[發(fā)明專利]一種網(wǎng)狀天線索網(wǎng)形態(tài)分析方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911190902.5
• 申請(qǐng)日: 2019-11-28
• 公開（公告）號(hào): CN110909435B
• 公開（公告）日: 2023-10-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王曉凱;杜江華;楊麗;陳曉峰;程慶清;崔琦峰;周鑫;姜強(qiáng);劉天明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海宇航系統(tǒng)工程研究所
• 主分類號(hào): G06F30/18
• 分類號(hào): G06F30/18;G06F30/20;G06F119/14
• 代理公司: 上海航天局專利中心 31107
• 代理人: 王海濤

一種網(wǎng)狀天線索網(wǎng)形態(tài)分析方法，具體步驟包括：確定索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的拓?fù)錁?gòu)型；生成索網(wǎng)網(wǎng)格獲取前索網(wǎng)與背索網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)；對(duì)前索網(wǎng)賦值一組初始的預(yù)應(yīng)力以及假定一組背索網(wǎng)的初始預(yù)應(yīng)力；進(jìn)行初始非線性靜力求解；應(yīng)用靜力求解結(jié)果修正計(jì)算模型，更新前索和背索的預(yù)應(yīng)力值以及背索的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)；更新模型后進(jìn)一步進(jìn)行非線性靜力求解工作；提取節(jié)點(diǎn)位移及索力結(jié)果進(jìn)行判斷，若達(dá)到判斷指標(biāo)，則進(jìn)入下一步確定前索網(wǎng)索力和背網(wǎng)幾何形狀，若沒達(dá)到判斷指標(biāo)要求則返回模型修正步驟；最終確定索網(wǎng)預(yù)應(yīng)力自平衡索網(wǎng)體系索網(wǎng)參數(shù)。本發(fā)明通過對(duì)網(wǎng)狀天線雙層索網(wǎng)進(jìn)行找力、找形分析和索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力優(yōu)化，在提高索網(wǎng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的同時(shí)更加有益于工程的實(shí)現(xiàn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于天線技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種網(wǎng)狀天線索網(wǎng)形態(tài)分析方法，用于索支承反射面成形設(shè)計(jì)。

背景技術(shù)

為符合最新的航天工程應(yīng)用，例如國防安全戰(zhàn)略、高分辨率對(duì)地觀測(cè)、全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)等，提出的多功能、多頻段要求，衛(wèi)星系統(tǒng)的天線結(jié)構(gòu)趨于高精度、大型化發(fā)展。考慮到現(xiàn)有運(yùn)載火箭對(duì)有效載荷的限制，主要問題表現(xiàn)為如何實(shí)現(xiàn)輕質(zhì)、高收納率的可展天線結(jié)構(gòu)。由金屬反射絲網(wǎng)和柔性索網(wǎng)構(gòu)成的索支承可展開反射面天線具備上述要求，成為大口徑高精度天線的主要結(jié)構(gòu)形式，且索支承網(wǎng)面天線因其合理地協(xié)調(diào)了天線大口徑與高精度的兼容性問題，具有高度的研發(fā)需求與應(yīng)用價(jià)值，因而索網(wǎng)的形態(tài)設(shè)計(jì)也受到越來越廣泛的關(guān)注。

索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)狀態(tài)分析為尋求一種滿足結(jié)構(gòu)造型與功能要求的自平衡預(yù)張力狀態(tài)及其對(duì)應(yīng)的幾何構(gòu)型。針對(duì)實(shí)際工程，一般有兩種思路：其一，指定索網(wǎng)一組合理的預(yù)張力值，尋求滿足此預(yù)張力狀態(tài)和邊界條件的幾何形狀，即找形分析；其二，根據(jù)結(jié)構(gòu)造型要求指定索網(wǎng)的幾何形狀，求滿足此幾何形狀的自平衡預(yù)張力狀態(tài)，即找力分析。找形分析中，在預(yù)張力值的設(shè)定存在不合理性、選擇存在人為差異，迭代找形的結(jié)果往往不滿足結(jié)構(gòu)造型需要；且結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)只提供結(jié)構(gòu)的邊界條件，不能提供描述空間曲面的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，找力分析的結(jié)果存在預(yù)張力不均勻問題，不滿足工程安全要求。因此，具體設(shè)計(jì)中需要采用此互逆過程相結(jié)合的方法。

