模块化可展天线的组网建模与优化设计

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1、硕士学位论文模块化可展天线的组网建模与优化设计NETWORKMODELINGANDOPTIMIZATIONDESIGNONMODULARDEPLOYABLEANTENNA孔维国哈尔滨工业大学2014年12月国内图书分类号：TG580.692学校代码：10213国际图书分类号：621密级：公开工学硕士学位论文模块化可展天线的组网建模与优化设计硕士研究生：孔维国导师：李兵教授申请学位：工学硕士学科：机械电子工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2014年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TG580.692U.D.C:621DissertationfortheMast

2、erDegreeinEngineeringNETWORKMODELINGANDOPTIMIZATIONDESIGNONMODULARDEPLOYABLEANTENNACandidate：KongWeiguoSupervisor：Prof.LiBingAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MechatronicEngineeringAffiliation：ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence：December,2014Degree-Conferring-Institution：Harbin

3、InstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要近年来，航天事业迅速发展，空间可展天线也朝着大口径和高精度方向发展。本文在可展机构研究的基础上，提出一种基于模块化的可展机构。根据设计要求，基于一种数综合的方法来确定基本单元，然后选择可展机构的基本模块并确定组网方式，可以构造大尺度天线。为了保证可展天线的表面精度，采用最小二乘法用球面来拟合抛物面，并建立了展开机构的实验模型。为了使展开机构基本单元实现完全展开和收拢，对机构展开和收拢状态进行了分析，确定了杆长之间的几何关系。对基本单元进行了运动学分析，发现刚开始展开时速度应尽可能小，减小对机构的冲击。利用有限元法原理

4、，在Matlab中编程，求解出可展机构的前十阶固有频率。对目前常用的索网结构设计的三种找形方法进行了介绍，通过比较分析选择力密度法进行找形。根据机构特点，采用三向组网的方式来设计索网结构。为了满足索网抛物面形状要求，对力密度法进行改进，并对索网结构进行了找形计算。计算结果显示，索网单元的受力和长度变化比较小，索网结构比较理想。天线工作时完全展开，形成一个固定结构。因此本文对展开机构的结构动力性能进行分析。利用Ansys软件建模，求得了机构的前十阶固有频率，与Matlab计算的结果进行比较，验证了编程算法的准确性。同时，得到了可展机构前十阶固有频率的振型，主要显示整体绕固定端扭转。对于影响结构

5、动力学性能的主要因素材料和结构尺寸进行了分析。对杆件的截面尺寸进行了优化，使得可展机构尽可能质量轻、刚度大。关键词：空间可展天线；模态分析；索网结构；优化设计-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractInrecentyears,withtherapiddevelopmentofthespaceindustry,spacedeployableantennaisdevelopingtowardslarge-scaleandhighprecision.Onthebasisoftheresearchofdeployableantenna,amodularmechanismisdesigne

6、d.Accordingtodesignrequirements,thebasicunitisdeterminedbasedonasynthesismethod.Thenselectbasicmoduletoconstructalarge-scaleantenna.Inordertoensuretheaccuracyoftheantennasurface,theleastsquaresmethodisusedtofittheparaboloidbysphere.Andthenestablishtheexperimentalmodelofdeployablemechanism.Inorderth

7、atthedeployablemechanismcanfullyexpandandcollapse,theexpandedandcollapsedstatusisanalyzedandthenthegeometricrelationshipamonglengthofeachrodisdetermined.Fromthekinematicanalysisofbasicunit,itisshowedthatthe