大尺度可展开式抛物面天线机构的设计与展开性能分析

摘要

随着人类对宇宙空间的深入探索及航天技术的快速发展,在卫星、空间站等航天器上应用的空间可展天线不断朝着大型化、精密化发展。过去研究的空间可展天线机构大部分属于平面机构,而空间机构具有高刚度、高折展率等优点,因此有必要对这类空间折展机构进行研究。本文以各单闭环空间机构元为基础,构建三种可扩展新型机构,并选择以Bricard机构线对称类型为基础的“Y”形三棱柱机构作为单元模块来构建大型模块化空间可展开抛物面天线机构。
　　本文详细阐述了新型机构内各杆件的连接方式以及模块间相互的扩展方法。从简到难,分别对Bricard线对称类型机构、单元模块、多模块进行了运动学位置分析,求得各关节角的相互关系。
　　针对本文机构多杆件且单自由度的特点,利用凯恩方程分别建立 Bricard机构和单元模块的刚体动力学微分方程,研究其在展开过程的关节运动特点。为了模拟更加真实的展开过程,本文建立弹性动力学的有限元模型结合刚体动力学模型研究展开过程中的杆件弹性位移变化。
　　天线机构在完全展开后刚化成一个固定结构,此时处于工作状态,因此本文对固定的网络结构进行结构动力性能分析。对于影响结构动力性能的各因素如材料,尺寸参数等也分别作了分析。在航天应用中,轻质、高刚度是理想目标,本文以质量和基频为优化目标,对若干结构尺寸进行优化,为工程应用提供参考。

目录

摘?要

Abstract

第1章 绪 论

1.1?课题研究的目的及意义

1.2 可展开天线发展现状

1.2 .1 网状反射面天线

1.2.2 刚性反射面可展开天线

1.2.3 充气可展开天线

1.2.4天线性能分析与发展方向

1.3国内空间可展开天线研究现状

1.4 主要研究内容

第2章 天线展开机构设计

2.1 引言

2.2 机构模块化设计

2.3直观几何法

2.4 自由度分析方法

2.5 闭环单元

2.6 模块设计及扩展方法

2.6.1 长方体模块

2.6.2 三棱柱模块

2.6.3 “Y”形三棱柱模块

2.7曲面构建与机构选择

2.7.1方案确定

2.7.2 曲面描述

2.8本章小结

第3章 运动学分析与机构改进

3.1 引言

3.2 Bricard机构运动学分析

3.3单个模块运动学分析

3.4网络运动学分析

3.5机构改进

3.6本章小结

第4章 展开过程动力学分析

4.1 引言

4.2 刚体动力学

4.2.1 Bricard机构刚体动力学

4.2.2模块刚体动力学

4.3 弹性动力学

4.3.1 运动微分方程

4.3.2 模块划分

4.3.3 梁单元模型

4.3.4 长方体模型

4.3.5 模块弹性动力学微分方程

4.4 准静态分析 (KES分析)

4.4.1 固有频率计算

4.4.2 刚度分析与机构设计

4.5 本章小结

第5 章 结构动力学性能分析及优化

5.1 引言

5.2 刚化研究

5.2.1 关节锁定

5.2.2.拉索锁定

5.3 桁架网络模态分析

5.3.1 基本理论

5.3.2约束模态分析

5.4谐响应分析

5.5结构动力学影响因素分析

5.5.1 拉索影响

5.5.2 材料影响

5.5.3 结构参数影响

5.6 结构参数优化

5.7 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

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致?谢