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静电成形薄膜反射面天线是一种新型天线结构形式,相较于传统的天线结构,其具有口径大、质量轻、形面精度高(应用频段高)、收拢体积小、易于折叠和展开等特点。为突破静电成形薄膜反射面天线的一些关键技术,本文重点研究了薄膜反射面的裁剪拼接成形理论、膜面成形误差分析、考虑误差的薄膜反射面裁剪布局优化、原理样机的设计与制作,具体内容和成果如下: 1曲面薄膜的成形模拟是由平面裁剪片求解最终成形状态的过程,是裁剪分析的反问题,同时薄膜是一种大变形小应变的柔性结构,具有较强的几何非线性,因此基于非线性有限元的思想提出了将平面裁剪片分若干步逐步提升到设计位置的方法。其相较于以往的设计方法,精度更为准确,适用性更广;利用此方法对0.55m口径静电成形薄膜反射面进行原理误差分析。 2针对薄膜结构自身刚度低、易褶皱、易变形,反射面成形易受影响的特点,对薄膜反射面的成形误差进行了分析。对薄膜反射面实际成形中的各类误差加以整理归纳,包括材料偏差、设计误差和制作误差,制作误差主要体现在拼接误差、粘贴误差和边界误差。拼接误差可通过膜面设计处的转动和径向平移来数值表示;粘贴条近似等效为索单元,设置不同的索应力来模拟膜面粘贴误差;边界误差以裙边索力误差表示。 3针对传统的薄膜反射面裁剪布局设计仅以原理误差最低的设计准则的不足,在成形误差分析的基础上,提出将制作误差引入到薄膜反射面的裁剪布局优化中;同时,考虑到大口径反射面天线的发展需求,对薄膜反射面进行分环处理,建立了裁剪布局优化模型。以分环数目、每环裁剪数目和电压值作为优化变量,反射面的形面精度作为优化目标,同时保证膜面不褶皱,并用梯度法和遗传算法相结合的优化方法来解决。最后以0.55m口径静电成形薄膜反射面天线模型为算例来验证优化模型的有效性。 4静电成形薄膜反射面天线试验研究。首先,分别从裁剪下料、粘贴工艺、边界方式和边界调整四个部分详细介绍薄膜反射面的制作方法;对薄膜反射面进行非接触式摄影测量,采用静电力-裙边拉索协同调整膜面的形面精度;针对仿真模型与实际样机模型的差异,利用测量得到的节点坐标和裙边拉索索力信息对仿真模型进行修正,从而可通过修正模型指导实物样机进行调整。