考虑结构遮挡和地影效应的环形桁架天线轨道热分析

1

作者 朱浩 刘正山 黄志勇 《应用力学学报》 北大核心 2025年第3期511-518,共8页

环形桁架天线作为一种典型可展开卫星天线结构,由于具有大口径、质量轻、收纳率较高、刚度较好及总质量不随展开口径的增大而成倍地增加等优点,其在高功率星载天线中具有广阔的应用前景。空间热冷环境的交替以及温度分布的不均匀,对于... 环形桁架天线作为一种典型可展开卫星天线结构,由于具有大口径、质量轻、收纳率较高、刚度较好及总质量不随展开口径的增大而成倍地增加等优点,其在高功率星载天线中具有广阔的应用前景。空间热冷环境的交替以及温度分布的不均匀,对于具有大尺寸、高柔性特定的环形桁架天线结构,极易引起严重的热致振动问题,甚至可能导致航天器的失效。对于该问题,首先提出了一种针对某型大口径环形桁架天线展开后的轨道热辐射模型,通过该模型能计算天线内部结构件之间的遮挡系数,特别是天线反射面对桁架单元的遮挡,由此获得了考虑天线内部结构遮挡效应和地影效应综合作用下天线各桁架单元接受的有效太阳入射热流;在此基础上建立了环形桁架天线热传导分析模型,将由轨道热辐射模型计算得到的天线接受的有效太阳入射热流代入该热传导模型,获取了环形桁架天线在轨运行过程中的温度场变化。研究结果表明:由于天线内部结构部件间的相互遮挡,天线桁架结构各部分温差较大,最大值达到近270℃,再加上轨道阴影效应,在进出地影区等时刻,天线会发生瞬时温度快速变化现象。需要注意的是,这种剧烈的温度变化和温度分布不均匀性可能会引发环形桁架天线的大变形和热致振动问题,需要进行进一步的深入研究。 展开更多

关键词 环形桁架天线 轨道热辐射模型 结构遮挡 地影效应 遮挡系数 有效热流密度 温度场

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环形桁架天线展开动力学分析 被引量：8

2

作者 任伟峰 何柏岩 聂锐 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第24期2945-2952,共8页

基于Lagrange动力学方程,考虑天线系统动能、索网弹性势能、重力势能及系统耗散能等,建立了环形桁架天线展开过程的动力学模型。根据构建的动力学模型,给定预设驱动,对其进行正动力学分析,对天线的完整展开过程进行仿真分析。扭簧和电... 基于Lagrange动力学方程,考虑天线系统动能、索网弹性势能、重力势能及系统耗散能等,建立了环形桁架天线展开过程的动力学模型。根据构建的动力学模型,给定预设驱动,对其进行正动力学分析,对天线的完整展开过程进行仿真分析。扭簧和电机拉动绳索联合驱动实现了天线的展开,研究了扭簧驱动及电机拉动绳索驱动的参数变化对天线展开过程的影响。研究结果可为天线的展开过程提供指导。 展开更多

关键词 环形桁架天线 可展开结构 动力学分析 绳索驱动 扭簧驱动

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六维系统环形桁架天线的非线性动力学分析 被引量：2

3

作者 孙莹 张伟 吴瑞琴 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2019年第3期282-301,共20页

随着科技的发展,大尺度、低重量、易收拢、高精度等特点是未来天线的主要发展方向.环形桁架天线在发射时整体处于收拢状态,升空后按指令有顺序展开,节省了航天器的空间.此外,环形桁架天线可根据需求设计展开口径的大小.所以,环形桁架天... 随着科技的发展,大尺度、低重量、易收拢、高精度等特点是未来天线的主要发展方向.环形桁架天线在发射时整体处于收拢状态,升空后按指令有顺序展开,节省了航天器的空间.此外,环形桁架天线可根据需求设计展开口径的大小.所以,环形桁架天线是目前较为理想的天线结构形式.由于自身结构特点以及复杂的空间环境因素,天线在运行时易产生大幅度的非线性振动,严重影响卫星的稳定运行.因此,将环形桁架天线简化成等效圆柱壳模型,并建立其动力学方程.采用理论分析和数值模拟研究了六维系统环形桁架天线的非线性动力学特性.利用规范型理论化简系统方程分析未扰系统和扰动系统的非线性动力学行为,利用能量相位法验证环形桁架天线系统具有Shilnikov型多脉冲混沌运动,利用数值模拟验证理论分析.并通过数值模拟研究了热激励对环形桁架天线系统非线性振动的影响. 展开更多

