【摘 要】
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大型环形可展开天线反射器是高分辨率对地观测卫星的核心部件.它由美国Astro公司发明,被命名为AstroMesh.和其他网状展开天线相比,具有结构形式简单,重量轻,收缩体积小,型面精度高等优点,且在一定范围内天线口径的增大不会改变天线的结构形式,质量不会成比例增加,其质量体积比反而还减小,可广泛应用于直径6m-150m的星载天线,被认为是目前大型星载天线的理想结构形式,已被国外使用在Thuraya
【机 构】
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中国空间技术研究院西安分院,西安 710100 清华大学航天航空学院,北京 100084
【出 处】
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2014年“可展开空间结构”学术会议
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大型环形可展开天线反射器是高分辨率对地观测卫星的核心部件.它由美国Astro公司发明,被命名为AstroMesh.和其他网状展开天线相比,具有结构形式简单,重量轻,收缩体积小,型面精度高等优点,且在一定范围内天线口径的增大不会改变天线的结构形式,质量不会成比例增加,其质量体积比反而还减小,可广泛应用于直径6m-150m的星载天线,被认为是目前大型星载天线的理想结构形式,已被国外使用在Thuraya,MBSat,Inmarsat4,Alphasat和SMAP等卫星项目中.环形展开反射器主要由环形可展开桁架和张力索网组成.其中,环形可展开桁架为主要承力机构和收缩展开机构,其周边为主副张力索网提供支撑.环形可展开桁架由若干周期性平行四边形单元阵列形成,目前一般采用集中式驱动,即由驱动电机带动一根贯穿于桁架斜杆中的柔性动力绳实现环形反射器的收展.而集中式驱动使得张力从近端到远端逐个单元传递,而摩擦损耗使得动力绳通过每个平行四边形单元铰链后张力存在衰减,使得环形反射器总是从近端到远端逐跨展开,且存在不同程度的展开不同步性,索网与桁架间的耦合作用更加剧和放大了这种不同步性,使得展开过程中竖杆承受了较大的弯曲载荷,同时也造成较大的展开动力.而在反射器的展开过程中,展开驱动力和杆件应力是最关心的结果,关系着反射器能否顺利展开,为此为确保展开可靠性和部件安全性,必须深入理解全系统展开动力学特性,明确决定部件受载的关键因素.由于环形反射器包含了柔性杆件、索网、动力绳等大量柔性部件,因此其展开过程是一个复杂的刚柔耦合的多柔体动力学过程,且涉及到大量复杂的约束、接触、碰撞等问题,而不能再采用传统的基于刚体假设的动力学分析其展开过程.本文基于柔性多体动力学分析,对环形展开反射器的展开过程进行了分析,并根据其展开过程中能量传递关系,通过对展开过程施加约束来实现展开过程优化,降低展开驱动力和杆件受力.
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