[發明專利]一種星載靜電成形薄膜反射面可展開天線電極方法

有效

• 申請號: 201410374229.1
• 申請日: 2014-07-31
• 公開（公告）號: CN104143696B
• 公開（公告）日: 2017-04-05
• 發明（設計）人: 劉超;段寶巖;張逸群;杜敬利;楊東武;楊癸庚;谷永振;姜文明
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01Q15/14
• 分類號: H01Q15/14
• 代理公司: 西安吉盛專利代理有限責任公司61108
• 代理人: 張培勛

1.一種星載靜電成形薄膜反射面可展開天線電極方法，其特征是：至少包括如下步驟：

步驟101：根據電極的形狀以及剛度要求，進行索膜組合結構整體形態設計；

步驟102：依據步驟101將索網和薄膜分離放樣制作；

步驟103：根據索網的形態設計結果，對索網進行放樣裁剪，并對索段進行編號；放樣裁剪時，對索長和索力全部進行精度測量控制加工；

步驟104：根據薄膜的形態設計結果，給薄膜拼接曲面布置裁剪線，并運用編制的展平程序將裁剪片展平，得到張緊狀態的裁剪片的展平坐標，并保存結果；

步驟105：根據薄膜裁剪片的展平結果，對展平的裁剪片施加形態分析應力，然后利用編制的應力釋放程序，釋放裁剪片的應力，得到裁剪片的無應力放樣坐標；

步驟106：根據裁剪片的放樣坐標，從kapton平面鍍金屬的薄膜上裁剪三角形電極，并編號；裁剪三角形時，留出粘接余量，并在三角形電極上標記和索網鏈接的裝配線，并從未鍍金屬的kapton裁剪薄膜電極絕緣搭接縫；

步驟107：制作電極安裝定位模板的圖樣，根據步驟104得到的展平坐標，采用PVC材料將裁剪片的展平圖1:1打印；

步驟108：將打印的裁剪片展平圖平整、無應力的粘接到木質或金屬平板之上；

步驟109：根據粘接圖樣，在平板上打φ0.5-1.0mm的定位孔；

步驟110：將三角形薄膜電極的三個端點分別固定于對應的前索網的三個端點之上；

步驟111：對于第一個三角形電極，將索網的三個端點固定于電極安裝定位模板的定位孔上，使索網和薄膜處于張緊狀態；然后將根據三角形電極定位線使其和索網的三條邊連接固定在一起，并保持張緊狀態一定時間使得薄膜和連接牢固；然后將索網從定位模板上取下松開；

步驟112：根據步驟110和步驟111所述的操作方法，按順序將所有三角形薄膜電極一一連接到前索網之上；

步驟113：根據設計的電極布局方案，在三角形電極背部將電極連通到相應的供電通道，并編號；

步驟114：將前索網、后索網和豎向調整依次連接起來，然后將供電線按編號連接到供電系統之上。

2.根據權利要求1所述的一種星載靜電成形薄膜反射面可展開天線電極方法，其特征是：所述步驟104包括如下步驟：

步驟201：根據空間曲面三角形網格形式，將單元拓撲關系和節點坐標寫成指定的格式；

步驟202：任意假定空間曲面的投影平面幾何，一般可取平面幾何為投影平面，令r＝0；

步驟203：計算空間曲面上的第j個網格線長度S_j；

步驟204：計算對應的平面展平的網格線長度s_j和各個索單元的方向余弦l₁、l₂；

步驟205：按下式計算平面結構單元的剛度矩陣：

Kje=Sjsjl12l1l2-l12-l1l2l1l2l22-l1l2-l22-l12-l1l2l12l1l2-l1l2-l22l1l2l22+sj-Sjsj10-10010-1-10100-101]]>

步驟206：按下式的格式組裝總體剛度矩陣：

Kr=Σj=1MKje]]>

步驟207：根據下式計算平面展平坐標的增量以及新的展平坐標

Krδr=-ΔPrXr+1=Xr+δr]]>

其中，X_r+1表示更新后的平面展平坐標，X_r為更新前的平面展平坐標，δ_r為坐標增量。平面網格線和空間網格線長度差異形成的不平衡節點力ΔP_r由下式計算得到：

ΔPje=(sj-Sj)[-l1,-l2,l1,l2]ΔPr=Σj=1NΔPje]]>

其中，表示第j個空間網格線長度與對應的平面網格線長度之差形成的不平衡節點力；

步驟208：如果|X_r+1-X_r|＜ε，則表示空間拼接曲面展平到位，停止計算；否則，令r＝r+1，并返回204繼續迭代計算。

3.根據權利要求1所述的一種星載靜電成形薄膜反射面可展開天線電極方法，其特征是：所述的步驟105中的應力釋放包含以下具體步驟：

步驟301：根據步驟104中所得到的不考慮預應力情況得到的近似展開平面坐標X₀，以及步驟101形態設計是所得到的薄膜中的預應力σ₀，令迭代次數標號k＝0；根據下式求解三角形薄膜電極的幾何矩陣B

B=λ00sinβcosβsinγ2+sinγcosγsinβ2l3sinβcosβl1sinγcosγl2-sinβcosβcosγ2+sinγcosγcosβ2l3-sin2βl1sin2γl2cos2γsin2β-sin2γcos2β‾]]>

其中λ=1sinβcosβsin2γ+sinγcosγsin2β,]]>α、β、γ表示三角形的三個內角；

步驟302：根據下式求解預應力在一個三角形薄膜上形成的不平衡內力T，

T1T2T3=∫VBTσ0dv]]>

其中V表示積分域；

步驟303：根據下式求解預應力在一個三角形薄膜電極上形成的節點力

Pre=P1xP1yP2xP2yP3xP3y=0x1-x3l2x1-x2l30y1-y3l2y1-y2l3x2-x3l10x2-x1l3y2-y3l10y2-y1l3x3-x2l1x3-x1l20y3-y2l1y3-y1l10T1T2T3]]>

其中l₁,l₂,l₃分別表示三角形薄膜電極的三條邊的長度，x₁,x₂,x₃,y₁,y₂,y₃分別表示展平后薄膜三角形三個節點的平面坐標；

步驟304：根據下式組集求解預應力在平面膜結構上的節點不平衡力P_r^k，

P_r^k＝ΣP_r^e

其中Σ表示組集運算；

步驟305：根據下式迭代求解平面結構的有限元方程進行釋放薄膜應力，更新平面坐標：

Kδr=-PrXk+1=Xk+δk]]>

式中，K為膜結構的線性剛度矩陣；δ_r為應力釋放時薄膜平面坐標的變化量；Δσ為應力變化量；

步驟306：根據下式求解坐標變化帶來的薄膜預應力的變化量

Δσ＝DBδ_r

其中D為薄膜的材料本構矩陣；

步驟307：根據下式更新薄膜的預應力

σ_k+1＝σ_k+Δσ

步驟308：如果節點不平衡力小于指定精度P_r^k＜ε，則認為薄膜的應力已經得到充分釋放，此時迭代結束；否則令k＝k+1，返回步驟305繼續進行迭代計算。