星载可展开天线结构特性分析

论文摘要

星载天线的结构特点和不可维修性以及空间环境的复杂性,对星载天线结构的可靠性提出了很高的要求。本文针对一种新型星载环肋可展开天线结构特性进行了分析和研究,目的是为天线结构的设计改进提供必要的参考数据。基于星载环肋可展开天线结构特点,本文对其结构特性进行了系统的分析:分别对3米、60米可展开天线骨架展开结构在重力与微重力环境下进行了结构特性分析。在重力环境下,找到了天线骨架在地面展开后一种较好的试验方法;在微重力环境下,得到天线受到惯性载荷时的变形量,为天线电性能的分析提供了参考。对构架天线型面的60米口径充气圆管进行了分析及优化。首先对充气圆管进行了静力学分析;接着对不同口径的充气圆管的充气压力、膜面厚度进行了优化设计;对60米展开天线整体进行了静力学分析及模态分析。通过静力学分析得到了天线在受到自重情况下的变形量;通过模态分析可知增大肋杆、环杆横截面的尺寸或增加约束对提高天线结构的低阶固有频率效果比较明显;基于ANSYS软件的多场耦合运算功能,对60米天线反射面同步轨道受太阳辐射的热变形进行了求解运算,得到了不同时刻天线节点的热变形位移量。通过对星载环肋可展开天线结构特性的分析和研究,说明了该新型可展开天线结构的可行性和存在的一些问题,为大型星载展开天线设计与研究工作提供了参考依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外星载天线结构研究现状
• 1.2.1 国外星载可展开结构研究现状
• 1.2.2 国内星载天线研究现状
• 1.3 空间可展开天线发展中面临的问题
• 1.4 可展开结构的分析方法
• 1.5 大型有限元软件ANSYS 简介
• 1.5.1 ANSYS 的基本组成
• 1.5.2 APDL 语言简介
• 1.5.3 ANSYS 静力分析简介及等效应力概念
• 1.5.4 ANSYS 优化设计
• 1.6 折叠环肋可展开天线支撑结构简介
• 1.6.1 整体布局设计描述
• 1.6.2 支撑肋与支撑环结构形式
• 1.6.3 充气圆管与中心圆筒简介
• 1.7 本文的主要内容
• 第二章 环肋展开天线骨架刚性结构分析
• 2.1 引言
• 2.2 3 米展开天线骨架刚性结构分析
• 2.2.1 结构模型描述
• 2.2.2 重力环境下结构力学分析
• 2.2.3 空间微重力环境下结构力学分析
• 2.3 60 米展开天线骨架刚性结构分析
• 2.3.1 结构模型描述
• 2.3.2 重力环境下结构力学分析
• 2.3.3 空间微重力环境下结构力学分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 展开天线充气圆管分析
• 3.1 引言
• 3.2 充气圆管力学分析
• 3.2.1 材料选择
• 3.2.2 有限元模型描述
• 3.2.3 静力学分析
• 3.3 优化分析
• 3.3.1 理论依据
• 3.3.2 优化分析的初始模型描述
• 3.3.3 优化数据
• 3.4 结构固化技术
• 3.5 本章小结
• 第四章 60 米展开天线整体结构分析
• 4.1 引言
• 4.2 分析模型描述
• 4.2.1 材料特性
• 4.2.2 单元及其常数
• 4.3 静力分析
• 4.4 模态分析
• 4.4.1 基本理论
• 4.4.2 约束
• 4.4.3 展开模型固有频率及振型
• 4.5 本章小结
• 第五章 抛物面天线反射面太阳辐射在轨热分析
• 5.1 引言
• 5.2 轨道空间环境分析与辐射外热流计算理论
• 5.2.1 轨道空间环境分析
• 5.2.2 轨道外热流计算理论
• 5.3 地球同步轨道上太阳光与地球和卫星的几何关系
• 5.3.1 轨道特点
• 5.3.2 地球同步轨道上太阳光与地球和卫星的几何关系
• 5.4 抛物面天线反射面在轨温度的求解
• 5.4.1 基本理论
• 5.4.2 抛物面天线反射面模型介绍及热源的基本假设
• 5.4.3 利用ANSYS 软件求解在轨抛物面天线反射面温度场
• 5.5 大型星载抛物面天线反射面的热—结构耦合分析
• 5.5.1 热变形及热应力概述
• 5.5.2 天线反射面结构表面热的加载
• 5.5.3 天线热变形分析结果
• 5.6 本章小结
• 第六章总结与展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 存在问题及后续工作
• 6.3 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 读研期间研究成果