桁架式展開(kāi)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、分析及試驗(yàn).pdf

1、隨著空間科技的發(fā)展，各相關(guān)學(xué)科對(duì)空間可展結(jié)構(gòu)提出了更高的要求，主要體現(xiàn)在大口徑、高精度兩方面，為此各國(guó)學(xué)者提出了形式眾多的空間可展結(jié)構(gòu)概念。可展結(jié)構(gòu)作為一種新型結(jié)構(gòu)形式，近些年來(lái)得到了廣泛的應(yīng)用，根據(jù)其用途不同可分為空間可展結(jié)構(gòu)和地面可展結(jié)構(gòu)。在空間可展結(jié)構(gòu)當(dāng)中，四面體桁架式可展天線(xiàn)是其中最具潛力的結(jié)構(gòu)形式之一，是本文研究的重點(diǎn)。本文對(duì)四面體桁架式可展天線(xiàn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、分析及試驗(yàn)進(jìn)行了深入系統(tǒng)的研究。 論文首先在大量查閱國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)

2、的基礎(chǔ)上，總結(jié)了國(guó)內(nèi)外空間可展結(jié)構(gòu)的應(yīng)用情況及研究現(xiàn)狀，闡述了課題的研究意義。 接著在四面體桁架式可展天線(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)了參數(shù)化仿真建模程序，使用AutoCAD的二次開(kāi)發(fā)工具，通過(guò)lisp語(yǔ)言在AutoCAD中顯示整個(gè)天線(xiàn)的實(shí)體模型；更改輸入?yún)?shù)，可建立任何尺寸天線(xiàn)的實(shí)體模型，然后運(yùn)用該設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)并加工了一個(gè)2m×2m的天線(xiàn)模型，驗(yàn)證結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)程序的可靠。 天線(xiàn)設(shè)計(jì)完成后，除了要能順利展開(kāi)之外，展開(kāi)后能達(dá)到的

3、精度也是設(shè)計(jì)者十分關(guān)心的指標(biāo)，因此本文使用基于PhotoModeIer軟件建立攝像測(cè)量系統(tǒng)，對(duì)一個(gè)2m×2m的天線(xiàn)模型和6m×2.8m天線(xiàn)進(jìn)行精度測(cè)量，得到天線(xiàn)的空間節(jié)點(diǎn)位置；然后采用的三種不同的方法擬合拋物面，并編程序計(jì)算；同時(shí)也采用Mathematica軟件擬合拋物面；最后比較各種不同的方法，找到一個(gè)最佳吻合拋物面并得到最小均方根誤差。 根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可知，四面體桁架式可展天線(xiàn)的花盤(pán)節(jié)點(diǎn)不是均勻的60。，這給制造帶來(lái)了很大的不

4、便。本文研究了將天線(xiàn)花盤(pán)節(jié)點(diǎn)加工成均勻的60。時(shí)的裝配內(nèi)力，并編程序方便的計(jì)算這些裝配內(nèi)力。假設(shè)在收攏狀態(tài)下，天線(xiàn)也有裝配內(nèi)力，且與展開(kāi)狀態(tài)下的內(nèi)力相同，同時(shí)假設(shè)這些裝配內(nèi)力在展開(kāi)過(guò)程中保持不變，然后修改基于廣義逆理論編制的四面體桁架式天線(xiàn)展開(kāi)分析程序，將裝配內(nèi)力引入程序中，分析其對(duì)天線(xiàn)展開(kāi)過(guò)程的影響。 航天發(fā)射是一個(gè)昂貴的項(xiàng)目，一旦失敗，損失是巨大的，因此對(duì)空間展開(kāi)結(jié)構(gòu)的可靠性研究是非常必要的。論文從研究單個(gè)關(guān)節(jié)的可靠度出發(fā)，

5、分析指出了其運(yùn)動(dòng)功能可靠性中包含了矩的功能函數(shù)和功的功能函數(shù)這兩個(gè)并聯(lián)的功能函數(shù)；利用隨機(jī)函數(shù)的矩法和可靠性分析中的一次二階矩法，為天線(xiàn)的展開(kāi)過(guò)程中的各個(gè)分解步驟構(gòu)建了按矩的功能函數(shù)和按功的功能函數(shù)對(duì)應(yīng)的可靠度計(jì)算表達(dá)式：然后構(gòu)建關(guān)節(jié)的失效概率函數(shù)，進(jìn)一步分析其展開(kāi)次數(shù)與可靠度的關(guān)系：接著使用故障樹(shù)的分析方法和模糊可靠性分析法來(lái)分析整體天線(xiàn)的可靠度。在進(jìn)行了理論分析和仿真軟件的研究之后，通過(guò)垂擊法對(duì)四面體桁架式可展天線(xiàn)進(jìn)行模態(tài)測(cè)試，然后