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桁架可展天线展开过程分析、控制及试验可展桁架天线结构作为一种新型结构形式,近些年来在宇航和军事工程等领域的应用越来越广泛,论文首先查阅了国内外大量相关文献,总结了国内外空间可展开结构的应用情况及其展开过程分析、控制及试验测试的研究现状。
为了得到天线展开过程节点的速度、加速度等动力学特性,必须对天线的展开过程进行测量。
本文对非接触式的计算机视觉测量方法进行了研究,并将其应用在环形桁架天线和四面体可展天线的展开过程测试中。
展开过程控制是大型可展天线研究的重要内容,本文对四面体构架式天线进行了展开过程动力学分析,为了减小天线节点在展开过程中的速度、加速度,提出了对节点施加主动力的控制方案,并在实验室双圈天线模型的基础上就该方案进行了展开过程控制试验及测试。
测试采用非接触式计算机视觉测量系统,通过MATLAB程序对视频跟踪所得数据进行处理和分析,得到了展开过程中天线节点的速度,加速度。
试验结果表明,通过所施加的控制方法,有效地减小了天线节点在展开过程中的速度、加速度,从而降低了天线对星体的冲击力,验证了控制方法的可行性。
对本教研室设计的动态索张力测量仪进行了标定试验,得到了测量误差,并进行了误差分析,针对实际测量中存在的问题提出了改进方案。
对实验室的十二边环形桁架天线模型进行了展开过程动力学分析,求得结构展开运动过程中节点的速度、加速度。
在展开过程动力学分析的基础上提出了动能按余弦规律变化的控制方案,并就该控制方案进行了展开过程试验。
试验过程中采用了非接触式的计算机视觉测量系统,避免了在天线上安装传感器对天线结构造成的影响。
同主题文章[1].陈向阳,关富玲. 可展桁架结构展开过程分析' [J]. 应用力学学报. 2002.(02)[2].徐彦,关富玲. 可展开薄膜结构折叠方式和展开过程研究' [J]. 工程力学. 2008.(05)[3].孙柏涛,赵振东,林均岐. 城市震害时空序列的展开过程分析' [J]. 自然灾害学报. 1996.(04)[4].吴明儿,项平. 含刚性体可展开结构的准静态展开分析方法' [J]. 力学季刊. 2009.(04)[5].王峰. 广义逆在可展天线结构动力学分析中的应用' [J]. 机电产品开发与创新. 2008.(03)【关键词相关文档搜索】：结构工程; 空间可开展结构; 天线; 桁架; 四面体; 环形桁架; 展开过程; 控制; 计算机视觉; 测量; 测试; 动态索张力; 标定【作者相关信息搜索】：浙江大学;结构工程;关富玲;刘亮;。
空间可展开网状天线高精度型面设计方法空间可展开网状天线高精度型面设计方法摘要：随着通信技术的快速发展，对于天线设备的需求日益增长。
基于此，本文提出了一种空间可展开网状天线高精度型面设计方法。
通过引入空间可展开网状天线的设计概念，结合高精度型面设计技术，实现了天线设计的高效和精确。
1. 引言天线是电磁波的传输媒介，广泛应用于通信系统中。
随着通信技术的不断发展，对于天线设备的需求越来越高。
传统的天线设计方法通常采用固定结构，但这种设计方式限制了天线的灵活性和适应性。
因此，为了满足不同通信需求，提出了空间可展开网状天线高精度型面设计方法。
2. 空间可展开网状天线的设计概念传统的天线设计方法常常采用固定结构，难以满足不同通信需求。
而空间可展开网状天线则具有可调节和自适应性的特点。
空间可展开网状天线的设计概念来源于网状结构的特点，通过在网状结构上进行折叠和伸展操作，实现对天线结构的调整。
3. 高精度型面设计技术高精度型面设计技术是为了提高天线设计的精确度和效率而开发的一种新型设计方法。
该技术通过采用数学建模和仿真计算等手段，实现对天线表面的精细控制和优化设计。
4. 空间可展开网状天线高精度型面设计方法空间可展开网状天线高精度型面设计方法将空间可展开网状天线的设计概念与高精度型面设计技术相结合。
具体步骤如下：（1）确定天线的基本结构和形态，包括天线的尺寸和网状结构的参数。
（2）利用数学建模方法，将天线的形态和网状结构转化为数学模型。
（3）根据通信需求和设计要求，对天线进行仿真计算和优化设计。
利用高精度型面设计技术，对天线表面的形态和参数进行调整和优化。
（4）通过仿真分析和实际测试，评估和验证设计效果。
根据实际测试结果，进行进一步的优化设计。
（5）最终确定天线的设计方案，并进行生产制造和应用。
5. 实验与结果分析为了验证空间可展开网状天线高精度型面设计方法的有效性，进行了一系列实验和结果分析。
实验结果表明，采用该设计方法设计的天线能够满足不同通信需求，并具有较高的精度和效率。
