介电弹性体对充气式天线反射面受热荷载后的形貌控制

摘要

由于空间充气式可展开天线结构展开后面积大，折叠起来的时候体积比较小，发射成本也较少，空间展开可靠性高等优点，已有好多国家对其展开深层次研究。尤其是近年，各国对空间范围内在轨运行天线的研究越来越热。我国对充气式可展开天线的研究工作还很少，因此对空间充气式可展开结构的相关研究工作是非常有意义和价值的。
　　目前对充气式可展开天线结构的面型精度进行主动控制的研究鲜有报道，其中天线在轨运行过程中受热荷载产生变形后导致反射面精度达不到应用要求是一个很关键的问题，这已经成为制约充气式可展开天线实际应用的最主要因素，解决好此问题，可使得充气式天线向工程实际应用跨出更大的一步。本文采用单层介电弹性体驱动器对反射面受热荷载变形进行主动控制从而提高其表面精度值。
　　本论文中首先基于Mooney-Rivlin模型和Neo-Hookean模型，分别对介电弹性体有预拉伸时和没有预拉伸时的响应进行力学分析，确认在介电弹性体驱动器结构研究中，采用Mooney-Rivlin模型更有效。通过拉伸实验测定了介电弹性体材料的力学性能参数：A1=19.4kPa，A2=1.25kPa。研究了基于电荷不变情况下介电弹性体驱动器的数学模型和力学性能，得出驱动器水平力的大小只与电场强度有关系跟其尺寸和形状因素没有关系的结论，并推导出在受到电压激励的情况下水平静电应力与垂直于柔性电极之间的法向应力是相等的，也即平行与介电弹性表面的应力与垂直于介电弹性体表面的法向应力相等，得出在微小的驱动控制研究中介电弹性体采用未拉伸自由状态更为有效。
　　最后考虑了天线所处环境下整体温度变化和梯度温度变化的理想数学函数，分析了反射面在温度变化下的面型精度变化规律和控制效率，并且得出在有驱动器布置的情况下能有效增加天线的动力性能。并制备了单层介电弹性体驱动器，最后制作了用于实验的工程模型，对比有限元分析结果得出实际应用的有效性，为之后的实际应用打下坚实的基础。

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目录

第一章 绪 论

1.1研究背景及其理论意义与实际意义

1.2国内外研究现状

1.3本文主要研究内容

第二章 介电弹性体驱动器力学性能

2.1单层介电弹性体驱动器的数学与力学模型

2.2单层介电弹性体驱动器材料力学性能研究

2.3介电弹性体性能测试与研究

2.4本章小结

第三章 天线反射面形貌控制效果模拟研究

3.1引言

3.2天线结构的设计参数对天线表面的精度影响分析

3.3天线反射面在驱动控制下的数学分析模型

3.4温度载荷下的形貌控制效果分析

3.5驱动控制器对天线模态响应的影响分析

3.6本章小结

第四章 天线形貌控制效果的实验研究

4.1实验内容

4.2实验方法简述

4.3实验结果分析

结论

参考文献

附录

附录1升高8K温度下反射面标靶点的偏移量

附录2升高12K温度时候反射面标靶点的偏移量

声明

致谢