有关大型可展构架式星载抛物面天线结构设计

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1、第!"卷第!期浙江大学学报&工学版’>).?!"@?!#$$%年"月()*+,-.)/01234-,56,472+849:&;,54,22+4,5<=42,=2’A-:#$$%大型可展构架式星载抛物面天线结构设计岳建如J关富玲J陈向阳&浙江大学土木工程学系J浙江杭州!%$$#E’摘要B提出了一个利用伸缩杆驱动的六棱柱展开单元J和国内外已有的设计相比J该单元可动机构数较少J展开可靠度高J结构刚度好J且具有很广泛的几何适应性J能容易地构造复杂二维可展结构J具有广泛的应用前景F利用伸缩杆六棱柱单元J设计了

2、一大型构架式切割抛物面天线J并简要介绍了天线的可展节点细部设计杆件分类统计F该天线的形面精度较高J质量轻J造价低F最后J对天线模型进行了结构分析J说明天线具有良好的刚度F关键词B可展天线L构架式L抛物面天线L六棱柱单元L对角伸缩杆中图分类号BMN%##LM6!"L>O#文献标识码BP文章编号B%$$HDCE!Q&#$$%’$!D$#!HD$G随着人类对宇宙探索的不断深入J超大型K高清晰度的卫星K空间站等航天器成为不可缺少的工具J由于受有效荷载仓的容积限制J世界各国相继发展了大量的大型可展航天结构J但

3、我国对空间可展结构的研究尚处于起步阶段J有待更进一步的深入研究F本文利用拉伸弹簧构造了一个可展伸缩杆六棱柱单元J和国内外类似的可展结构单元相比J该单元在展开后所有展开机构均不需锁定J因而展开可靠度较高J且具有良好的几何适应性F利用该伸缩杆单元J文中设计了一个大型构架式星载抛物面天线J并详细地介绍了设计的各项技术参数J分析了可展天线的展开过程和结构的静力和动力特性J及结构参数的影响F结构分析表明这类构架式可展天线具有展开可靠性高J刚度好J形面精度高和造价低等显著优点F%结构伸缩杆六棱柱单元结构分析如图

4、%所示为利用弹簧伸缩杆驱动的一个四边形基本单元J周边的四根杆件是不可折叠J也不可收缩的J对角杆设计了弹簧J可以改变杆件长度F折叠状态时J结构成捆状J单元的构件相互平行F由于处于拉伸状态的弹簧收缩J引起结构的逐步展开J到达预定位置后J对角杆受弹簧外套管限制而不能继续收缩J锁定成为几何不变结构?在完全展开状态J结构杆件的尺寸限制了弦杆和竖杆的夹角F要使结构单元能完全折叠J需要满足以下几何相容条件BR%SR#TR!SRO?&%’单元对角杆在整个展开过程中长度的变化J即弹簧的伸缩量J可表示为##UTR%SR

5、#IVR%SR#?&#’单元间的一维连接B当两个四边形单元并列连接形成一维结构时J可以有如图#所示的两种形式J设计平直的一维支架时J可以由一系列首尾相连的对角杆一起驱动结构展开或收纳J如图#&W’所示J此时J有较小的折叠体积F若对角杆平行布置J收纳时J将成一长条形结构J收纳效果不理想F上述一维单元的连接缺乏侧向稳定性J缺少实用价值J设计馈源支架或机械手等一维可展结构时J必须使用三棱柱或四棱柱单元来构造一维支架F正六棱柱单元B如图!为利用弹簧伸缩杆驱动形成的正六棱柱可展开单元J它由如图%所示的四边形基

6、本单元组成F上下表面的%#根杆件和G根竖杆及中心杆均是普通铰接构件J不可改变长度JG根斜腹杆是收稿日期B%CCCD$ED$"F基金项目B国家自然科学基金资助项目&GCCH#$$C’F万方数据作者简介B岳建如&%CE"I’J男J山东临沂人J浙江大学博士J主要从事空间结构K空间可伸展结构的研究F第9期岳建如!等=大型可展构架式星载抛物面天线结构设计89L可伸缩的!且相交于一点"边上的细线表示索单元!需要提高结构的刚度时!可以用中间有扭簧可折叠杆件代替索单元"六棱柱单元可以认为由#个四边形单元和一些附加的

7、索单元构成"完全收纳状态时!结构折叠成捆状!杆件紧密相依!由于处于拉伸状态的弹簧的收缩!驱动六棱柱单元展开"但完全收纳时!各杆件处于自平衡状态!需要外加扰动荷载来保证结构的顺利展开"图$一维自适应结构图图8一维连接%&’($)*+,-./0-/.123&’/.+4345+6&7+5,&4512746/2+%&’(8)*+0455+0-+63&’/.+43-*+746/2+,图9正六棱柱单元图;模型布置图%&’(9)*+*+:1*+6.12746/2+%&’(;)*+1..15’+7+5-43-*+7

8、46/2+,利用图9所示的六棱柱单元可以方便地形成各种二维可展结构!图;所示为一种典型的模型布置俯视图!每根粗线代表一个伸缩杆四边形单元!虚线表示索单元!中心圆表示#根伸缩杆相交的节点"相邻单元采用同一根索"一个六边形虚框内有#根实线相交于一小圆!代表了图9所示的一个六棱柱可展单元"由于节点设计采用柱饺式!保证杆件绕着接头只能在所限定的一个面内转动!单元如图;布置形成结构后!根据体系分析理论!索单元不是维持结构几何不变的必要构件!但它们可以很好的提高结构的刚度"在支承