[發(fā)明專利]基于力熱匹配的網(wǎng)狀天線索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的熱不敏感設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810322369.2
• 申請(qǐng)日: 2018-04-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108416173B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊癸庚;湯奧斐;元振毅;思悅;李言;李淑娟;孔令飛;王權(quán)岱
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 西安弘理專利事務(wù)所 61214
• 代理人: 王蕊轉(zhuǎn)

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于力熱匹配的網(wǎng)狀天線索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的熱不敏感設(shè)計(jì)方法，具體包括如下步驟：確定網(wǎng)狀天線反射面的基本幾何參數(shù)；根據(jù)確定的基本參數(shù)，獲得整體網(wǎng)狀天線索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的初始幾何模型；對(duì)網(wǎng)狀天線索網(wǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行初始形態(tài)設(shè)計(jì)，獲取天線結(jié)構(gòu)平衡狀態(tài)下的索網(wǎng)初始預(yù)張力向量T⁰；根據(jù)張拉索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的平衡方程，確定索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的力熱匹配關(guān)系，進(jìn)而確定索網(wǎng)結(jié)構(gòu)單元截面參數(shù)與初始預(yù)張力之間的函數(shù)關(guān)系；獲得力熱匹配關(guān)系的索網(wǎng)單元截面參數(shù)向量對(duì)索網(wǎng)單元截面參數(shù)進(jìn)行分類、歸并及修正，完成網(wǎng)狀天線張拉索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的熱不敏感設(shè)計(jì)。本發(fā)明通過(guò)力熱匹配來(lái)設(shè)計(jì)網(wǎng)狀天線張拉索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，使得天線形面對(duì)熱載荷變化不敏感。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于雷達(dá)天線技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于力熱匹配的網(wǎng)狀天線索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的熱不敏感設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

大型星載天線被廣泛應(yīng)用于電子偵察、空間通信、氣象監(jiān)測(cè)、導(dǎo)航等領(lǐng)域，正朝著大口徑、高精度、輕質(zhì)量、高收納比的方向發(fā)展；星載天線在軌運(yùn)行時(shí)，形面精度易因周期性熱載荷的影響而惡化，嚴(yán)重影響遠(yuǎn)場(chǎng)電性能。因此，很有必要研究如何控制天線的在軌熱變形，以實(shí)現(xiàn)天線在軌高精度。

環(huán)形桁架式網(wǎng)狀可展開(kāi)天線由于其輕質(zhì)量、收攏體積小、周期短的特點(diǎn)，成為了近年來(lái)備受各國(guó)宇航界關(guān)注的空間可展開(kāi)天線形式，其結(jié)構(gòu)組成主要包括可展開(kāi)的環(huán)形桁架、金屬反射網(wǎng)、前索網(wǎng)、后索網(wǎng)以及縱向調(diào)整索。前索網(wǎng)主要用于支撐所鋪設(shè)的金屬反射網(wǎng)，后索網(wǎng)主要起平衡作用，縱向調(diào)整索用于調(diào)節(jié)前索網(wǎng)，使得金屬反射面形成所需要的形面。

現(xiàn)有的網(wǎng)狀天線在軌熱變形控制方法可分為主動(dòng)控制和被動(dòng)抑制兩種，主動(dòng)控制方法的基本思想是：基于智能元器件，采用主動(dòng)控制策略來(lái)控制天線形面。主動(dòng)控制方法在理論上可以實(shí)現(xiàn)天線在軌熱變形的實(shí)時(shí)控制，但是，大功率電源等輔助設(shè)備將大幅度增加航天器的重量和制造成本，不利于天線系統(tǒng)的輕量化和在軌服役的可靠性。因此，應(yīng)該采用被動(dòng)抑制的思路，通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使得天線形面對(duì)熱載荷變化不敏感。然而，由于現(xiàn)有研究中網(wǎng)狀天線張拉結(jié)構(gòu)的力熱匹配機(jī)理不明，如何通過(guò)力熱匹配設(shè)計(jì)使得網(wǎng)狀天線張拉結(jié)構(gòu)在熱載荷作用下內(nèi)力協(xié)調(diào)變化、天線形面對(duì)熱載荷變化不敏感，存在很大的困難。

Zuowei Wang在2013年的論文《Active shape adjustment of cable netstructures with PZT actuators》中基于索單元和壓電作動(dòng)器的有限元模型推導(dǎo)了主動(dòng)索單元的有限元?jiǎng)偠汝嚕⒔⒘送ㄟ^(guò)調(diào)整電壓來(lái)控制反射面形面精度的主動(dòng)調(diào)整優(yōu)化模型。該方法在天線系統(tǒng)中增加大功率電源設(shè)備和大量的壓電作動(dòng)器，不利于天線系統(tǒng)的輕量化，而且，由于壓電作動(dòng)器的行程限制，其調(diào)整能力非常有限。

張功在2012年的碩士論文《考慮熱變形的可展開(kāi)天線優(yōu)化設(shè)計(jì)研究》中，對(duì)網(wǎng)狀天線進(jìn)行了考慮空間熱載荷的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過(guò)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)參數(shù)，盡可能降低天線在軌熱變形。然而，由于網(wǎng)狀天線結(jié)構(gòu)力熱匹配機(jī)理不明，設(shè)計(jì)變量的選擇與歸并依靠經(jīng)驗(yàn)，該方法依賴溫度載荷工況的選擇，難以保證天線在高低溫工況下均實(shí)現(xiàn)高精度。

李團(tuán)結(jié)在2018年的論文《繩索-金屬絲網(wǎng)組合結(jié)構(gòu)力熱匹配設(shè)計(jì)》中，提出了網(wǎng)狀天線力熱匹配設(shè)計(jì)的概念，但是僅分析了網(wǎng)狀天線反射面索膜的匹配，設(shè)計(jì)了前網(wǎng)面索單元的截面尺寸，尚未考慮后索網(wǎng)、豎向索及整體天線索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的匹配機(jī)理及參數(shù)設(shè)計(jì)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于力熱匹配的網(wǎng)狀天線索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的熱不敏感設(shè)計(jì)方法，該方法基于被動(dòng)抑制天線在軌熱變形的思想，通過(guò)力熱匹配來(lái)設(shè)計(jì)網(wǎng)狀天線張拉索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，使得天線形面對(duì)熱載荷變化不敏感。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，基于力熱匹配的網(wǎng)狀天線索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的熱不敏感設(shè)計(jì)方法，具體包括如下步驟：

步驟1，確定網(wǎng)狀天線反射面的基本幾何參數(shù)；