空间张拉式环肋天线几何-预张力设计方法及软件

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空间环肋天线是一种典型的索网-桁架天线,为兼顾天线大口径、小收拢体积与高精度的发展需求,桁架由一系列细长杆组成,用于支撑索网结构,其中,细长杆具有高拉压刚度,但是弯曲刚度非常小。当杆受弯时,桁架会发生变形,这导致索网形面精度变差。为使索网具有高形面精度,本文基于“张拉整体”的结构特点,以索受拉、杆受压为约束,提出了适用于旋转抛物反射面和赋形反射面的空间张拉式环肋天线的几何-预张力设计方法。(1)针对旋转抛物反射面,设计了三角形与四边形两种网格拓扑,将索网-桁架结构分解成纯索网与加强索-桁架两部分进行几何-预张力设计。首先,以预张力均匀为目标,建立了纯索网几何-预张力设计优化模型;然后,假设桁架杆只受压力,将纯索网边界力作为外力加载到加强索-桁架上,进行预张力设计;最后,利用以上方法对两类不同网格形式的环肋天线算例进行设计,仿真分析结果表明环肋天线形面精度可达到6.76×10-5mm,验证了本章提出的方法可行。(2)针对赋形反射面,提出了两种网面成形方案并进行了几何预张力设计。通过POS软件设计了一个表面光滑的理想赋形反射面,以网面原理误差与目标原理误差之间的差值绝对值最小为目标,建立网格优化模型,确定了赋形网状反射面的网格拓扑;提出三层索网结构和双层索网-支撑杆-桁架组合结构两种方案,用于解决赋形反射面表面存在凸点,双层纯索网结构不再适用的问题;结合平面投影法与极小二范数法,对两种不同结构的赋形反射面天线进行了几何-预张力设计;通过赋形反射面算例分析,验证了赋形网状反射面设计算法可行性。(3)基于上述研究,开发了环肋天线设计参数化软件。软件主要包括输入模块、功能模块以及显示模块。可根据用户输入的天线基本参数,快速实现环肋天线的几何构型设计、预张力设计、有限元仿真分析与云图展示功能。
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