构架式星载可展开天线展开过程动力学分析与实验研究构架式星载可展开天线展开过程动力学分析与实验研究随着卫星通信和导航定位技术的发展，对星载天线的要求越来越高。
在星载通信系统中，可展开天线是一种常见的天线形式，它可以在卫星发射入轨后通过展开操作实现对地面或其他卫星的通信。
本文将对构架式星载可展开天线的展开过程动力学进行分析，并结合相应的实验研究，为该领域的进一步发展提供参考。
一、构架式星载可展开天线的结构与基本原理构架式星载可展开天线通常由多个关节连接起来，其展开过程类似于一个多关节机械臂的运动过程。
通常由驱动系统、控制系统和展开部件组成。
驱动系统主要负责提供展开力矩，驱动天线展开；控制系统则负责监测和控制展开过程中各关节的状态，以确保展开的正确性和稳定性；展开部件则是实现天线展开的关键组成部分，通常由弹簧、释放机构等构成。
构架式星载可展开天线的展开过程基本原理如下：首先，通过驱动系统施加一定的展开力矩，使得展开部件（如弹簧）被压缩到一定程度，并储存一定的弹性能量；然后，在特定的条件下，释放展开部件（如释放机构）的约束，使其弹簧释放弹性能量，从而推动天线进行展开运动；最后，通过控制系统监测和控制各个关节的状态，确保天线的完全展开，并进入正常工作状态。
二、构架式星载可展开天线展开过程的动力学分析为了对构架式星载可展开天线的展开过程进行动力学分析，我们可以将其看作是一个多关节机械臂的运动过程。
在动力学分析中，需要考虑力矩的平衡、关节的运动方程以及各个关节之间的耦合等因素。
首先，通过应力分析，可以得到展开部件（如弹簧）在展开过程中受到的力矩大小与方向，从而确定驱动系统需要提供的展开力矩。
其次，在多关节机械臂的动力学分析中，我们需要考虑关节的运动方程。
根据牛顿第二定律以及动量守恒定律，分析各个关节的运动情况，并确定不同关节之间的转动关系和约束关系。
最后，由于多关节机械臂的各个关节之间存在耦合关系，我们还需要考虑耦合现象对展开过程的影响。
网状可展开天线智能结构动力学建模及仿真网状可展开天线智能结构是一种新型的天线结构，其可以通过展开及收缩运动实现天线的调节和方向改变，具有很强的灵活性和智能化。
为了研究其结构的运动特性及理论基础，需要进行动力学建模及仿真。
首先，需要对该结构进行几何学的建模。
根据结构的实际情况，可以采用三维CAD软件进行建模，并推导出结构的几何学方程。
同时，需要考虑材料的特性、接触力和阻尼等影响因素，以建立完整的动力学模型。
在建立动力学模型的过程中，需要考虑结构的自由度，以确定其运动方程及频率响应。
由于该结构具有不稳定性和非线性特点，需要引入相应的控制算法，以提高其稳定性和适应性。
例如，可以采用模糊控制算法，通过优化控制策略，实现结构的动态稳定控制。
为了验证模型的有效性，需要进行仿真实验。
可以利用ANSYS等软件进行动力学仿真，以模拟结构的不同运动状态和响应特性。
同时，可以针对实际应用场景进行仿真分析，优化结构设计和控制算法，以实现最优化的性能。
最后，需要利用实验验证模拟结果的准确性。
通过实验观察结构的运动轨迹、响应特性和控制效果等，与模拟结果进行比对。
通过即时调整算法参数，不断优化控制策略，最终实现结构的智能化控制。
总之，网状可展开天线智能结构的动力学建模及仿真是一个复杂的过程，需要多学科、多方面的知识融合。
通过研究其结构的运动特性和控制算法，可以实现更加灵活和智能的天线应用。
数据分析是对收集到的数据进行处理和解释，以发现其中的规律和趋势，为决策提供有力的支持。
以下是对某项市场调研数据进行的分析。
1. 受访者数量及占比调查共有1000名受访者，其中男性532人，女性468人。
男女比例约为53:47。
这表明，在该市场受众中，男性和女性的比例相近。
2. 受访者年龄分布受访者的年龄分布如下：18-25岁: 312人26-35岁: 412人36-45岁: 176人46-55岁: 60人56岁以上: 40人从年龄分布来看，主要受访者集中在18-35岁，占比达70%左右。
网状可展开天线力学分析研究的开题报告1. 研究背景及意义在现代通信领域中，天线是关键的组成部分。
目前，许多应用于通信领域的天线主要采用直线杆、平面和圆柱形等基本形状，这些天线通常具有较好的单一频率操作特性。
然而，随着通信技术的发展和应用需求的不断增加，传统天线仅能满足某些应用场景的需求，无法适应高带宽、低功率消耗和复杂信号处理等多样化的应用需求。
因此，设计和研究新型天线成为了现代通信技术发展的重要方向之一。
网状可展开天线是一种新型的天线形式，其具有较为复杂的结构形态和优异的电磁性能，可适用于多项应用领域。
因此，对网状可展开天线的力学特性进行研究，有助于对该类型天线形式的设计和性能优化进行深入理解，进而促进其在通信、雷达和卫星通信等领域的应用。
