充气天线展开仿真及空间碎片碰撞研究

摘要

空间充气展开结构技术是一项新型技术，在构建大型空间结构方面具有发射体积小、重量轻等显著优点，在空间结构技术领域有广泛的军事需求和广阔的应用前景。
　　 本文查阅国内外大量相关文献，介绍了充气天线的研究现状，并具体介绍了充气管硬化、充气天线展开仿真、动力学分析、空间碎片撞击分析的研究现状。
　　 充气管硬化后的承载力是工程应用的一个重要指标，本文采用膜单元，考虑层合薄膜上的塑性变形，对充气管硬化对充气结构性能的影响进行了研究，通过有限元分析比较了硬化前后充气管的力学性能，并进行轴压承载力实验验证了分析方法的正确性。
　　 抛物面折叠模型的建立和反射面的展开分析是研究充气天线展开仿真中的基础问题，本文建立了反射器的折叠模型，描述了折叠前后模型的几何关系，并基于Ls—Dyna软件对6米口径充气天线反射器以及天线整体进行了展开仿真，演示了充气天线展开的运动过程。
　　 动态特性是充气展开结构设计过程中必须考虑的问题，本文对6米口径充气天线整体及支撑结构和膜面的动力学特性进行了分析，并进行了3.2米口径反射器的振动实验。
　　 空间碎片碰撞天线问题是当前研究的热点，本文首先对气体用实体单元，考虑气体与膜面的耦合，分析了1cm，1mm直径碎片撞击充气天线的响应，然后采用气囊模型，只考虑气体的气压作用，分析了0.1mm，0.05mm，0.03mm，0.02mm，0.01mm直径碎片撞击天线反射器的动力学响应，得到不同直径碎片的临界撞击速度，对分析结果进行拟合从而建立了临界碎片直径与碎片撞击速度之间的关系。充气天线受空间碎片撞击后会产生穿透，导致气体泄漏，本文以地面试验的情况为参照，研究了真空中气体泄漏的速度，采用文献中的撞击概率分析了天线穿孔面积随时间的变化关系，进而计算了连续补气和间歇补气两种情况下需要补充气体泄漏的质量，给充气天线的工程应用提供了参考的数据。

目录

文摘

英文文摘

声明

致谢

1绪论

1.1引言

1.2充气天线国内外研究现状

1.3充气管研究现状

1.4展开仿真研究现状

1.5充气天线动力学分析研究现状

1.6空间碎片撞击分析研究现状

1.7本文主要工作

2充气管硬化研究

2.1引言

2.2充气天线硬化技术

2.2层合薄膜分析方法

2.3铝箔拉伸试验

2.4有限元分析

2.5承载力试验

2.6本章小结

3充气天线展开仿真

4充气天线动力学分析

4.1引言

4.2薄膜振动基本理论

4.3索膜动力学分析

4.4支撑结构动力学分析

4.5充气天线整体

4.6反射器振动试验

4.7本章小结

5空间碎片撞击分析

5.1空间粒子分布

5.2撞击危害

5.3动态显式有限元理论

5.4 LS-DYNA数值仿真

5.5保压方案研究

5.6本章小结

6结论与展望

6.1本文的主要工作和结论

6.2进一步的工作

参考文献

附录

作者简历