径射状空间可展天线多体动力学的分析

《径射状空间可展天线多体动力学的分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、摘要随着我国移动通讯、大地观测和太空探测等航天技术的发展，迫切需要研发大口径空间天线。可展环状桁架天线是目前应用较多的一种大型空间天线，但在应用中发现其存在固有频率低、驱动力矩大、铰链间隙大、展开精度低、可靠性差等缺点。所以开展新型空问可展天线结构设计与动力学分析的研究是一项十分重要和必要的工作。本文在综合分析现有可展桁架天线结构特点的基础上，采用创新技法，从原理上创建了一种新的空间可展天线结构——径射状可展天线；采取差动螺旋机构与剪刀形展开机构相结合，提出了一种可供径射状可展天线使用的新型展开机构。针对径射状空间可展开天线循环对称的特点，以其单支展开机构为研

2、究对象，基于多刚体动力学理论，采用牛顿一欧拉法建立了其展开机构的刚体动力学方程，通过求解动力学微分方程，对展开过程中刚体运动特性进行了数值计算。在刚体动力学分析的基础上，采用多柔体动力学理论，将有限元技术、子结构原理和拉格朗日方程结合，推导了大范围刚体运动情况下，柔体之间的耦合质量阵、耦合刚度阵和广义力阵，建立了展开机构的多柔体动力学方程。采用数值方法在MATLAB平台上进行了多柔体动力学分析。针对天线的工作状态，采用ANSYS软件对天线反射器进行了结构动力学分析，获得了天线反射器的固有频率与固有振型，并研究了结构的谐响应、冲击响应和随机响应特性。数值计算及仿

3、真结果表明：差动螺旋相结合的剪刀形伸展机构具有结构简单、展开可靠性高、各单元严格同步展开、展开过程可控、展开到位时冲击小等特点；多柔体动力学模型较多刚体模型更好地反映了展开机构的动力学特性，且发现展开机构各杆结构参数对系统稳定性影响较为明显：径射状可展天线反射器前几阶固有频率大于同口径环形可展天线，反射器索网预紧力及系统阻尼在一定范围内对天线反射器固有频率、收敛时间和稳定位置以及共振有较明显影响。本文不仅提出了一种新的大型空间可展天线结构，而且采用的研究方法也可用于其他空间可展结构，其研究结果对径射状可展天线的结构可靠性设计和优化设计提供了有力的数据支撑。关键

4、词；径射状可展天线，剪刀机构，子结构，多柔体动力学AbstractItbecomesveryimperativetodevelopabigcaliberspaceantennawithreflectivemeshanddeployabletrussstructureforthedevelopmentofthemobilecommunication,theEanhobservationandthespaceexploration．Atthepresenttime,thehoopII'I竭Sdeployablesatelliteantenna(HTDSA)isin

5、cA)nllnonnse，butsomedisadvantages，such鹤lownaturefrequency,largedrivingtorque。lowdeployedprecision,makeitanimportantandurgentworktodevelopanewtypedeployablespaceantenna．A矗盯theactnalstateofspacedeployableantennahavingbeeninvestigated,firstly,alleWtypeofbigcaliberspaceantennawithRadial

6、DeployableRibsanddeployedmechanismcombiningthemultistagelinkagewithatwin-screwthreadtransmissionisexcogitatedintheory．Secondly,themathematicalmodelofasingleribofthedeployedmechanismfortheRedialDeployableSpaceAntenna’SaxissymmetricalcharacterhaSbeenbuiltusingNewton-Eulermethodthatbas

7、edonmulti-rigidbodytheory．Thirdly,flexiblemultibodydynamicsisappliedtothedeploymentanalysisofthemeehanisrnusingthefiniteelementmethod,substructuremethodandLagrangeEquationtogether．AndthenthenumbericalresultisgotusingRunge-KuttamethodunderMaflab．Finally,ANSYSisappliedtothedynamicsana

8、lysisofthereflecter