專利申請(qǐng)?zhí)枮?01410377294.X的“索網(wǎng)反射面天線的測(cè)地線索網(wǎng)生成方法”公布了一種適應(yīng)于桁架式反射面天線的索網(wǎng)生成方法，專利申請(qǐng)?zhí)枮?201711182702.6的“一種網(wǎng)狀反射面天線參數(shù)化建模方法”公布了一種網(wǎng)狀反射面天線參數(shù)化建模方法，可根據(jù)形面精度要求自適應(yīng)調(diào)整形面設(shè)計(jì)的天線索網(wǎng)和形面以滿足工程對(duì)反射面的不同需求，專利申請(qǐng)?zhí)枮?01810348177.9 的“索網(wǎng)天線反射面索網(wǎng)生成的簡易方法”公布了一種通過節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)迭代生成索網(wǎng)天線反射面索網(wǎng)幾何構(gòu)型的簡易方法，基于等邊三角形特性可得到網(wǎng)格總索長更短形面精度更高的反射面索網(wǎng)結(jié)構(gòu)。但上述專利公布的僅為索網(wǎng)反射面的幾何網(wǎng)格劃分與優(yōu)化方法，還未涉及索網(wǎng)反射面的形態(tài)分析，即索網(wǎng)反射面的找形與找力分析，無法為索網(wǎng)反射面的制作提供力與形的施工數(shù)據(jù)。

索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的形態(tài)分析是平衡分析的逆過程，包括找力分析和找形分析。形態(tài)分析是基于柔性張拉結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)需要而提出的，根據(jù)索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的張拉過程，其可分為三個(gè)階段：(1)放樣態(tài)：索網(wǎng)安裝就位、尚未進(jìn)行張拉的狀態(tài)； (2)預(yù)張力平衡態(tài)：主動(dòng)索張拉完畢后，索網(wǎng)在預(yù)張力作用下的平衡狀態(tài)； (3)荷載平衡態(tài)：索網(wǎng)結(jié)構(gòu)在預(yù)張力平衡態(tài)基礎(chǔ)上，承受外荷載的平衡狀態(tài)。索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的幾何形狀在施加預(yù)張力前后發(fā)生了較大改變，即預(yù)張力平衡態(tài)和放樣態(tài)下的幾何構(gòu)形可能存在較大差異，因此各索段不能按設(shè)計(jì)的幾何尺寸直接下料、放樣與安裝。合理的做法是，對(duì)索網(wǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行形態(tài)分析，確定放樣態(tài)下的幾何形狀以及預(yù)張力控制值，以此作為分析起點(diǎn)，確定索網(wǎng)結(jié)構(gòu)在預(yù)張力平衡態(tài)的內(nèi)力分布、荷載平衡態(tài)的受力響應(yīng)等內(nèi)容。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述技術(shù)缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種網(wǎng)狀天線索網(wǎng)形態(tài)分析方法，適應(yīng)于索支承反射面天線，根據(jù)索網(wǎng)結(jié)構(gòu)拓?fù)洌Y(jié)合前索網(wǎng)找力分析和背索網(wǎng)找形分析，通過迭代與優(yōu)化獲得均勻的索網(wǎng)預(yù)張力以及該預(yù)應(yīng)力自平衡狀態(tài)下的索網(wǎng)幾何形狀。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種網(wǎng)狀天線索網(wǎng)形態(tài)分析方法，其步驟如下：