薄膜平面陣天線的結構設計與分析.pdf

1、隨著空間科技的發(fā)展，空間結構的尺寸越來越大。為了節(jié)約發(fā)射成本，空間可展開結構被越來越廣泛的應用。本文設計了一種平面可折疊薄膜反射陣天線，完成了一個有效反射面為2m×2m的天線縮比模型的分析、制作和測試。
　　論文在大量查閱國內外文獻的基礎上，總結了國內外空間可展結構的應用情況及研究現狀，這些應用實例為本文天線的設計提供了寶貴的設計方法和經驗。
　　薄膜平面反射陣天線是將曲面反射面天線和相控陣天線的若干優(yōu)點有機的結合在一起，用

2、薄平的或共形的陣列反射面來代替拋物面的一種新型的天線。相比于拋物面反射面，平面反射面更加容易實現和維持。本文在JPL實驗室雙向可展開反射陣天線的概念設計的基礎上，改進了其設計方案，張拉膜面的邊界由拋物線改為圓形，并使用扭簧與鋼卷尺鉸鏈相結合的動力展開裝置作為橫向結構展開的驅動，充氣管仍采用鋼卷尺強化的鋁箔圓管，最終將此概念設計實現為實驗室模型。
　　本文從理論上證明了要使空間平面薄膜結構處于等張力拉伸狀態(tài)，其最優(yōu)的邊界應為圓形，并

3、通過索膜結構的非線性有限元找形分析從側面證明了這一觀點。設計了一種新型的內外部懸索聯合張拉方法，給出了此張拉方法下各部分懸索張力的計算方法，并考查了邊界跨數對結構的軸壓的影響，發(fā)現奇數跨時支撐結構所受的軸壓相對較小。通過與傳統(tǒng)張拉方法的比較，發(fā)現這種新型膜面張拉方法，所需拉索的截面面積和質量均相對較小，且在支撐結構發(fā)生變形時，可以減緩膜面褶皺的出現。
　　本文分別研究了鋼卷在折疊彎曲和卷繞彎曲這兩種彎曲方式下的力學性能。通過薄殼理

4、論推導出這兩種彎曲方式下的展開彎矩公式，通過使用有限元法印證了展開彎矩公式?？疾炝虽摼沓咩q鏈的力學性能，發(fā)現其展開彎矩與鋼卷尺間距無關，其抗平面內彎曲能力和抗扭能力均較弱，并且鋼卷尺鉸鏈從90°折疊狀態(tài)展開后，會出現反向屈曲的現象，為此必須將鋼卷尺鉸鏈與彈簧鉸鏈混合使用。給出了一個測量鋼卷尺鉸鏈屈曲彎矩和展開彎矩的實驗方法。
　　充氣管的充氣展開過程分析及控制是整個天線的難點之一。本文在綜合了分析充氣管展開的非線性鉸鏈模型、卷曲折

5、疊模型以及考慮空氣動力學對充氣氣壓的影響后，使用了一種同時考慮充氣氣壓、充氣管內壁鋼卷尺以及充氣管外壁尼龍毛扣對充氣管展開影響的卷曲折疊的鉸鏈模型。使用牛頓-歐拉方法建立了多體系統(tǒng)動力方程，對整體結構進行了展開分析，并通過OpenGL實現了仿真分析的可視化。
　　根據平面反射陣天線的有關技術指標，實際制作了一個有效反射面為2m×2m的雙向可展開平面反射陣天線，對實際制作中的一些制作工藝提出了一些建議。制作了天線展開測試框架，分別使