蜂窝夹层结构抛物面天线型面精度仿真分析

星载抛物面天线在绕地球工作时会产生较大的热变形。为了获得在近地服役环境下全尺寸反射器型面精度模拟的工程方法,采用ABAQUS有限元和最小二乘法,对口径1.2 m的小尺寸蜂窝夹层结构天线进行热变形和均方根(RMS)值计算,对热膨胀系数、蜂窝高度和蒙皮铺层数量等因素进行分析。结果表明:蜂窝高度方向的热膨胀系数是影响RMS值的最主要因素。当蜂窝高度为65 mm,上、下蒙皮铺层数量为12层时,型面精度RMS值满足设计要求。最后基于实际装配条件计算全尺寸反射器在-80～120℃下的热变形,发现紧固件和预埋件可以有效减小工作面热变形,并且得到全尺寸反射器RMS值为40.45μm。该研究结果可为星载固面蜂窝夹层结构反射面天线结构的设计提供依据。     

高精度多波束反射器温度敏感性分析及热控改进

为了满足高精度多波束反射器较高的热变形要求,需要采取有效热控措施减小反射器温度波动。通过数学分析与有限元仿真,对影响反射器在轨温度场的因素进行分析,包括天线表面太阳光吸收率、半球发射率、太阳屏透过率、卫星平台反照等。并据此对中星十六号卫星多波束反射器在轨温度场进行修正,得到了与在轨遥测温度吻合度较高的温度分析值,验证了分析的准确性。最后提出了4项高精度多波束反射器热控改进措施。     

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。     

某卫星固面反射器热变形测试分析与模型修正

为评估反射器在轨热变形对天线射频性能的影响,文章详细介绍了某卫星固面反射器的热变形测试过程,分析了测试结果及有关数据处理方法。通过热变形测试验证了测试产品设计与工艺的合理性,并基于测试结果修正了分析模型,有助于提高反射器在轨热变形分析精度。     

同步卫星天线反射器的真空非均匀温度模拟试验与分析

本文介绍了同步卫星天线反射器在真空非均匀温度场的变形试验技术及其测量结果。为了实现在反射器上达到低温-150℃、高温120℃,采用了太阳模拟器与红外加热笼综合加热、液氮致冷以及设置各种反射板的方法,获得了较大的温度梯度,使模拟效果较为满意。试验中模拟了太阳照射的四种工况,相应地测量了反射器上的温度与应变分布,并计算了热变形与位移值。该结果对卫星天线结构设计与分析有一定的参考价值。     

一种伞状天线反射器型面热变形测量及分析模型在轨预示

文章详细介绍了在真空高低温环境下一种伞状可展开天线的型面测量过程。首先依据天线在轨热分析结果定义典型温度工况,然后采用红外加热笼与天线自身主动热控相结合的方法实现天线各部件不同温度的控温要求,并采用摄影测量方法测量典型极端工况下的天线反射器型面热变形。结果表明,测量值与试验前热变形预示结果一致性较好,证明天线热变形分析模型有较高精度。依据在轨热分析温度场计算天线在轨热变形,得到天线在最大温度梯度工况下的型面变化(RMS)最大为0.19 mm。     

辐射换热条件下空间薄壁圆管结构瞬态温度场、热变形有限元分析

对航天结构中常见的辐射换热条件下的空间薄壁圆管结构，构造了一种用于非线性瞬态温度计算的傅立叶－有限单元。圆管温度沿杆长用有限元离散，沿周向分布展成三角函数。圆管温度单元每个结点包含平均温度、余弦和正弦分布温度幅三个自由度，并且在每个时间步内实现了平均温度增量与沿截面温差增量的解耦。在结构热变形分析时圆管单元节点上既承受温度轴力，又承受截面温差导致的热弯矩。采用这种单元对非线性换热条件下的复杂空间结构进行离散可以较准确地反映结构的温度场与热变形。经与前人的解析解和三维有限元结果的验证，证明该单元是可靠的。对太阳能帆板梁与空间抛物面天线的热－结构分析说明这种新单元的应用价值。     