2. 研究内容及方法本研究旨在对网状可展开天线的力学特性进行分析研究，具体内容如下：（1）对网状可展开天线的结构进行描述和分析：通过数学建模和仿真分析，对网状可展开天线的结构、尺寸等进行描述和分析，为后续研究提供基础和依据。
（2）网状可展开天线的力学模型建立：对网状可展开天线的参数进行测量、分析和测试，确定其力学模型，并应用力学原理进行分析。
（3）力学性能的实验测试：通过实验测试方法验证并分析网状可展开天线的力学性能，如其承载能力、压缩性能、张力等性能指标。
（4）对网状可展开天线的力学特性进行分析研究：基于上述研究内容，对网状可展开天线的力学性能进行分析研究，揭示其力学特性，探讨其与电磁特性的关系。
本研究将采用实验、仿真和分析等多种方法进行，通过对网状可展开天线的力学特性进行分析研究，为该类型天线的设计和性能优化提供理论支撑和实验验证。
3. 预期成果及意义预期成果：（1）对网状可展开天线进行了全面的结构分析和模型建立。
（2）已验证和分析了网状可展开天线的力学性能，并攻克了在实验过程中遇到的问题。
（3）能够深入理解网状可展开天线的力学特性，并从中发现其与电磁特性的关系。
某固面可展开天线的设计、分析与结构优化某固面可展开天线的设计、分析与结构优化引言随着通信技术的迅速发展，天线作为通信系统的核心组成部分，其性能的提升对于无线通信的质量至关重要。
在一些特殊环境下，需要使用可以展开的天线来满足特殊的通信需求。
本文将介绍一种某固面可展开天线的设计、分析与结构优化。
设计方法为了实现某固面可展开天线，首先需要进行设计。
设计的首要目标是实现天线的展开与收缩功能。
此外，还需要考虑天线的工作频率范围、增益、辐射方向性以及机械结构的稳定性等因素。
一种常见的设计方法是采用弹性材料与机械结构相结合的方式。
弹性材料可以实现天线的展开与收缩，而机械结构则可以保持天线的稳定性。
此外，天线的尺寸与工作频率密切相关，需要根据具体的通信要求确定。
分析与优化在设计完成后，需要对天线的性能进行分析与优化。
首先，需要进行天线的电磁性能分析，包括频率响应、辐射模式、方向性等。
可以通过数值模拟的方法，如有限元分析，来分析天线的性能。
基于分析结果，可以进一步优化天线的结构。
优化的目标包括提高天线的工作频率范围、增强辐射能力以及降低天线的尺寸与重量。
优化方法包括调整天线的材料特性、结构参数以及增加辅助结构。
结构优化对于某固面可展开天线的结构优化，需要考虑以下几个方面。
首先，天线展开与收缩的机械结构应具备良好的可靠性与稳定性。
弹性材料的选择需要满足天线的展开与收缩需求，并且具有较高的强度和韧性。
机械结构需要设计合理，以实现天线的平滑展开与收缩操作。
其次，要考虑天线的结构紧凑性与轻量化。
天线的紧凑结构可以提高其适用性和便携性。
轻量化设计可以降低天线的负荷，并减少对宿主系统的影响。
最后，还需要考虑天线的耐腐蚀性与环境适应性。
天线所处的环境可能具有较高的温度、湿度以及其他环境因素。
因此，天线的材料需要具备良好的耐腐蚀性能，并且能够适应各种环境条件。
结论某固面可展开天线的设计、分析与结构优化是一个复杂而重要的课题。
通过合理的设计方法、电磁性能分析和结构优化，可以实现天线在特殊环境下的稳定运行和性能优化。
周边桁架网状展开天线实物模型设计、制造与试验的开题报告一、研究背景与意义随着信息技术的不断发展，无线通信系统越来越普遍，天线作为其关键部件之一，对通信系统的性能有着重要的影响。
传统的天线形态多为棒形天线或者矩形平面天线，这类天线结构简单，成本低，但其频带窄，辐射效率低，难以满足复杂环境下的通信需求。
相对应的，周边桁架网状展开天线因其结构复杂性和优越的频带性能，在特定的通信场景下有着广泛的应用前景。
例如在卫星通信、天地双向通信等方面均有极高的应用价值，因此研究周边桁架网状展开天线的设计、制造与试验，有着极高的研究价值和实际意义。
二、研究目标本研究的目标是设计、制造和测试一种周边桁架网状展开天线的实物模型，该天线系统能够满足特定的频带要求和环境条件，具有较高的辐射效率和较广的工作频段。
同时，要对该实物模型进行深入研究和验证，探究其在不同频段、不同工作环境下的性能表现，为进一步深入研究和实际应用打下坚实的基础。
三、研究内容和工作计划1. 理论研究（1）周边桁架网状展开天线的基本原理及结构设计方法。
（2）天线频段、辐射模式、工作环境等影响因素的研究。
（3）设计天线的尺寸、参数。
2. 制造实物模型（1）进行天线模型的CAD设计。
（2）利用3D打印技术制造天线模型零件。
（3）对天线模型零件进行组装和调试。
3. 实验测试（1）进行天线性能测试，包括辐射频率响应、辐射效率、辐射模式等。
