[發(fā)明專(zhuān)利]一種空間桁架索網(wǎng)天線(xiàn)等幾何找形方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710138544.8
• 申請(qǐng)日: 2017-03-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106934147B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-03-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 田強(qiáng);常漢江;李培;王碧
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06F30/23
• 分類(lèi)號(hào): G06F30/23
• 代理公司: 北京理工大學(xué)專(zhuān)利中心 11120
• 代理人: 付雷杰;仇蕾安

本發(fā)明公開(kāi)了一種空間桁架索網(wǎng)天線(xiàn)等幾何找形方法，能夠在提高精確度的同時(shí)簡(jiǎn)單有效的對(duì)桁架索網(wǎng)天線(xiàn)進(jìn)行找形；該方法為：根據(jù)設(shè)定的天線(xiàn)設(shè)計(jì)參數(shù)，基于天線(xiàn)拓?fù)潢P(guān)系，獲得支撐桁架和索網(wǎng)當(dāng)前節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)；根據(jù)設(shè)定的索段張力值和索網(wǎng)當(dāng)前節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，計(jì)算索段初始長(zhǎng)度，獲得索段當(dāng)前力密度系數(shù)，在不考慮桁架變形的基礎(chǔ)上，基于索段初始力密度系數(shù)，采用漸近迭代力密度法對(duì)索網(wǎng)進(jìn)行找形分析；并對(duì)桁架和索網(wǎng)有限元模型進(jìn)行靜力平衡迭代；判斷天線(xiàn)是否滿(mǎn)足靜力平衡誤差，完成桁架索網(wǎng)找形。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于空間索網(wǎng)天線(xiàn)找形技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種空間桁架索網(wǎng)天線(xiàn)等幾何找形方法。

背景技術(shù)

近年來(lái)，航天科技的發(fā)展迫切需要大口徑桁架索網(wǎng)天線(xiàn)，進(jìn)而滿(mǎn)足移動(dòng)通信、射電天文、對(duì)地觀測(cè)和軍事偵察等需求。桁架索網(wǎng)天線(xiàn)主要由支撐桁架、主網(wǎng)、副網(wǎng)、張力陣、金屬網(wǎng)組成。在天線(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析中，可將金屬網(wǎng)對(duì)反射面的影響等效到主網(wǎng)中考慮，即將這類(lèi)天線(xiàn)結(jié)構(gòu)視為僅由支撐桁架和索網(wǎng)組成的系統(tǒng)。在桁架索網(wǎng)天線(xiàn)的反射面設(shè)計(jì)中，需要面臨眾多的問(wèn)題與挑戰(zhàn)，其中包括天線(xiàn)的結(jié)構(gòu)剛度問(wèn)題和天線(xiàn)的形面誤差問(wèn)題。桁架索網(wǎng)天線(xiàn)與一般結(jié)構(gòu)的主要差異表現(xiàn)為柔性索網(wǎng)所使用的材料自身不具有剛度和形狀，即在自然狀態(tài)下不具有形狀保持和承載能力，只有對(duì)索網(wǎng)中各索段施加預(yù)張力，才能使索網(wǎng)形成需要的形狀，并具有一定剛度。

因此在天線(xiàn)設(shè)計(jì)階段，需要對(duì)天線(xiàn)反射面進(jìn)行找形，以提高反射面的形面精度，同時(shí)使得天線(xiàn)具有足夠的剛度。目前主要有三種索網(wǎng)找形方法，第一種：Linkwitz和Schek提出的力密度法是迄今應(yīng)用最廣泛的索網(wǎng)找形方法之一。該方法的基本思想是通過(guò)預(yù)先給定各索段中的力和索段長(zhǎng)度的比值(力密度)，將幾何非線(xiàn)性問(wèn)題轉(zhuǎn)換為線(xiàn)性問(wèn)題，聯(lián)立求解線(xiàn)性方程組，得到索網(wǎng)中各節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，由于力密度法沒(méi)有考慮節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)變化對(duì)節(jié)點(diǎn)平衡的影響，得到的初始位形誤差較大，天線(xiàn)反射面形面精度較低；第二種：基于力密度法，Morterolle等提出了迭代的力密度法。該方法的主要思路是在每個(gè)迭代步更新力密度系數(shù)，調(diào)整預(yù)張力，從而得到均勻的索段預(yù)張力分布。但該方法對(duì)反射面的網(wǎng)格構(gòu)型有很大限制，無(wú)法獲得滿(mǎn)足工程精度需求的反射面形面精度；第三種：第三種找形方法是極小范數(shù)法，該方法將索段張力的平均值作為設(shè)計(jì)變量，索段最大拉力比作為目標(biāo)函數(shù)，求解靜不定平衡方程的極小范數(shù)解，從而得到所有索段預(yù)張力分布。與第一種力密度法相比，極小范數(shù)法得到的索段張力均勻性要差很多，并且極小范數(shù)法的求解區(qū)間有限，對(duì)于一些復(fù)雜索網(wǎng)結(jié)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)負(fù)拉力，得到脫離實(shí)際的結(jié)果，使得天線(xiàn)反射面找形任務(wù)失敗。此外，如何提高桁架索網(wǎng)天線(xiàn)機(jī)構(gòu)反射面的形面精度，便成為亟待解決的技術(shù)問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種空間桁架索網(wǎng)天線(xiàn)等幾何找形方法，提高了桁架索網(wǎng)天線(xiàn)機(jī)構(gòu)反射面的形面精度。

實(shí)施本發(fā)明的具有步驟如下：

天線(xiàn)包括支撐桁架和索網(wǎng)，索網(wǎng)由索網(wǎng)節(jié)點(diǎn)和索段組成，索網(wǎng)節(jié)點(diǎn)分為前索網(wǎng)節(jié)點(diǎn)和后索網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，該方法的具體步驟如下：

步驟1：根據(jù)設(shè)定的天線(xiàn)設(shè)計(jì)參數(shù)，基于天線(xiàn)拓?fù)潢P(guān)系，獲得支撐桁架和索網(wǎng)當(dāng)前節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)；

步驟2：根據(jù)設(shè)定的索段張力值和索網(wǎng)當(dāng)前節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，計(jì)算索段初始長(zhǎng)度，獲得索段當(dāng)前力密度系數(shù)其中，j為索段編號(hào)，k為迭代次數(shù)，k取整數(shù)；

步驟3：在不考慮桁架變形的基礎(chǔ)上，基于索段當(dāng)前力密度系數(shù)對(duì)索網(wǎng)進(jìn)行找形分析；找形分析的具體過(guò)程如下：

步驟301：根據(jù)索段當(dāng)前力密度系數(shù)和索網(wǎng)節(jié)點(diǎn)當(dāng)前坐標(biāo)，采用力密度法建立索網(wǎng)節(jié)點(diǎn)線(xiàn)性平衡方程組，并對(duì)該方程組求解，獲得所有索網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)；