多重叠可展开天线反射器热控设计和数值分析

本文以某型号通信卫星多重叠可展开固面天线反射器的温度控制要求为基础,在充分考虑传统反射器热控方案的情况下提出了两种改进型的热控方案,并数值对比分析了传统热控方案和两种改进型热控方案对反射器的在轨温度控制能力,指出了两种改进型热控方案的优缺点和适用性,对反射器的热控设计起到指导作用。     

考虑温度大范围变化的瞬态热固耦合方法研究

针对传统瞬态热固耦合方法不能准确反映温度大范围变化时传热与结构变形之间的耦合效应,基于Galerkin与Newmark算法,建立了充分考虑温度大范围变化对耦合项影响的瞬态热固耦合有限元计算方法。通过求解铝质薄板在强热流作用下的热响应问题,校验了该方法的正确性,并利用该方法对某型高超声速飞行器进气道热防护面板进行了瞬态热固耦合分析。利用理论公式证明并通过分析算例得出结论：温度剧烈变化对热固耦合问题的计算结果影响十分显著;考虑温度剧烈变化的耦合项对结构的温度场影响较小,但会使温度变化率呈现震荡状态,耦合项对结构的位移、变形速度及变形加速度有显著影响,对结构的振动起到阻尼作用。     

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。     

大型空间结构热弹性非线性有限元分析

由薄壁管组成的大型空间结构在外层空间受到太阳等星体的辐射加热，其热变形是值得关注的。为了准确地预测这种变形，首先推导了一种梁的热弹性几何非线性增量有限元格式，用以分析该类结构的热-力学响应，然后考虑到空间结构热流输入与变形耦合的特性，提出了一种热-力学耦合分析的有限元方法。对哈勃太空望远镜太阳能帆板热变形的实例计算表明，数值解与理论解符合较好。数值算例表明，结构内部热变形的不一致程度越大，考虑几何非线性对于热变形计算结果的影响越大；热流入射方向角和热变形大小是影响耦合效应的主要因素。     

空间伸展臂热应变与热变形光纤监测技术

针对空间伸展臂在热载荷作用下承载特性与形态变化的监测需求,提出了一种基于分布式光纤传感器的伸展臂结构温度、热应变以及热变形集成监测技术。借助ANSYS Workbench有限元分析软件,构建了单端热载荷作用下铝合金空间伸展臂结构热-力模型,分别得到不同局部热载荷下伸展臂轴向温度、热应变以及热变形分布与变化规律。在此基础上,提出了基于有限元分析与热传导理论的两类伸展臂轴向热变形计算方法。构建了分布式光纤传感监测系统,实时监测伸展臂若干关键位置的温度值与应变值,进而反演出结构轴向温度场、应变场连续变化信息。研究表明:采用有限元拟合法与热传导解析法计算所得伸展臂轴向热变形误差分别为5.256%与3.556%。相关成果能够为未来航天器在轨服役状态监测与辨识提供技术支撑。     

星载天线反射面型面热变形影响因素分析

星载天线在轨运行时受到周期性的温度变化影响,天线反射面会发生热变形,影响天线增益.热膨胀系数是描述结构热变形的重要参数,并且会随温度变化;在进行结构热变形分析时若将热膨胀系数视为常数会给仿真分析带来误差.文章以抛物面天线反射面为研究对象,考虑热膨胀系数随温度的变化,针对ULE玻璃和M55层合板材料的反射面,仿真分析反射...     

