工字型索网的几何与力集成设计方法

反射面的几何与预张力设计对空间可展开天线功能的实现起着重要作用。以空间伞型索网天线中广泛应用的工字型索网为对象,研究了其几何与预张力设计问题,提出了一种适用于工字型索网的几何与力集成设计方法。首先,根据节点平衡条件推导了工字型索网背网面节点坐标与前网面张力及背网面张力水平之间的对应关系;然后,给出了根据前网面节点坐标及背网张力水平迭代求解背网面节点坐标及张力的工字型索网几何与力集成设计方法;最后,对所提方法进行了算例验证。有限元仿真结果证明了所提网面设计方法的正确性。所提方法可有效控制背网面张力值水平,且适用于非对称反射面,具有一定的工程应用价值。     

一种伞型索网式空间可展开天线预张力优化设计

针对伞形空间可展开天线的反射面索网结构预张力均匀化问题, 提出了一种索网结构预张力优化与找形分析的方法。首先建立索网结构自应力平衡矩阵和预张力优化模型,通过遗传算法进行索网结构的预张力优化,获得一组优化的预张力作为初始值,然后采用非线性有限元方法对索网结构进行找形分析,以获得索网结构的型面精度。算例表明索网结构天线抛物面的节点型面精度达到了3. 529×10-6 mm(RMS)。     

可展天线的柔性索网结构找形分析方法

给出了可展天线柔性索网结构形态分析的一种优化方法。在满足索网形面精度的条件下,用小三角形网格单元拟合反射面抛物曲面,生成索网结构的网格。以索网结构的网面精度为目标函数,以索网单元预张力值为设计变量,以索网松驰面积、强度和应力分布均匀性为约束条件,提出了基于遗传算法和有限元分析相结合的找形分析优化方法,将索网找形转变成一个带约束的最小化问题。对可展天线中常用的三种三向索网结构进行了找形分析,结果表明此优化找形方法是可行的,可应用于工程中其他索网结构的形态分析。     

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。     

C频段的“推扫式”卫星扫描天线

该设计结合科研实际需求,研制了工作在C频段的“推扫式”卫星扫描天线。首先,从“推扫式”卫星扫描天线的原理出发,对所需要的环焦反射面进行了优化建模,提出一种新型扇形反射面圆角化的方案,并针对密集馈源阵进行分析。通过计算得到了馈源的位置坐标,在仿真软件GRASP中构造反射面天线的整体模型。为了使密集馈源阵的主波束满足设计指标,设计了遗传算法优化合成后的波束来实现对主波束的优化,通过改变馈源阵的幅相值以达到天线方向图的设计要求,利用仿真优化得到了C频段中心波束达到设计指标所需要的馈源阵规模。最后,对整体模型进行了加工组装。使用近场测量的方法在微波暗室中对天线进行测试,测试结果表明天线波束宽度为0.6°时,主波束效率为98.17%,大于98%,满足设计要求。     

卫星姿轨控制对大型柔性索网天线在轨指向影响分析

文章针对星载天线大尺寸、大柔性,引起卫星姿轨控时卫星本体姿态运动与柔性天线自身弹性变形相互耦合,进而导致天线指向精度下降的问题,提出了一种计算卫星姿轨控制引起的大型柔性天线在轨波束指向偏差的计算方法。首先,结合有限元法和混合坐标法,通过理论推导,建立了卫星与大型柔性索网天线刚柔耦合动力学模型;然后,以某在轨成像卫星东西位保为例,通过有限元法对该柔性索网天线进行模态分析,得到描述天线弹性振动的模态矩阵与质量矩阵,结合天线的模态矩阵、质量矩阵及天线与卫星本体的坐标转换关系,得到天线振动相对于星本体坐标系的平动耦合系数与转动耦合系数,再与星本体的刚体运动参数组合起来,求解卫星天线刚柔耦合动力学模型,即可得到天线实际振动位移。最后,根据天线实际振动位移进行天线型面拟合,并选取其最差型面进行了天线电波束指向仿真。仿真结果表明,天线方位向的波束指向偏差最大为0.0576°,可为天线在轨指向设计提供依据。该算法同样适用于卫星其他姿轨控制工况。     

阵馈聚焦镜像双反射面有限扫描天线研究

文章分析了Ka波段阵馈聚焦镜像双反射面天线的构型及辐射特性,其通过聚焦椭球副面实现阵面口径到主反射面口径映射,得到了较大口径的等效相控阵。仿真表明等效阵单元方向图呈现良好的平头（Flat—top）特性,能较好地抑制栅瓣。文章基于等效阵元场叠加的概念,采用共轭场相位匹配结合泰勒幅度加权对远场方向图进行叠加,得到了高增益、低副瓣的扫描效果。     

