论文部分内容阅读
卫星天线是空间通信、电子监控、跟踪与数据中继等卫星上必不可少的重要装备。随着航天科学技术的发展,对大口径、轻质量、高精度的折展天线需求迫切。索肋张拉式折展天线机构综合了张拉整体机构和传统折展机构特性,具有构型简单、质量轻、易展开、刚度高等优点。本文以索肋张拉式折展天线机构为研究对象,开展了折展天线工作原理与运动学分析、柔索布局设计与稳定性分析、动力学建模与分析、机构参数优化与结构设计等方面的研究工作,具体如下:基于肋式天线和张拉整体机构特点,本文提出了一种新型索肋张拉式折展天线机构。介绍了天线机构的组成和展开原理,建立了运动学模型。分析了天线机构的位移、角速度、角加速度等运动学特性,为后续天线机构设计及柔索布局提供了理论基础。本文对天线机构进行了柔索布局设计与稳定性分析。基于运动学模型,分析了拉索长度变化规律,通过考虑额外动力源、运动干涉及几何对称性等因素,给出了柔索的初始布局方案。在此基础上,基于杆系结构稳定性判定方法,拓展梁、索单元平衡方程,根据稳定性分析要求,构建并分析了天线机构的稳定性模型,经分析该天线机构属于静不定、动定结构,不存在机构位移,是几何稳定的。该天线在展开锁定后变为由索、梁单元组成的稳定结构,力学性能较为复杂,属于刚柔耦合系统。本文采用APDL(ANSYS Parametric Design Language)建立了天线机构的有限元模型,对其进行动力学分析,得到了天线机构的固有频率、振型。并通过综合考虑几何对称性、受力形式、结构稳定性、固有频率等因素,优选出了 48根索的布局方案。基于模态叠加法分析了天线机构的谐响应性能,验证了模态分析的正确性。研究了材料性能、构件尺寸等参数对天线机构固有频率的影响,给出了提高固有频率的方法,为天线机构参数的选择提供了理论依据。本文以结构质量和1阶固有频率为目标函数,以中心支撑杆直径、主肋杆直径、上肋杆直径、下肋杆直径和拉索直径5个参数为设计变量,建立了参数优化的数学模型。基于BP(Back Propagation)网络预测模型和遗传算法,对训练后的预测模型进行多目标优化,得到了天线机构各构件尺寸参数的优化结果。在ADAMS动力学仿真的基础上,详细设计了天线机构的三维模型。