再入航天器防热层/金属结构热匹配评价方法研究

概述了在轨温度交变环境下再入航天器防热层/金属结构热匹配的3种评价方法———温度交变试验、热应力理论计算和有限元模型分析。结合工程实际,介绍了3种方法的应用情况和应用特点:温度交变试验可以定性研究温度交变环境及胶层厚度对结构热匹配特性的影响;热应力理论计算能够在一定程度上量化结构热应力等结果;有限元模型分析可以获得结构任意时刻、任意位置的热应力与热变形的量化数据,具有较大的应用优势。通过对比分析,建议采用温度交变试验与有限元模型分析相结合的方法,以实现防热层/金属结构热匹配特性的准确评价,最终验证防热结构方案设计的合理性。     

MSC．NASTRAN在制动鼓热应力变形分析研究中的应用

研究了汽车的制动器中主要零件制动鼓的热变形问题。用专业的有限元分析软件MSC．NASTRAN对制动鼓的热应力和热变形进行了分析，给出了分析计算的结果。该结果对确保制动性能的热稳定性是非常有必要的。     

基于拟合模态法的大范围运动柔性曲线梁动力学建模方法研究

大范围运动柔性曲线梁的动力学建模主要采用有限元法，这是由于很难得到曲线梁模态的解析模态表达式，求解的复杂程度随着单元的增加而增加。本文提出一种拟合模态法进行动力学建模，把大型有限元分析软件计算得出的模态拟合成为多项式的形式，得到曲线梁模态的近似解析表达式，从而大大简化了建模与计算的过程。以某型号卫星抛物面天线为例，验证了方法的可行性与准确型。     

壳膜结构的等效模型及其力学特性参数计算方法

由二维三向编织碳纤维柔性基体复合材料结构构成的壳膜结构具有良好的面内力学特性、轻质量、高强度等特性,受到工程师青睐。航天器反射器是一种典型的大尺寸、轻质量的航天器结构,需要采用轻质量高强度的材料,壳膜结构即被认为可能满足此要求。本文对壳膜结构进行了等效力学特性分析,建立了基于材料力学等弯矩法的等效有限元模型,并进行了仿真求解,求解结果通过简单载荷的施加,验证了计算结果的准确性。在分析壳膜结构等效参数的基础上,对壳膜反射面进行了受重力情形变形与受重力前后主要模态的仿真计算。     

东三通信天线（结构）研制

东三通信天线是我所与德国MBB公司合作研制的、处于国际先进水平的天线分系统。天线电设计采用了频率复用及赋形波束技术,在结构上采用了极化敏感反射器、两套多喇叭馈源、电动展开机构、全部复合材料蜂窝结构设计等先进技术。天线重量轻,刚度好,展开重复精度高。在设计中进行了结构分析、热分析等严格的分析计算工作,对产品进行了一系列的测试试验。文中对设计、试验、分析等进行了简略的介绍。     

一种基于微多普勒特征的海面角反射器干扰鉴别方法

角反射器是海面舰船对抗反舰导弹的一种重要的无源干扰。本文以漂浮式角反射器干扰和舰船为研究对象,根据耐波性理论,建立了海面目标的微动模型,并分析了它们的微动特征。采用散射中心模型,推导了海面目标横摇运动引入的雷达微多普勒信号模型,利用时频分析方法和一阶矩方法,提取了目标回波的瞬时多普勒和微多普勒。通过定义目标雷达回波的微多普勒主频率特征实现了角反射器干扰的有效鉴别。仿真计算表明,在信噪比大于0dB的条件下,角反射器干扰的正确鉴别率大于95%。     

热变形对一种天线指向机构指向精度的影响分析

热变形对天线指向机构的指向精度具有重要影响,但利用传统的设计方法很难实现对指向精度的准确计算,尤其是热变形对指向精度影响的研究工作更是少见。为此建立了机构的三维实体热-结构耦合有限元分析模型,根据有限元分析结果并结合机构的运动链关系,构建了各关键运动副运动误差的计算方法;在此基础上实现了机构指向误差的计算,研究了运动副名义、最大以及最小配合间隙条件下,温度载荷对各关键运动副运动误差和指向精度的影响。研究结果表明,温度载荷对关键运动副的运动误差以及机构的指向精度具有重要影响,随着温度载荷偏离常温数值的增加,指向误差不断增大,名义配合间隙条件下的指向误差最大。