（2）对实验数据进行分析和评估，评估天线的各项性能指标与设计目标的一致性。
4. 结论和展望（1）总结和评价本研究的设计、制造和测试过程，总结得到的实验结果与理论研究结论的契合度。
（2）展望该研究的进一步发展方向。
四、预期成果（1）完成一种周边桁架网状展开天线的实物模型设计、制造以及测试工作。
（2）得出该实物模型在不同频段、不同工作环境下的性能表现，并提出相应的改进方案。
（3）对周边桁架网状展开天线的设计、制造与试验研究提供具有参考价值的成果。
中国空间科学技术A u g２５㊀２０１８㊀V o l ３８㊀N o ４㊀４４Ｇ５０C h i n e s eS p a c eS c i e n c ea n dT e c h n o l o g yI S S N １０００Ｇ７５８X ㊀C N １１Ｇ１８５９/Vh t t p :ʊz g k jc a s t c n D O I :１０ １６７０８/jc n k i １０００Ｇ７５８X ２０１８ ００４０大型网状天线展开过程温度及展开时机分析李涛∗,肖志伟,张筱筱西安空间无线电技术研究所,西安７１０１９９摘㊀要:大型网状天线在轨展开过程复杂,风险大.反射器在展开过程中的温度影响展开动力与碳纤维管件抗弯能力,是反射器展开安全的关键因素.通过测试得到反射器展开动力的传动效率㊁桁架管件抗弯能力随温度变化规律,即－６５ħ时管件抗弯能力最好,而传动效率随温度升高而提高.通过建立大型网状天线有限元模型与节点矩阵转换算法,模拟展开臂与反射器的展开过程,对管件与T 型铰链在轨温度变化规律进行分析,确定最佳展开时机,降低展开过程中展开动力不足㊁管件强度过载等风险.分析结果表明:布置在地球静止轨道卫星东舱板的大型网状天线展开时机为６:００~９:００时,管件抗弯能力最强;展开时机为４:００时,T 型铰链展开动力传动效率最高.关键词:大型网状天线;展开过程;温度场;传动效率;抗弯能力;展开时机中图分类号:V ４７４㊀㊀㊀㊀㊀㊀文献标识码:A收稿日期:２０１７Ｇ１２Ｇ２０;修回日期:２０１８Ｇ０１Ｇ０８;录用日期:２０１８Ｇ０５Ｇ１５;网络出版时间:２０１８Ｇ０６Ｇ０７㊀１１:３７:１２网络出版地址:h t t p:ʊk n s c n k i n e t /k c m s /d e t a i l /１１ １８５９ V ２０１８０６０６．１４５０．００１．h t m l ∗通讯作者:李涛(１９８５－),男,工程师,k u t i a n l i ＠１６３ c o m ,研究方向为空间天线热控设计㊁热分析与热试验工作引用格式:李涛,肖志伟,张筱筱．大型网状天线展开过程温度及展开时机分析[J ]．中国空间科学技术,２０１６,３６(４):４４Ｇ５０．L I T ,X I A O Z W ,Z HA N G X X ．O n Ｇo r b i tt e m p e r a t u r e f i e l d c a l c u l a t i o n a n d d e p l o y i n g o p p o r t u n i t y a n a l y s i s f o rl a r g e n e t Ｇs h a p e a n t e n n a s ᶄd e p l o y i n g p r o c e s s [J ]．C h i n e s eS p a c eS c i e n c ea n d T e c h n o l o g y ,２０１８,３８(４):４４Ｇ５０(i n C h i n e s e )．O n Ｇo r b i tt e m p e r a t u r ef i e l d c a l c u l a t i o n a n d d e p l o y i n g o p p o r t u n i t y a n a l y s i sf o rl a r g e n e t Ｇs h a p ea n t e n n a s ᶄd e p l o y i n g pr o c e s s L IT a o ∗,X I A O Z h i w e i ,Z H A N G X i a o x i a oC A S T ＧX i ᶄa nI n s t i t u t eo fS p a c eR a d i o T e c h n o l o g y ,Xi ᶄa n７１０１９９,C h i n a A b s t r a c t :T h ed e p l o y i n g p r o c e s s o fl a r g e n e t Ｇs h a p e d e p l o y a b l e a n t e n n a s o n o r b i ti sc o m pl e x a n dr i s k y ．