静电成形薄膜反射面天线形面综合优化设计及实验研究

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本文针对大口径薄膜反射面天线的静电成形机理,探讨了不同因素对反射面成形的影响、建立了有限元模型并进行了初步分析、提出了薄膜反射面的形面优化方法、进行了天线的电极布局优化求解、设计并加工制作了静电薄膜实验装置。具体内容如下:1.针对静电成形薄膜反射面天线的成形机理,推导了天线的有限元分析模型,分析了电极电压、电极击穿、膜材制造以及环境等因素对薄膜反射面成形的影响,探讨了天线的多种电极分布形式,建立了三种薄膜边界固定形式的有限元模型,并分析了不同面力及不同温度载荷作用下薄膜反射面的变形规律,明确了天线成形过程中的力学特性及影响机理,为后面章节的优化设计奠定了理论基础。2.提出了以各电极的电压为设计变量,以薄膜反射面有效口径内的精度为优化目标的天线形面优化数学模型。给出了此模型的最小二乘求解策略,并结合算例分析了多种工况作用下天线的成形特点,结果表明,此优化方法及求解策略可以得到较好的反射面面形。3.针对静电成形薄膜反射面天线的边界拉索形式,提出了同时适用于天线最初设计阶段和实际调整阶段的边界拉索调整方法。该方法是以边界拉索的调整量为设计变量、以薄膜反射面有效口径内的精度为优化目标、以薄膜反射面的应力状态为约束函数的一种优化调整方法,利用序列二次规划法对其进行求解。数值结果表明,经过数次调整后的薄膜反射面形面精度有了明显的提高。4.针对静电成形薄膜反射面的多电极控制机理,提出了一种电极布局优化设计模型,即将电极布局和电压同时作为设计变量,薄膜反射面有效口径内的精度作为优化目标,薄膜反射面的面内应力大于零且分布均匀(即薄膜不褶皱)作为约束函数,进而提出了这种同时包含连续变量和离散变量的问题的数学处理方法,给出了最小二乘法与遗传算法相结合的求解策略。算例表明,天线在经过电极布局优化后,能够在满足反射面面形精度的前提下,大幅度减小电压通道数目。5.设计并加工了0.55m口径的静电薄膜成形实验装置以及薄膜反射面的裁剪模板与拼接模板,给出了薄膜反射面制作流程及薄膜粘贴工艺流程,为静电成形薄膜反射面天线的深入研究提供了实验条件。
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