星载柔性可卷天线固有频率提升方法研究

柔性可卷天线是以卷曲方式收拢的新型可展天线,由于空间环境的复杂性,天线的动力学特性将直接影响其形状保持与形面精度,进而影响卫星的通信。针对天线展开后刚度不足的问题,采用有限元方法分析了天线的前两阶模态,对应的振型是阵面与伸展臂的耦合振动。为提升前两阶模态频率,从天线各组成部分的几何尺寸、材料等方面改变天线结构,发现天线整体的固有频率与伸展臂的刚度近似成线性关系,随柔性阵面的质量增大而降低。为此,结构加强的重点应放在伸展臂上,并优先选择轻质的阵面。此外,为避免悬臂式结构布局,提出了两种拉索设计方案,比较了拉索预紧力、拉索刚度对固有频率的影响,采用刚度足够大的拉索可使天线的固有频率提升至2Hz以上。     

网状天线的反射面形状精度调整

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（特点是高频段），必须采用网面精度调整技术以满足反射面的精度要求。本文就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。     

大型索网式可展开天线在轨高精度指向控制

以星载大型索网式可展开天线为对象,研究在轨工作过程中天线视轴高精度高稳定度指向控制方法。首先,基于Craig-Bampton法建立表征天线指向的动力学模型;然后针对天线振动对视轴指向的影响,设计PD反馈+陷波滤波器的控制算法;进一步分析影响指向精度的因素,设计带有调节滤波器的改进控制器以减小天线视轴指向的周期性误差,提高指向精度与稳定度。最后,给出数值仿真校验的结果并与现有的方法进行比较。结果表明,所提出的控制算法在保证天线指向稳定的同时,可以有效减小天线视轴的指向偏差,并对干扰与振动具有良好的鲁棒性。     

一种反射面波束扫描角度快速估算方法

针对现有反射面天线设计中,因馈源横向偏焦而引起波束扫描角度变化的一般现象及扫描角度估算过程,首先,采用归一化及逆推思想,并结合理论分析提出了一种快速估算焦径比约为0.8的正馈反射面馈源横向偏焦波束扫描角度的方法;其次,在此基础上,利用归一化的思想将这一方法推广到任意焦径比下正馈反射面天线波束扫描角度估算;最后,利用GRASP10.0仿真对比分析验证了该估算方法的正确性及精度。该方法为馈源横向偏焦的正馈反射面天线波束指向角度快速估算提供了一种新的途径。     

谱元法在空间可展开结构振动带隙分析中的应用

可展开天线;索网结构;预张力优化;找形分析,需要对其进行振动带隙设计。以空间可展开结构展开态主体框架结构为研究对象,采用谱元法推导其通用的动力学方程。在频域下求解整体框架结构的动力学方程可得到结构的振动频率响应,进而探究结构的带隙特性。以二维复合梁框架结构为例,讨论了结构单元的位移响应幅度和传输系数之间的联系,提出了一种周期框架结构带隙的预测方法,并通过二维复合梁框架结构和空间伸展臂验证了这一方法的正确性。     

索网结构非线性有限元分析中初始张力状态的快速构造方法

预应力索网结构是以柔性拉索为主要承重构件或辅助承重构件的一种结构体系,用于可展开天线等空间结构。为在有限元数值分析时准确、高效地施加张拉预应力,综合考虑索网的几何非线性、刚度矩阵奇异性、索网与支撑结构存在耦合变形等问题,利用索网式可展开天线的特性,在非线性有限元计算时忽略初位移刚度矩阵,将问题线性化,并详细介绍了以降温法模拟预应力时降温值的计算过程。此方法无需迭代,且得到的降温值在用于索网非线性计算时具有足够的精度;此方法能充分利用通用有限元计算程序,可进一步开展模态和响应等力学计算,便于在工程中实际应用。     

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。     

平面薄膜天线张拉系统优化设计及天线结构模态分析

设计航天器平面薄膜天线双重索网张拉系统的构型,并以可伸展支撑杆承受轴力最小、薄膜阵面有效面积比最大、端杆长度最小为优化目标,对张拉系统进行多目标优化。优化后可伸展支撑杆所受轴力减小了15.51%,薄膜阵面有效面积比提高了1.25%,端杆长度减小了0.30%。利用ABAQUS软件对索膜结构、支撑框架以及天线整体的模态分别进行仿真分析,将天线结构等效模型基频的解析解与仿真结果进行比对,二者相互印证。最后通过仿真分析,得出薄膜内拉应力、可伸展支撑杆壁厚、可伸展支撑杆铺层角度和端杆壁厚对天线整体基频的影响规律。     

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...     

利用偏馈振子调整测控雷达跟踪通道相移技术研究

提出一种调整雷达跟踪通道相移的方法 ,即在雷达天线主面上配置偏馈振子 ,利用偏馈振子做为校准源调整雷达跟踪和 /差通道间的相移 ,并对该方法的可行性、可靠性及稳定性进行了实验研究。     

金属网反射器索网预应力对模态的影响

卫星姿态和轨道调整时,金属网反射器索网结构的基频过低会使反射器产生振颤。文章通过金属网反射器索网结构的模态方程,利用有限元法来分析预张力的值与模态之间的关系,得到了预张力的大小对索网模态的影响规律,索网的基频会随着预张力的减小而下降,并用算例验证了这种方法的正确性。     

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。