T h e w i d e t e m p e r a t u r e o f r e f l e c t o ri s t h e k e y f a c t o r b e c a u s e i ti n f l u e n c e s t h e d e p l o y m e n t r e s i s t a n c e a n d t h e b e n d i n g c a p a c i t y o f c a r b o n f i b e r t u b e s ．T h e e f f e c t o f t e m p e r a t u r eo n t h e t r a n s m i s s i o n e f f i c i e n c y a n d t h e b e n d i n g c a p a c i t y of c a r b o n f i b e rt u b e s w a si n v e s t ig a t e db yhi g ha n dl o w t e m p e r a t u r e p e r f o r m a n c et e s t s ,a n dt h er e s u l t ss h o w t h a t t h eb e n d i n g c a p a c i t y o f c a r b o n f i b e r t u b e si s b e s t a t －６５ħ,a n d t h a t t h e t r a n s m i s s i o n e f f i c i e n c y i n c r e a s e sa st h et e m pe r a t u r er i s e s ．F i n i t e e l e m e n t m o d e la n d n o d e m a t r i x t r a n s i t m e t h o d w e r e b u i l tf o r l a rg e n e t Ｇsh a p e d e p l o y a b l e a n t e n n a s ,o n Ｇo r bi t t e m pe r a t u r ef i e l d o f c a r b o nf i b e r t u b e sa n dT ＧJ o i n t s i na n t e n n a s ᶄd e p l o y i n gpr o c e s s w e r es t u d i e d ．T h et e s t r e s u l to f李涛,等:大型网状天线展开过程温度及展开时机分析４５㊀t h e t r a n s m i s s i o n e f f i c i e n c y a n d t h e b e n d i n g c a p a c i t y o f c a r b o n f i b e r t u b e s c h a n g e w i t h t e m p e r a t u r e,c o n f i r m i n g a n t e n n a sᶄo p t i m a l d e p l o y i n g o p p o r t u n i t y a n d r e d u c i n g t h e r i s k o f d e p l o y i n gp o w e rs h o r t a g ea n di n t e n s i t y o v e r l o a d．T h e a n a l y s i sr e s u l t si n d i c a t et h a t w i t ht h e l a r g e n e tＧs h a p e d e p l o y a b l e a t e n n a s p l a c e d o n t h e e a s t p a n e l o f t h e g e o s t a t i o n a r y s a t e l l i t e p l a t f o r m,t h eb e n d i n g c a p a c i t y o fc a r b o nf i b e rt u b e si st h es t r o n g e s td u r i n g６:００~９:００a n d t h a tt h et r a n s m i s s i o ne f f i c i e n c y o fTＧJ o i n t si st h eh i g h e s ta t４:００．