关键词 环形桁架天线 规范型 能量相位法 混沌运动

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环形桁架式天线展开不同步现象分析 被引量：10

4

作者 陶成 刘丽坤 +2 位作者 周志成 田强 邢志钢 《中国空间科学技术》 EI CSCD 北大核心 2015年第1期1-8,共8页

从国外相关文献所反映的地面试验结果看,环形桁架式天线周边的桁架结构由于阻尼等因素在展开过程中存在明显的不同步现象。文章利用绝对节点坐标法建立了天线展开过程的多柔体展开动力学模型,获得了连续展开过程中桁架各部分承受的载荷... 从国外相关文献所反映的地面试验结果看,环形桁架式天线周边的桁架结构由于阻尼等因素在展开过程中存在明显的不同步现象。文章利用绝对节点坐标法建立了天线展开过程的多柔体展开动力学模型,获得了连续展开过程中桁架各部分承受的载荷和变形情况,并重点对展开过程中的不同步现象的产生原因及其影响进行了分析。结果表明,环形桁架式天线展开的不同步现象是由展开过程中桁架的变形与摩擦引起的,这种现象的出现导致桁架结构承受更高的载荷。该研究为环形桁架式天线的设计和验证提供了参考。 展开更多

关键词 绝对节点坐标法 展开动力学 不同步现象 多柔体动力学 环形桁架式天线

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环形桁架可展天线抛物面索网的预拉力优化 被引量：13

5

作者 李刚 关富玲 《浙江大学学报（工学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第10期1557-1560,1643,共5页

针对环形桁架可展天线抛物面索网预拉力配置问题,提出了一种寻找预拉力最优配置的方法,该方法基于抛物面索网结构的平衡矩阵奇异值分解,采用含线性不等式约束及线性等式约束的线性规划方法,寻找抛物面索网最优预拉力配置,并对抛物面索... 针对环形桁架可展天线抛物面索网预拉力配置问题,提出了一种寻找预拉力最优配置的方法,该方法基于抛物面索网结构的平衡矩阵奇异值分解,采用含线性不等式约束及线性等式约束的线性规划方法,寻找抛物面索网最优预拉力配置,并对抛物面索网结构平衡矩阵的形成、奇异值分解、线性约束优化方法的数学模型、约束矩阵的集成等关键技术进行了详细的推导说明,同时,根据理论推导编写了相应的程序,对环形桁架可展天线的3种常用抛物面索网布置形式进行了算例分析,采用非线性有限元法对分析结果进行了验证,证明了该方法的正确性. 展开更多

关键词 环形桁架可展天线 索网结构平衡矩阵 奇异值分解 线性约束优化 约束矩阵

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基于Kriging模型的环形桁架可展天线结构参数优化方法 被引量：1

6

作者 何星星 廖瑛 《国防科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第6期111-115,共5页

针对传统结构动力学优化过程中求解效率较低的问题,以环形桁架可展天线结构参数优化为研究背景,在环形桁架可展天线结构的参数变量空间中,以试验设计方法选取样本点,通过有限元方法得到各个样本点的第一阶固有频率、固定载荷最大变形等... 针对传统结构动力学优化过程中求解效率较低的问题,以环形桁架可展天线结构参数优化为研究背景,在环形桁架可展天线结构的参数变量空间中,以试验设计方法选取样本点,通过有限元方法得到各个样本点的第一阶固有频率、固定载荷最大变形等响应值,利用样本点和响应值的关系建立Kriging近似模型进行优化算法的寻优,得到满足所有约束条件的最优解。结果表明,所得到的环形桁架可展天线第一阶固有频率、固定载荷最大变形的响应面呈现比较明显的非线性关系,基于Kriging模型的结构优化方法能比较准确地对环形桁架可展天线进行寻优设计。 展开更多

关键词 KRIGING模型 环形桁架可展天线 参数优化 试验设计 遗传算法

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型面周期性误差对环形桁架可展开天线电性能的影响及其消除方法 被引量：5

7

作者 宗亚雳 王伟 +1 位作者 王从思 张逸群 《电子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第5期963-970,共8页

环形桁架可展开天线的型面由一系列面片拼合而成,其电性能由这些面片的大小和形状决定.本文针对环形可展开天线型面周期性几何逼近误差导致天线远场方向图存在电平较高的栅瓣的问题,提出了通过破坏误差周期性来消除其对电性能影响的方法... 环形桁架可展开天线的型面由一系列面片拼合而成,其电性能由这些面片的大小和形状决定.本文针对环形可展开天线型面周期性几何逼近误差导致天线远场方向图存在电平较高的栅瓣的问题,提出了通过破坏误差周期性来消除其对电性能影响的方法.首先,分析了型面几何逼近误差的周期性及其对天线电性能的影响;其次,提出两种消除型面几何逼近误差周期性的方法,一是在径向引入破坏因子,二是改变型面环向轮廓形状;最后,建立优化模型,求出同时满足用户电性能和结构要求的网面分环数和破坏因子.数值仿真表明本文提出的型面优化设计方法既能在保证天线增益的条件下消除栅瓣,又不导致天线结构过于复杂. 展开更多

关键词 环形桁架可展开天线 型面分环数 周期性误差 电性能 优化模型

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空间桁架可展天线三向索网预张力多目标优化 被引量：7

8

作者 牛治永 王三民 王磊 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2009年第3期330-335,共6页

