模块化可展开抛物面天线支撑机构设计与研制

论文摘要

可展开支撑机构是金属网面可展开天线的主体结构,起到展开天线金属反射网面到工作状态,并支撑天线,保证其反射面形面精度的重要作用。设计具有高可靠性、高收纳率、高精度的桁架式可展开支撑机构是研制高性能可展开天线的基础。本文以可展开抛物面天线支撑机构为研究对象,提出了以六棱台模块组成的天线支撑机构方案,并对其进行了几何建模。由于可展开支撑机构通过张紧索与金属反射网相连接,所以通过调节张紧索的长度,就可以调节金属反射网的形面精度。通常情况下,要求天线支撑机构上与张紧索相连的点组成球面,以此球面最大限度的接近工作表面形状(抛物面形状)。而六棱台模块与金属反射网连接侧形状为六边形框架,而单纯依靠完全相同的正六边形无法构成球面形状。本文针对该问题展开研究,在保证模块具有相同肋单元的前提下,提出空间等包络圆法,并建立了天线支撑机构空间几何模型,以保证天线支撑机构的几何形面精度,并分析六棱台模块肋单元与肋单元之间产生的角度变化及此变化随天线口径及模块数量的改变规律。通过分析可展开机构方案的优缺点,优选机构方案,通过MATLAB软件,对选取方案展开过程运动学进行详细分析。其中包括可展开肋单元、模块展开机构以及七模块联动展开机构,为详细的结构设计提供理论依据。结合仿真分析软件ADAMS,对天线支撑机构及驱动装置进行详细的结构设计。其中包括天线支撑机构结构设计,通过释放绳索达到控制天线支撑机构展开速度的缓释装置设计。建立天线支撑机构的三维模型,运用有限元分析软件ANSYS对主要受力构件进行静力学分析,对其进行强度校核。研制天线支撑机构原理样机。通过设计杆件装配工装及模块装配工装,以保证杆件装配精度及模块各肋之间的装配角度,并通过模块装配工装对斜拉索张力进行控制,对所研制的天线支撑机构原理样机进行展开功能试验和展开过程振动试验,以验证分析与设计的正确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及研究的目的与意义
• 1.1.1 课题来源
• 1.1.2 研究的目的与意义
• 1.2 国内外研究现状与分析
• 1.2.1 国外研究现状与分析
• 1.2.2 国内研究现状与分析
• 1.3 本课题主要研究内容
• 第2章 天线支撑机构几何建模
• 2.1 引言
• 2.2 可展开天线支撑机构展开方案确定
• 2.3 空间等包络圆法
• 2.3.1 空间等包络圆法提出的背景
• 2.3.2 空间等包络圆法的定义
• 2.4 多层空间等包络圆几何建模
• 2.4.1 中心层包络圆几何建模
• 2.4.2 第二层包络圆几何建模
• 2.4.3 第三层包络圆几何建模
• 2.4.4 三层包络圆及三层天线支撑机构的几何建模
• 2.5 多层模块连接引起的偏角变化趋势分析
• 2.6 本章小结
• 第3章 天线支撑机构运动学分析
• 3.1 引言
• 3.2 可展开天线支撑机构尺寸确定
• 3.3 可展开天线支撑机构运动学分析
• 3.3.1 可展开肋单元展开运动学分析
• 3.3.2 单模块运动学分析
• 3.3.3 多模块联动运动学分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 天线支撑机构结构设计及分析
• 4.1 引言
• 4.2 可展开天线支撑机构驱动设计
• 4.2.1 驱动位置分析
• 4.2.2 主驱动弹簧设计
• 4.3 天线支撑机构结构设计
• 4.3.1 中心杆结构分析
• 4.3.2 斜腹杆与外杆结构设计
• 4.3.3 缓释装置设计
• 4.4 杆件静力学分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 天线支撑机构样机研制与试验
• 5.1 引言
• 5.2 杆件装配工装研制
• 5.3 模块肋间角度的分度、斜拉索张力控制与测量
• 5.4 天线支撑机构实验系统
• 5.4.1 天线支撑机构可移动式吊挂
• 5.4.2 天线支撑机构展开运动控制平台
• 5.4.3 天线支撑机构原理样机展开振动测试平台
• 5.5 天线支撑机构原理样机试验
• 5.5.1 天线支撑机构展开功能试验
• 5.5.2 天线支撑机构展开过程振动测试试验
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