K e y w o r d s:l a r g e n e tＧs h a p e a n t e n n a s;d e p l o y i n g p r o c e s s;t e m p e r a t u r e f i e l d;t r a n s m i s s i o n e f f i c i e n c y;b e n d i n g c a p a c i t y;d e p l o y i n g o p p o r t u n i t y空间大型网状天线在对地观测㊁移动通信㊁电子侦察㊁深空探测等领域具有越来越重要的应用[１Ｇ５].其主要由展开臂与展开机构㊁桁架㊁铰链㊁张力网㊁金属网及动力展开机构等组成,是一种机构与结构的混合体,通过同步铰链自驱动展开㊁动力展开机构动力绳牵引两级展开后,通过锁紧机构锁定后成为结构体,达到网面成型及抵御空间环境的目的.其典型特点为展开口径大㊁运动部件多㊁展开过程复杂,形成空间大型网状天线技术难度大,任务风险大.有资料统计[６],截至２０１１年１２月,大型网状天线在天线展开过程中遇到故障的占总发射数量的１２ １９％.到目前为止,在空间热交变环境对大型网状天线的影响研究主要集中在天线展开后的形面精度㊁指向稳定度[７Ｇ９],以及网面热致振动现象[１０Ｇ１３]等方面,而由于展开过程的复杂性缺少温度对展开可靠性的研究.根据大型网状天线展开过程特性,建立有限元模型与节点矩阵转换算法,对反射器展开过程进行温度场分析,结合高低温温度环境对桁架承载力与传动效率影响试验,开展大型网状天线最佳展开时机的分析与研究,助力提高展开可靠性.１㊀展开过程温度场分析１ １㊀展开过程大型网状天线典型展开过程主要分两步:１)展开臂展开 各级运动关节依次动作并锁定.２)反射器展开 反射器预展㊁动力展开机构驱动展开.展开过程示意如图１㊁图２所示,展开过程时间预估如表１所示.图１㊀展开臂展开过程F i g １㊀D e p l o y i n gp r o c e s so fa r ms图２㊀反射器展开过程F i g ２㊀D e p l o y i n gp r o c e s so fr e f l e c t o r４６㊀中国空间科学技术A u g２５㊀２０１８㊀V o l ３８㊀N o ４表１㊀大型网状天线展开过程T a b l e１㊀D e p l o y i n gp r o c e s so fl a r g en e t Ｇs h a pea n t e n n a 步骤动作时间/m i n展开稳定展开臂展开１)根部展开关节展开８８２)根部回转关节展开４８３)臂间关节展开８８反射器展开４)弹簧驱动单元预展１５)动力展开机构驱动展开１１９１ ２㊀数学模型(１)有限元模型根据大型网状天线结构建立收拢状态下的有限元模型,如图３所示.根据展开臂展开与反射器展开过程,分别建立有限元模型节点坐标移动矩阵.图３㊀天线计算模型F i g３㊀C a l c u l a t i o n m o d e lo fa n t e n n a (２)展开臂展开过程节点转换根据展开臂展开过程,建立节点转换矩阵.步骤１)坐标变换,将坐标变换至旋转轴,＋Z 轴为旋转方向,原坐标系与新坐标系分别为x y z ()㊁x １y １z １(),x １y １z １１()＝x y z １()１００００１００００１０－Δx －Δy －Δz １æèççççöø÷÷÷÷co s γs i n γ００－s i n γc o s γ００００１００００１æèççççöø÷÷÷÷ １００００c o s αs i n α００－s i n αc o s α００００１æèççççöø÷÷÷÷c o s β－s i n β０００１００s i n βc o s β１００００１æèççççöø÷÷÷÷(１)式中:Δx ㊁Δy ㊁Δz 分别为新坐标系原点在原坐标系下的坐标;α㊁β㊁γ分别为新坐标系X １轴㊁Y １轴㊁Z １轴与原坐标系X 轴㊁Y 轴㊁Z 轴夹角.步骤２)绕Z １轴展开固定角度δ,x １y １z １()＝x １y １z １()c o s δs i n δ０s i n δc o s δ０００１æèçççöø÷÷÷(２)步骤３)节点转换到初始坐标系下,x y z １()＝x １y １z １１()１００００１００００１０Δx Δy Δz １æèççççöø÷÷÷÷c o s γ－s i n γ００s i n γc o s γ００００１００００１æèççççöø÷÷÷÷ １００００c o s α－s i n α００s i n αc o s α００００１æèççççöø÷÷÷÷c o s βs i n β０００１００－s i n βc o s β１００００１æèççççöø÷÷÷÷(３)(３)反射器展开过程节点变换将反射器节点建立组,并通过节点坐标移动,得到节点组展开状态,如图４所示.