基于形狀記憶復(fù)合材料的展開天線設(shè)計.pdf

1、近年來，大口徑、重量輕的展開天線已成為宇航界的研究熱點。展開技術(shù)是可展天線的關(guān)鍵技術(shù)之一，傳統(tǒng)機(jī)械驅(qū)動方式的弊端大大降低了天線的性能。形狀記憶聚合物復(fù)合材料（Shape Memory Polymer Composites, SMPC）在空間展開技術(shù)中的應(yīng)用具有巨大的潛力和優(yōu)勢。熱致型 SMPC構(gòu)件的熱變形過程為：加熱折疊—冷卻變形固定—受熱展開。SMPC構(gòu)件剛度大、強(qiáng)度高、變形回復(fù)力大，在嚴(yán)苛的太空環(huán)境下力學(xué)性能仍較為穩(wěn)定，因此，本文設(shè)

2、計了形狀記憶復(fù)合材料展開天線的展開驅(qū)動部件——SMPC鉸鏈，包括 SMPC層合殼、新型的端部固定裝置和鉸鏈加熱方式，并結(jié)合有限元軟件ABAQUS對結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行了優(yōu)化。同時，分析評價了其展開性能；設(shè)計了一種新型的環(huán)形桁架式可展開天線，并對天線的結(jié)構(gòu)特性進(jìn)行了分析評價。
　　SMPC鉸鏈的折疊-展開性能是天線展開技術(shù)的關(guān)鍵。本文在傳統(tǒng)層合殼理論基礎(chǔ)上，建立了 SMPC鉸鏈的理論模型，推導(dǎo)彎曲鉸鏈的力矩—角度關(guān)系，并利用ABAQUS仿真

3、了鉸鏈關(guān)鍵部件——SMPC層合殼的力學(xué)行為及宏觀響應(yīng)，分析結(jié)果表明鉸鏈的展開驅(qū)動力大、展開過程平穩(wěn)、承載能力滿足要求。
　　針對天線設(shè)計任務(wù)和各類天線的優(yōu)缺點，本文選擇環(huán)形桁架式展開天線作為天線構(gòu)型，對天線的結(jié)構(gòu)本體進(jìn)行了設(shè)計，包括構(gòu)件的材料的選擇、驅(qū)動元件的布置、關(guān)鍵結(jié)構(gòu)如自鎖鉸鏈、桿系和網(wǎng)面成型裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計。
　　本文對所設(shè)計的環(huán)形桁架展開天線進(jìn)行了結(jié)構(gòu)分析。利用ABAQUS對展開狀態(tài)下天線系統(tǒng)進(jìn)行了靜態(tài)分析和模態(tài)分析