空间可展索网式天线在展开状态下要求网面受预张力作用处于平衡状态,张力的配置直接影响天线反射器的刚度和精度。本文针对空间可展开天线抛物面索网预张力合理配置问题,建立了基于索网结构平衡矩阵奇异值分解的多目标优化设计数学模型... 空间可展索网式天线在展开状态下要求网面受预张力作用处于平衡状态,张力的配置直接影响天线反射器的刚度和精度。本文针对空间可展开天线抛物面索网预张力合理配置问题,建立了基于索网结构平衡矩阵奇异值分解的多目标优化设计数学模型,将预张力向量表示为平衡矩阵的零空间正交基向量的线性组合形式,采用遗传算法优化寻找最佳预张力向量。通过对三向网格索网式环形桁架可展开天线的预张力进行优化计算,得出了一种预张力优化配置方案,与单目标优化设计模型结果相比,优化指标改善了24.7%。基于非线性有限元方法对算例分析结果进行了验证,证实了预张力最优配置方案的正确性。 展开更多

关键词 环形桁架可展开天线 平衡矩阵 奇异值分解 多目标优化 遗传算法

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空间桁架可展天线反射器的形面精度优化调整 被引量：3

9

作者 牛治永 李晓岚 +1 位作者 王三民 李炎 《机械设计与制造》 北大核心 2011年第6期123-125,共3页

为实现高频弱信号通讯,空间网状可展开天线的尺寸越来越大,且对形面精度要求也越来越高,因此与天线形面精度相关的许多课题引起了宇航界的极大关注,特别是在如何提高索网式天线反射面精度调整的效率,用较少次数的测量和调整,使天线反射... 为实现高频弱信号通讯,空间网状可展开天线的尺寸越来越大,且对形面精度要求也越来越高,因此与天线形面精度相关的许多课题引起了宇航界的极大关注,特别是在如何提高索网式天线反射面精度调整的效率,用较少次数的测量和调整,使天线反射面的精度达到指标要求方面需求更为迫切。利用有限元分析方法,针对环形桁架可展开天线形面精度调整中的问题,建立了基于影响系数矩阵的多目标的精度优化调整数学模型,并采用遗传算法求解,数值结果表明,此方法能够大幅度提高天线的形面调整效率,对工程应用具有指导意义。 展开更多

关键词 环形桁架展开天线 耦合影响 形面精度调整

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考虑驱动索柔性的网状天线展开动力学分析 被引量：2

10

作者 杨癸庚 卫鑫鹏 +2 位作者 李鹏阳 汤奥斐 孔令飞 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2022年第9期1369-1375,共7页

为综合考虑铰链摩擦、索网张力及驱动绳索柔性对环形桁架式网状可展开天线展开过程的影响,建立了包含驱动绳索-滑轮的环形桁架天线系统动力学模型。采用基于位置控制的展开策略对天线的展开过程进行运动规划,实现展开角加速度的峰值最小... 为综合考虑铰链摩擦、索网张力及驱动绳索柔性对环形桁架式网状可展开天线展开过程的影响,建立了包含驱动绳索-滑轮的环形桁架天线系统动力学模型。采用基于位置控制的展开策略对天线的展开过程进行运动规划,实现展开角加速度的峰值最小化,并获取驱动绳索的最优输入轨迹;采用Bushing力法建立驱动绳索的动力学模型,并将索网张力等效为作用在桁架铰链上的时变外载荷,进而得到天线整体系统的动力学模型。仿真案例结果表明,驱动绳索的柔性、展开时间等参数会对展开过程中的展开角加速度和驱动索力产生显著影响,可为实际工程中环形桁架天线的展开过程控制提供参考。 展开更多

关键词 环形桁架天线 展开动力学 驱动绳索柔性 驱动索力 展开时间

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预应力索网天线结构优化设计 被引量：8

11

作者 杨东武 仇原鹰 段宝岩 《应用力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第4期617-621,共5页

索网预拉力设计是索网天线结构设计的一个重要内容。针对三向网格旋转抛物面索网天线结构,首先在不计桁架结构受力变形的条件下,从索网节点的力平衡方程出发,以索网结构的结构特征为依据,以网面索段最大拉力比最小为设计目标,给出了索... 索网预拉力设计是索网天线结构设计的一个重要内容。针对三向网格旋转抛物面索网天线结构,首先在不计桁架结构受力变形的条件下,从索网节点的力平衡方程出发,以索网结构的结构特征为依据,以网面索段最大拉力比最小为设计目标,给出了索网结构预拉力优化设计的有效方法;其次,考虑到在索网结构的拉力作用下,桁架结构的微小变形将导致网面索段的拉力均匀性变差,通过调节索网挂接节点的位置,对桁架结构的受力变形进行了有效补偿,改进了预应力索网天线结构的整体设计方案。算例分析结果表明,天线结构网面索段的实际设计最大拉力比为1.30,验证了方法的正确性及有效性。 展开更多

关键词 环形桁架展开天线 索网 预拉力

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