竖杆㊁T 型铰链㊁同步铰链节点移动矩阵:x y z １()＝x y z １()１００００１００００１０(R －r )(s i n θ＋１)(R －r )c o s θ０１æèççççöø÷÷÷÷(４)式中:θ为节点组与X 轴夹角,θ＝n /N ˑ１６０ʎ,n 为节点组编号,N 为总节点组数.横杆㊁斜杆转换矩阵:李涛,等:大型网状天线展开过程温度及展开时机分析４７㊀x y z １()＝x y z １()－c o s (θ＋Δθ)－si n (θ＋Δθ)００s i n (θ＋Δθ)－c o s (θ＋Δθ)００００１０r c o s [２(θ＋Δθ)]r s i n [２(θ＋Δθ)]０１æèççççöø÷÷÷÷ １００００c o s δᶄs i n δᶄ００－s i n δᶄc o s δᶄ００００１æèççççöø÷÷÷÷ －c o s (θ＋Δθ)s i n (θ＋Δθ)００－s i n (θ＋Δθ)－c o s (θ＋Δθ)００００１００００１æèççççöø÷÷÷÷ １００００１００００１０(R －r )(s i n θ＋１)(R －r )c o s θ０１æèççççöø÷÷÷÷(５)式中:Δθ为横杆或斜杆旋转中心与节点组中心夹角;δᶄ为横杆或斜杆旋转角度;R ㊁r 分别为反射器展开㊁收拢状态下的半径.图４㊀节点组展开过程F i g ４㊀D e p l o y i n gp r o c e s so fn o d e g r o u p１ ３㊀解算方法步骤１)大型网状天线收拢状态温度场计算,所有节点初始温度设置为２０ħ,在轨温度计算至准稳态,即轨道同一位置最大温度变化量ɤ１ħ.步骤２)大型网状天线展开臂展开过程温度场计算.选取天线展开不同初始时刻,使用步骤１计算结果对应时刻温度场作为初始值,轨道位置作为初始轨道位置;使用展开臂展开过程节点转换公式(１)~(３),得到展开臂展开过程有限元模型节点坐标运动轨迹,据此进行辐射换热与外热流计算,得到展开臂展开过程天线瞬态温度场.步骤３)大型网状天线反射器展开过程温度场计算.由图２所示,预展直径较大,天线接近完全展开状态,故不考虑反射器展开中间过程对温度场的影响.使用步骤２展开臂展开后得到瞬态温度场作为初始温度场,轨道位置作为初始轨道位置;使用反射器展开过程节点变换公式(４)(５)对反射器收拢有限元模型进行节点移动,得到反射器展开有限元模型,进行辐射换热与外热流计算,得到反射器展开过程天线瞬态温度场.１ ４㊀分析结果(１)管件温度分析结果大型网状天线展开过程中,管件最高温度㊁最低温度变化如图５㊁图６所示,可见:１)展开臂展开过程中,由于反射器处于收拢状态下,反射器始终一侧受太阳光直接照射,一侧处于天线自身阴影区,且反射器受照位置随展开臂展开过程不断变化,故管件温度出现比较剧烈波动.２)反射器展开过程中,管件最高温度变化趋于平缓,而最低温度由于反射器自身对太阳光遮挡㊁以及展开后面对冷空角系数增大,导致最低温度快速下降.(２)T 型铰链温度分析结果大型网状天线展开过程中,T 型铰链最高温度㊁最低温度变化如图７㊁图８所示.１)展开臂展开过程中,大部分展开时机T 型铰链的最高温度下降,同时最低温度升高,T 型铰链的温差减小.２)反射器展开过程中,T 型铰链最高温度㊁最低温度变化趋势均变缓.４８㊀中国空间科学技术A u g２５㊀２０１８㊀V o l ３８㊀N o４图５㊀管件最高温度变化趋势F i g ５㊀T u b e m a x i m u m t e m p e r a t u r ei nd e p l o y i n gpr o c e ss 图６㊀管件最低温度变化趋势F i g ６㊀T u b e m i n i m u m t e m p e r a t u r ei nd e p l o y i n gp r o c e ss 图７㊀T 型铰链最高温度变化趋势F i g ７㊀T Ｇj o i n t m a x i m u m t e m p e r a t u r ei nd e p l o y i n gpr o c e ss 图８㊀T 型铰链最低温度变化趋势F i g ８㊀T Ｇj o i n t m i n i m u m t e m p e r a t u r ei nd e p l o y i n gpr o c e s s李涛,等:大型网状天线展开过程温度及展开时机分析４９㊀２㊀展开时机分析大型网状天线展开时机主要由展开动力与管件承载能力决定:１)T 型铰链温度影响反射器展开动力传动效率,传动效率影响动力绳与管件受力,传动效率越低,受力越大,反之越小.