天线系统中可折叠刚性杆的设计与分析

摘要

本文首先综述了可展结构的现状和未来并阐述了可展结构的分类,介绍了国内外可展结构的应用范围及可展结构的国内外研究现状.简要叙述了各种可展结构的展开驱动机理,以及与此相关的连接铰链的类型. 可展结构不同于其它的结构,当结构完全展开后,通过锁定或用其它的方式,使结构成为不可变体系,此时,结构为静定或超静定结构,其定位精度、刚度、抗震性能等要求与普通结构一致；当结构为展开过程中的任何一个构形时,结构处于不稳定状态,但是为了完成由折叠状态到伸展状态的运动,结构必须满足特定的节点约束条件、节点构造、运动规划和机构设计等.因此,在可展结构的设计中,连接铰链的设计是相当重要的.在阐述了空间可展结构设计的基本原理和准则后,本文在参考了国内外相关文献的前提下,比较了天线的两种结构方案,选择了适合本结构的一种方案. 本文详细讨论了此结构的技术要求并对此展开结构中可折叠刚性杆进行了设计,包括材料选择、杆件及节点设计、锁定点设计、软管硬管接头设计等.并加工制作出来了伸展臂的实物模型. 在介绍完可折叠刚性杆的设计后,本文对原理样机进行了深入分析,分析包括静力、模态、稳定分析等方面,并以模态分析为重点,讨论了不同参数对结构频率的影响.设计了天线的零重力吊架系统,对进行天线的模型实验作了准备. 最后对该天线系统得研究成果进行了总结,并提出了进一步要解决的问题.

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

1.1前言

1.2可展结构的现状和未来

1.3可展结构在空间的应用

1.4各种可展结构的展开驱动机理

1.5用于展开结构的连接铰链

1.6本文的主要工作

本章参考文献

第2章大型平板可展天线的方案设计

2.1引言

2.2空间可展结构设计的基本原理和准则

2.2.1基本原理

2.2.2设计步骤

2.3展开天线的国内外研究现状

2.3.1充气式展开天线

2.3.2环形桁架式展开天线

2.3.3充气展开自硬化管支撑天线

2.4大型平板展开天线的设计要求

2.5结构方案的比较与选取

2.5.1直接支撑方案

2.5.2间接支撑方案

2.5.3两种方案的比较与选择

2.6基本设计参数

2.6.1天线系统的构成

2.6.2材料选用

2.7本章小结

本章参考文献

第3章大型平板可展天线刚性杆部分的结构设计

3.1引言

3.2技术要求

3.3刚性管总体方案设计

3.4刚性管各部件的具体设计

3.4.1弹簧铰链方案

3.4.2空心管

3.4.3两根空心圆管间的连接方式

3.4.4刚性管与软管的接头

3.4.5半圆管

3.4.6中间支撑杆的设计

3.4.7馈源杆的设计

3.4.8扭簧的设计

3.5精度问题

3.6重量问题：

3.7设计制作成果

3.8本章小结

本章参考文献

第4章折叠杆的结构分析

4.1引言

4.2有限元模型

4.3影响刚度的几个因素

4.3.1刚性杆直径

4.3.2空心杆的直径

4.4固有特性分析

4.4.1模态分析原理

4.4.2模态分析结果

4.4.3结论

4.5结构稳定理论概述

4.5.1弹性稳定的基本概念

4.5.2结构失稳及失稳的种类

4.6稳定问题计算方法

4.7本章小结

本章参考文献

第5章可折叠刚性杆的实验分析

5.1引言

5.2零重力环境模拟设备的设计

5.3大型平板展开结构的零重力环境实验设备

5.3.1展开实验

5.4单根刚性杆的静力承载实验

5.4.1竖向位移测量：

5.4.2应变测量：

5.4.3实验结果

5.5本章小结

参考文献

第6章结论与展望

6.1本文主要工作及结论

6.2进一步的工作

致谢