可展开平面天线支撑机构构型综合与设计

论文摘要

空间可展开机构已经广泛应用于航天事业。随着宇航空间技术的发展,空间可展开机构也在向着大型化、复杂化方向发展。我国目前正在准备研制长达15m的星载平面天线,其可展开支撑机构的研制是关键技术之一。因此,本文展开了对宇航可展开机构构型创新设计方法的研究,和平面天线支撑机构的设计与分析工作,对提升我国宇航空间技术和高精度地球观测事业具有重要的意义。本文结合了国家自然科学基金重点项目,展开了对空间可展开机构构型综合方法的研究,和平面天线支撑机构的设计工作。本文首先将空间可展开机构单元分为了3类。并基于图论的数学工具,提出了一套空间静定桁架图谱的建立方法。建立了空间可展单元图谱的矩阵表示方法,进而借助于胚图插点法的综合思想,在静定桁架图谱的基础上,提出了一套空间可展开机构单元的综合方法。针对空间可展单元同构的问题,本文展开了研究工作。提出了一套基于关联度码法的高效的空间可展单元同构判别的方法。用这种方法得到了折叠态为平面的全部11种四棱锥单元图谱。将综合得到的空间可展开机构单元,落实到星载平面天线支撑机构的应用上。针对平面天线支撑机构的要求,提出了3种方案。并利用有限元手段,分析了设计方案两模块天线的模态。分别以支撑机构质量为目标函数,一阶固有频率为约束条件,对支撑机构的设计参数进行了优化。并给出了降低支撑机构质量,提高系统一阶固有频率的具体方法。综合前面的内容,对平面天线支撑机构做了详细的设计和分析。通过运动学仿真的手段验证了支撑机构的可展开性,并在仿真中测量了关键部件的运动学参数曲线。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及研究的意义
• 1.1.1 课题背景及来源
• 1.1.2 课题研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 空间可展开机构及其单元发展现状
• 1.2.2 构型综合方法综述
• 1.2.3 星载平面天线可展开支撑机构发展现状
• 1.3 本课题主要研究内容
• 第2章 空间可展开机构单元构型综合
• 2.1 引言
• 2.2 空间可展元素分析及综合的技术流程
• 2.2.1 图论基本概念
• 2.2.2 空间可展单元分类
• 2.2.3 空间可展单元综合的技术流程
• 2.3 空间静定桁架图谱建立
• 2.3.1 静定桁架边数的确定
• 2.3.2 静定桁架图谱基本性质
• 2.3.3 建立静定桁架图谱的流程
• 2.3.4 算例
• 2.4 空间可展单元图谱的建立
• 2.4.1 空间可展单元的矩阵描述方法
• 2.4.2 可折叠杆数的确定
• 2.4.3 建立空间可展单元图谱的流程
• 2.4.4 算例
• 2.5 本章小结
• 第3章 空间可展开机构单元的同构判别
• 3.1 引言
• 3.2 空间可展单元的关联度码表示
• 3.3 空间可展单元同构判别方法
• 3.3.1 图谱邻接矩阵的区域分割
• 3.3.2 获取可展单元图谱IDC 的流程
• 3.3.3 空间可展单元同构判别举例
• 3.4 平面折叠态的四棱锥单元的综合
• 3.4.1 可展单元综合的计算机程序
• 3.4.2 平面折叠态四棱锥单元综合结果
• 3.5 本章小结
• 第4章 平面可展天线支撑机构方案设计与参数优化
• 4.1 引言
• 4.2 平面天线支撑机构方案设计与分析
• 4.2.1 方案设计
• 4.2.2 三种方案对比
• 4.3 平面天线模态分析
• 4.4 天线支撑机构结构参数优化
• 4.4.1 支撑机构参数优化的技术流程
• 4.4.2 总体高度和支撑杆外径的优化
• 4.4.3 不同类型支撑杆外径的优化
• 4.4.4 不同类型支撑杆壁厚的优化
• 4.4.5 优化前后结果对比
• 4.5 本章小结
• 第5章 平面可展开天线支撑机构设计及运动学仿真
• 5.1 引言
• 5.2 天线支撑机构设计
• 5.2.1 系统组成
• 5.2.2 可展开支撑桁架设计
• 5.2.3 联动机构设计
• 5.2.4 驱动与传动组件设计
• 5.3 天线支撑机构运动学仿真
• 5.3.1 支撑机构可展开性验证
• 5.3.2 运动参数的测量
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