基于展开动力学分析的索网结构设计及展开规划

摘要

由于特殊的工作环境，星载可展开天线的展开过程受人为干预能力有限，需要在设计阶段对其进行详细、准确的分析设计。作为典型的星载可展开天线结构，本文以周边桁架式网状可展开天线为研究对象，分析了索网结构影响下的天线展开驱动索力，在此基础上，通过对索网结构与驱动索收纳过程进行优化设计来改善展开过程性能。具体研究内容如下： 1.分析了索网结构影响下的展开驱动索力。首先推导了索网作用力对桁架做功的表达式，从功的角度分析了索网结构对天线桁架展开的影响。在此基础上，考虑了驱动索与滑轮之间的摩擦引起的耗散能以及天线桁架动能，根据能量守恒原理，推导了天线展开过程中的驱动索力表达式，然后针对2m周边桁架式网状可展开天线，根据天线结构参数求解了展开驱动索力，进一步分析了索网结构对展开驱动索力的影响。 2.为了降低天线展开驱动索力峰值，提出了基于展开动力学分析的索网结构优化方法。首先分析了索网结构的后网面高度与索段设计张力对展开驱动索力的影响规律，在此基础上，建立了基于展开动力学分析，以索段张力及后网面高度为设计变量，最小化展开驱动索力峰值与后网面最大张力比、最大化天线展开结构刚度为目标的索网结构优化模型。最后针对2m周边桁架式可展开天线，通过对比仿真结果与样机实验结果，验证了该索网结构优化方法的有效性和合理性。 3.为了降低天线的展开功率峰值，同时减小天线展开过程中的冲击，提出了基于展开动力学分析的驱动索收纳过程优化方法。首先利用Bezier函数描述天线展开过程中驱动索收纳长度随时间的变化曲线，建立了以该长度变化曲线的控制参数为设计变量、最小化天线展开功率峰值为目标、并约束展开角加速度大小的优化模型。然后针对优化前后的驱动索收纳过程，进行2m样机的展开过程试验，通过对比仿真结果与样机实验结果，验证了该优化模型的有效性和合理性。

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