环肋可展开天线的相似性分析

论文摘要

随着空间应用需求的不断增长,星载可展开天线的口径也不断地增大。但是,天线口径的增大,受地面环境条件、场地、费用和测试设备等因素的限制,有些实验是很难实现的,而且一旦出现问题,将造成很大的人力、物力浪费。由于缩比模型的口径较小,无论是制作成本,还是在地面做实验都容易被控制。本文对大口径天线的缩比模型进行分析,通过小模型的特性对大模型的特性进行预测是一种切实可行的选择。本文以环肋可展开天线为研究对象。首先,介绍了可展开天线的发展及相似理论的基本内容。其次,分析了环肋可展开天线其原型与模型完全相似情况下静力学相关缩尺。对于关节质量不按相似准则缩比,即存在畸变量,分别用相似理论得出的算术表达式和用ANSYS计算机仿真对模型进行性能预测,两种不同的预测方法结果一致,从而说明运用相似理论预测的正确性。又分析推导了杆件密度存在畸变量时,展开态结构基频的预测算术表达式以及环杆尺寸存在畸变量时,结构RMS的预测算术表达式。再次,利用相似理论的两种不同计算方法——微分方程法和量纲分析法,求出了环肋可展开天线在完全相似情况下的动力学相关缩尺。分析了杆件横截面积存在畸变量时,天线展开时间的预测表达式,又以ADAMS计算机仿真预测了模型展开时间,两者结果基本吻合,从而验证了相似理论推出的算术表达式预测的正确性。本文的相似分析结果以及仿真结果表明,对于难以测试的大口径天线可以运用缩比模型进行性能预测。对于相似的大小模型,它们具有相似的静、动力学特性,即使模型存在畸变量,也可以修正预测系数,达到预测原型性能的目的。本文工作的意义在于为大口径天线的建立提供一定的参考价值和设计依据。这种相似分析的方法也可应用于其它空间结构的设计和性能的分析预测。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 可展开天线的结构形式
• 1.2.1 固体反射面可展开天线
• 1.2.2 充气硬化可展开天线
• 1.2.3 金属网面可展开天线
• 1.3 国内外可展开天线的研究现状
• 1.3.1 国外可展开天线的发展
• 1.3.2 国内可展开天线的发展
• 1.3.3 国内外发展的比较
• 1.4 本文主要工作
• 第二章 天线相似分析必要性及相似理论
• 2.1 引言
• 2.2 相似三定理
• 2.3 相似性分析的方法
• 2.4 本章小结
• 第三章 环肋可展开天线的静力学相似分析
• 3.1 引言
• 3.2 环肋可展开天线简介
• 3.3 完全相似情况下静力学缩尺
• 3.3.1 推导与求解
• 3.3.2 预测与验证
• 3.3.3 振型比较
• 3.4 不完全相似情况下参数预测表达式的求解
• 3.4.1 真实模型与畸变模型
• 3.4.2 关节质量存在畸变量时结构基频的预测
• 3.4.3 杆件密度存在畸变量时结构基频的预测
• 3.4.4 关节质量和杆件密度同时存在畸变量时结构基频的预测
• 3.4.5 环杆尺寸存在畸变量时RMS的预测
• 3.4.5.1 地面环境下的预测
• 3.4.5.2 太空环境下的预测
• 3.5 本章小结
• 第四章 环肋可展开天线的动力学相似分析
• 4.1 引言
• 4.2 完全相似情况下的动力学缩尺
• 4.2.1 基于微分方程法的分析
• 4.2.1.1 拉格朗日方程相关
• 4.2.1.2 应用拉格朗日方程时应注意的问题
• 4.2.1.3 方程分析
• 4.2.2 基于量纲法的分析
• 4.2.3 结论
• 4.3 不完全相似情况下展开时间的预测
• 4.3.1 杆件横截面积存在畸变量时的预测表达式
• 4.3.2 求解与验证
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献