２)温度直接影响管件最大承载能力.２ １㊀温度对传动效率的影响温度对反射器展开动力传动效率的影响为多因素综合效应,包括动力绳摩擦系数㊁动力绳弯曲损失㊁轴承传动效率等,图９为传动效率在高低温环境下的测试结果.图９㊀传动效率变化F i g ９㊀T r a n s m i s s i o ne f f i c i e n c y i nd i f f e r e n tt e m pe r a t u r e 可见,在测试温度范围内,温度越高,传动效率越高,且低温对传动效率的影响较大.２ ２㊀温度对管件承载力的影响大型网状天线使用碳纤维缠绕环氧树脂管件,此类管件承受拉压性能较好,抗弯能力相对较弱.大型网状天线反射器在展开过程中,由于相邻单元之间不同步,导致同步铰链附近的杆件承受弯矩载荷的作用,产生弯曲变形,最大变形处管件拱高可达２０~４０mm .温度对此类管件的弯曲性能有较大影响,测试结果如图１０所示.可见,在测试温度范围内,－６５ħ时抗弯能力最好,温度升高或降低,抗弯能力均下降.图１０㊀管件承弯能力变化F i g １０㊀T u b e b e n d i n g c a p a c i t y i nd i f f e r e n tt e m pe r a t u r e ２ ３㊀展开时机根据管件抗弯能力㊁T 型铰链传动效率随温度的影响,对环形反射器展开时机进行分析:(１)管件抗弯能力环形天线展开过程中,随着展开口径增大,展开驱动力同步增大,在反射器展开到位前达到最大值;根据图１０所示,管件在－６５ħ时承弯能力最好,因此反射器展开末期管件温度越接近－６５ħ越有利于展开.１)根据图５管件最高温曲线所示,反射器展开末期,展开时刻６:００~９:００管件最高温度为(５９ ５~６５ ８ħ),相比其他时刻最高温度范围(７２ ８~８１ １ħ)更接近－６５ħ,管件承载能力较好.２)根据图６管件最低温曲线所示,反射器展开末期,管件最低温度范围为(－１２９~－７４ħ),相比最高温温度范围,更接近于－６５ħ,最低温温度下管件承载能力优于最高温温度,故管件低温温度不是决定管件承载力的主要因素.(２)T 型铰链根据图９所示,T 型铰链温度越高,传动效率越高,越有利于展开.故T 型铰链最低温度是影响环形反射器展开传动效率的决定因数.根据图８所示,反射器展开末期,星下点４:００展开传动效率最高.综上所述,当管件承弯能力为关键因素时,应选择星下点６:００~９:００为展开时机;反之,展开动力成为关键因素时,应选择星下点４:００为最佳展开时机.５０㊀中国空间科学技术A u g ２５㊀２０１８㊀V o l ３８㊀N o ４３㊀结束语通过节点转移矩阵,对大型网状天线展开过程进行有限元仿真,分析管件与T型铰链温度变化规律与天线展开时机,得到如下结论:１)展开臂展开过程中,管件与T型铰链温度均剧烈变化,且大部分展开时机T型铰链的最高温度下降,同时最低温度升高,T型铰链的温差减小.２)反射器展开过程中,管件与T型铰链温度变化趋势区域平缓,且管件最低温度快速下降.３)T型铰链温度越高,传动效率越高,且低温对传动效率的影响较大.４)碳纤维管件－６５ħ时抗弯能力最好,温度升高或降低,抗弯能力均下降.５)当管件抗弯能力为关键因素时,应选择星下点６:００~９:００为展开时机;反之,展开动力成为关键因素时,应选择星下点４:００为最佳展开时机.参考文献(R e f e r e n c e s)[１]㊀P U I G L,B A R T O N A,R A N D O N．A r e v i e w o nl a r g ed e p l o y a b l es t r u c t u r e s f o r a s t r o p h y s i c s m i s s i o n s[J]．A c t aA s t r o n a u t,２０１０,６７(１Ｇ２):１２Ｇ２６．[２]㊀A K I R A M,K Y O J IS H I N T A T E,MO T O F UM I U,e ta l．I nＧo r b i td e p l o y m e n t c h a r a c t e r i s t i c s o fl a r g e d e p l o y a b l ea n t e n n a r e f l e c t o r o nb o a r d E n g i n e e r i n g T e s t S a t e l l i t eV I I I[J]．A c t a A s t r o n a u 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