雷达卫星重载高精天线机械系统设计技术研究

论文摘要

合成孔径雷达卫星因具有不受日照和天气条件的限制,能全天候、全天时地对地观测,并对某些地物具有一定的穿透能力等优势,其应用需求日益广泛。天线机械系统是连接卫星星体与有效载荷的重要载体,主要功能是为天线集成提供安装平台,承受运输、试验、发射等各阶段的载荷,实现天线板的在轨展开,并保证天线阵面的在轨精度要求,因此,天线机械系统对有效载荷性能的实现具有举足轻重的作用。随着用户需求的不断提高,天线载荷具有质量重、天线口径大、构型复杂、精度要求高等特点,因此,要保证性能,需要对这类天线的高刚度低响应和在轨低变形技术进行研究,这是空间结构机构中的一个迫切需要解决的重要课题。本文根据某卫星雷达天线载荷重、精度要求高的需求,介绍了天线机械系统关键部件的设计,进行了机构和结构动力学仿真分析以及天线阵面在轨热变形分析,并根据分析结果进行了优化设计,开展了模态测试工作,验证了动力学仿真分析结果。同时进行了振动试验、展开试验,对产品的性能和优化结果进行了验证。通过结构动力学计算,找出了影响天线刚度及响应的因素,对天线主承力结构的构型、连接天线与星体的压紧点的数量和布置、天线与星体间的距离大小等方面的设计参数进行了优化,解决了重载天线高刚度低响应的技术难点,达到提高刚度、减低响应的目的。同时,根据天线在轨环境条件,建立了天线阵面热变形计算模型,通过从材料、尺寸、构型、温度工况、连接方式等方面的对比分析,找出影响天线热变形的敏感源,并根据分析结果,提出相应措施,调整产品的设计参数,从而达到降低热变形提高天线阵面在轨精度的目的。通过计算分析和试验测试,给出了工程上较为合理可行的设计方案,此设计能使收拢构型满足频率要求,展开构型可满足频率和在轨低变形的要求,突破了重载荷高精天线机械系统的关键技术,为相关产品的工程化应用奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 课题研究的目的和意义
• 1.3 课题研究内容及关键问题
• 1.4 国内外研究现状
• 1.4.1 国外研究现状
• 1.4.2 国内研究现状
• 第二章 重载高精天线机械系统设计
• 2.1 机械系统的任务和功能
• 2.2 机械系统的设计指标
• 2.3 机械系统设计方案
• 2.3.1 工作原理
• 2.3.2 系统组成
• 2.3.3 实现方案
• 2.4 本章小结
• 第三章 展开机构动力学分析
• 3.1 动力学仿真分析的必要性及意义
• 3.2 机构工作原理
• 3.3 仿真流程
• 3.4 仿真模型的建立
• 3.4.1 模型假设
• 3.4.2 坐标系的建立
• 3.4.3 模型的主要构成及说明
• 3.5 参数的确定
• 3.6 仿真结果
• 3.7 本章小结
• 第四章 结构动力学分析及优化设计
• 4.1 结构动力学分析
• 4.2 优化设计方法
• 4.3 优化前的动力学分析
• 4.3.1 优化前的产品状态
• 4.3.2 有限元模型
• 4.3.3 参数输入
• 4.3.4 计算结果
• 4.4 收拢刚度影响因素分析及设计优化
• 4.4.1 压紧点数量及框架构型对收拢基频影响
• 4.4.2 星体与侧板间的距离及模态阻尼比对侧板响应的影响
• 4.4.3 不同加筋方案对侧板响应的影响
• 4.5 设计优化后的方案及动力学计算结果
• 4.5.1 优化后的方案
• 4.5.2 方案优化后收拢状态计算结果
• 4.5.3 展开方案优化及模态计算结果
• 4.5.4 中板模态
• 4.5.5 动力学分析结论
• 4.6 本章小结
• 第五章 天线阵面热变形分析及优化设计
• 5.1 有限元建模
• 5.2 计算输入条件
• 5.2.1 假定条件
• 5.2.2 计算参数
• 5.2.3 温度条件
• 5.2.4 计算工况
• 5.3 计算结果
• 5.3.1 中板计算结果
• 5.3.2 侧板计算结果
• 5.3.3 计算结果分析
• 5.4 降低阵面热变形方法分析
• 5.4.1 改变温度状况
• 5.4.2 改变产品设计参数
• 5.4.3 其它影响因素及降低阵面热变形的方法
• 5.5 热变形计算结论
• 5.6 参数优化后的阵面热变形计算
• 5.7 本章小结
• 第六章 试验及测试
• 6.1 天线板模态测试
• 6.1.1 试验目的
• 6.1.2 试验产品的技术状态
• 6.1.3 测试方法
• 6.1.4 模态测试结果
• 6.1.5 模态测试结果分析
• 6.2 振动试验测试
• 6.2.1 试验目的
• 6.2.2 试验产品的技术状态
• 6.2.3 试验输入条件
• 6.2.4 振动试验结果
• 6.2.5 振动试验结果分析
• 6.3 常温展开试验
• 6.3.1 试验目的
• 6.3.2 产品状态
• 6.3.3 试验结果
• 6.4 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 不足及展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的学术论文