数量、相机参数等多项工艺参数影响。就如何使用数字化摄影测量系统对大型环形可展开天线开展高精度型面测试方法开展研究,通过对高精度长基准尺的设计及布局研究,以及对摄影测量系统最优匹配工艺参数研究及验证,得到一种针对大型环形可展开天线开展高精度型面测试的方法。试验证明,该方法可靠有效,能够满足大型环形可展开天线开展型面高精度测试的测量需求。     

用碳纤维复合材料制造轻型空间光学镜面

用碳纤维复合材料可以制造轻型空间光学镜面结构 ,如哈勃类空间望远镜的镜面或高带宽广播通信卫星的天线反射器等。文章根据国外几十年成型工艺的经验 ,概要介绍了空间光学镜面的要求 ,阐明了利用碳纤维复合材料通过选材设计、工艺技术控制等来满足这些要求。     

宽带相控阵馈源可展开反射面天线研究

为满足星载高增益天线的应用需求,本文设计了一种带有相控阵馈源的伞状可展开反射面天线。首先介绍了反射面天线可展开机构的原理及设计,由碳纤维天线肋和金属编织网面组成反射面,在高精度可展开机构的动作下实现其收拢和展开,从而大幅减小其收藏包络尺寸。对于直径为1.14 m的可展开反射面天线设计了宽带相控阵馈源,采用金属Vivaldi天线作为相控阵单元,根据极化方式、焦径比和扫描范围选择排列成双极化矩形阵列,使可展开反射面天线在8～16 GHz内实现二维波束扫描,通过电磁仿真进行验证,仿真结果表明,宽带相控阵馈源能够有效地增加可展开反射面天线的视场,反射面天线在8 GHz、12 GHz和16 GHz时扫描到0°的增益分别是38.03 dB、40.65 dB和41.48 dB,扫描到+3°的增益分别是37.68 dB、40.68 dB和41.09 dB。     

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。