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构架式天线可展支撑机构构型设计及性能分析

构架式天线可展支撑机构构型设计及性能分析

作者：高小钧兰州理工大学

学位级别：硕士

随着对宇宙空间奥秘的深入探索,对卫星通信能力的要求不断提高,卫星与地面的通信主要靠星载天线,而天线接收和发送信号的增益系数与天线口径密切相关,口径越大天线分辨率越高,故航天领域对大口径可展天线的需求越来越大。构架式可展天... 详细信息

随着对宇宙空间奥秘的深入探索,对卫星通信能力的要求不断提高,卫星与地面的通信主要靠星载天线,而天线接收和发送信号的增益系数与天线口径密切相关,口径越大天线分辨率越高,故航天领域对大口径可展天线的需求越来越大。构架式可展天线因整个金属网面靠桁架支撑,刚度大且形面精度高,将成为未来大口径高精度可展天线的重要研发方向之一。天线的展开可靠性对整个航天任务的成败起决定性作用,对构架式可展天线而言,其能否顺利展开主要取决于支撑机构的性能。目前,我国在轨应用的构架式天线种类为数不多,高性能可展支撑机构的匮乏是制约可展机构在构架式天线中得到实际应用的技术瓶颈之一。因此,本文主要研究构架式天线可展支撑机构的构型,并对其进行运动学和动力学性能分析,对航天领域大口径高性能构架式可展天线的开发具有重要的理论和实际意义。通过分析天线反射面的不同划分方法,将反射面划分单元的交点作为可展支撑机构基本单元的顶点构件,基于三棱锥单元、三棱柱单元、三棱柱和四棱柱单元的组合提出了四种构架式天线可展支撑机构构型,并从拓扑层面对其进行了对比分析,鉴于三角形的稳定性从中选取了基于三棱锥和三棱柱单元的两种构型展开了结构约束和几何约束分析,得到了所提出的构型具有可展性且仅具有1个自由度,进而根据基本单元的组合方式以及各构件的空间位置关系分析了两种构型在展开或收拢过程中各构件的位姿变化,分析了驱动位置对机构展开/收拢运动的影响,最后对两种构型展开了动力学性能分析,分析了对单自由度可展支撑机构,不同位置扭簧刚度和初始压缩量对机构展开/收拢运动的影响,分析了机构展开/收拢到位所用时间相同时,不同转动副位置上所需添加的驱动力矩大小。本文研究结果将丰富构架式天线可展支撑机构类型,进一步完善构架式可展天线理论研究体系,为航天领域大口径高性能构架式可展天线的开发奠定理论基础。

关键词：构架式天线可展支撑机构构型设计运动学动力学

构架天线四面体桁架单元精度分析与多目标优化设计

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中国空间科学技术 2023年第2期43卷 135-143页

作者：吴迪陈金宝陈传志赵将马小飞南京航空航天大学航天学院南京210016 西安空间无线电技术研究所西安710100

为了减小加工装配误差对天线桁架精度的影响,解决含随机变量的优化问题,综合考虑了杆件加工装配误差正态分布特性对精度的影响,通过最小势能原理求解得到了含杆件误差的构架天线桁架单元的平衡状态,采用蒙特卡洛方法对杆件误差变化对型... 详细信息

为了减小加工装配误差对天线桁架精度的影响,解决含随机变量的优化问题,综合考虑了杆件加工装配误差正态分布特性对精度的影响,通过最小势能原理求解得到了含杆件误差的构架天线桁架单元的平衡状态,采用蒙特卡洛方法对杆件误差变化对型面精度的影响开展了分析,得到杆件随机误差下的平均精度。为提高计算效率,建立了以杆件长度公差为设计变量、以桁架型面精度和加工成本为目标函数的代理模型,通过多目标遗传优化算法进行了公差优化设计,得到了代理模型误差小于8%的多组公差设计方案。其中平均精度最小达到了0.013 mm,并且分析结果显示腹杆影响显著大于底杆。

关键词：装配公差构架式天线多目标优化型面精度径向基函数

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四边形单元构造旋转抛物面结构的研究——基于可变对角杆技术

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空间结构 2001年第1期7卷 51-58页

作者：胡其彪关富玲陈昌义岳建如浙江大学土木系空间结构研究中心浙江杭州310027 天津水泥工业设计研究院天津300400

本文主要工作是提出设计三维伸展结构的一种方法 ,并由此得出机构综合的准则——单元等投影尺寸膨胀法 (EPDEBS) ;分析了结构静动力响应 ;文末分析了在重力作用下对抛物面成型精度影响。全文分析表明这种展开结构有展开可靠性高 ,刚度... 详细信息

本文主要工作是提出设计三维伸展结构的一种方法 ,并由此得出机构综合的准则——单元等投影尺寸膨胀法 (EPDEBS) ;分析了结构静动力响应 ;文末分析了在重力作用下对抛物面成型精度影响。全文分析表明这种展开结构有展开可靠性高 ,刚度好 ,形面精度高和造价低等显著优点 ,对指导可展结构研究和设计具有重要工程意义。

关键词：构架式天线抛物面结构结构可靠性四边形

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大型切割旋转抛物面展开结构的设计

工程设计学报 2000年第1期7卷 46-48页

作者：张京街关富玲胡其彪浙江大学土木系浙江杭州310027

讨论近年来我们研究的一种特殊的展开结构 ,并成功设计出这种结构。

关键词：展开结构切割抛物面构架式天线结构设计

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3R-3RSR单自由度四面体可展单元

3R-3RSR单自由度四面体可展单元

一种新型多自由度可展组合单元机构的运动特性分析

第二届可展开空间结构学术会议

作者：刘文兰许允斗陈亮亮韩博姚建涛赵永生燕山大学河北省并联机器人与机电系统实验室燕山大学先进锻压成型技术与科学教育部重点实验室

提出了一种3R-3RSR单自由度四面体可展单元,其由一个顶花盘、三根等长的摇摆杆、三根折叠杆、九个转动副(R)和三个球副(S)组成。三根摇摆杆上端均通过R副与顶花盘连接,该R副轴线垂直于由三根摇摆杆轴线的交点、四面体单元底面三角形的... 详细信息

提出了一种3R-3RSR单自由度四面体可展单元,其由一个顶花盘、三根等长的摇摆杆、三根折叠杆、九个转动副(R)和三个球副(S)组成。三根摇摆杆上端均通过R副与顶花盘连接,该R副轴线垂直于由三根摇摆杆轴线的交点、四面体单元底面三角形的外心以及对应摇摆杆下端点确定的平面,且顶花盘上的三个R副共面;每根折叠杆由两根等长的连杆通过一个S副连接而成,折叠杆两端均通过R副与摇摆杆的下端连接,且每根折叠杆两端的转动副轴线相互平行且垂直于两转动副中心的连线。首先,基于修正的Kutzbach-Grübler公式分析了单闭环R-RSR-R机构的自由度。其次,基于3R-3RSR四面体单元的结构组成及单闭环机构的主动关节速度和被动关节速度之间的关系推导得到了3R-3RSR四面体单元最多具有1个自由度及自由度存在的几何条件。最后,基于Adams软件对3R-3RSR四面体单元的自由度进行了仿真分析,仿真结果验证了理论分析的正确性。该3R-3RSR四面体可展单元仅需在任意转动副处添加扭簧即可实现展开运动,具有单自由度、驱动简便、铰链数目少、结构简单、收拢体积小等优点,适用于大口径构架式可展天线中。

关键词：可展单元自由度构架式天线四面体单元

来源： cnki会议评论

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一种新型多自由度可展组合单元机构的运动特性分析