星载伞状可展开天线设计、仿真及优化

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1、第４５卷第４期航空计算技术Ｖｏｌ．４５Ｎｏ．４２０１５年７月ＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌＣｏｍｐｕｔｉｎｇＴｅｃｈｎｉｑｕｅＪｕｌ．２０１５星载伞状可展开天线设计、仿真及优化胡甜甜（东北大学机械工程与自动化学院，辽宁沈阳１１０００４）摘要：空间可展开机构在航天器中取得了广泛的应用，其研究也成为一个热点问题。星载可展开天线是卫星结构的重要组成部分，其实现技术直接影响到卫星的技术水平。其发射时折叠为一个可以接受尺寸的系统（收拢状态），而在达到预定轨道后，通过展开机构按设计的方式解锁、展开、锁定，展开成为天线（展开状

2、态）。根据星载可展开天线的设计要求设计出一种天线方案，并针对方案进行了基于ＡＤＡＭＳ的运动学仿真分析，最后针对运动过程进行优化以增加展开过程的平稳性，为星载可展开天线的深入研究提供了有价值的参考。关键词：星载伞状可展开天线；展开过程；运动学仿真；优化中图分类号：Ｏ２４１．５文献标识码：Ａ文章编号：１６７１-６５４Ｘ（２０１５）０４-０１０９-０３Design＆Simulation＆OptimizationofDeployableSpaceborneAntennaＨＵＴｉａｎ-ｔｉａｎ（SchoolofMec

3、hanicalEngineeringandAutomation，NortheasternUniversity，Shenyang１１０００４，China）Abstract：Ｓｐａｃｅｄｅｐｌｏｙａｂｌｅｍｅｃｈａｎｉｓｍｈａｓｂｅｅｎｗｉｄｅｌｙｕｓｅｄｉｎｔｈｅｓｐａｃｅｃｒａｆｔ，ｄｒａｗｉｎｇｍｏｒｅａｎｄｍｏｒｅａｔｔｅｎｔｉｏｎｏｎｉｔｓｓｔｕｄｙ．Ｄｅｐｌｏｙａｂｌｅｓｐａｃｅｂｏｒｎｅａｎｔｅｎｎａｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｐａｒｔｏｆｓａｔｅｌｌｉｔｅ′ｓｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ａｎｄｉｔｓｔｅｃ

4、ｈｎｏｌｏｇｉｃａｌｌｅｖｅｌｈａｓａｇｒｅａｔｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｎｔｈａｔｏｆｓａｔｅｌｌｉｔｅ．Ｉｔｃａｎｆｏｌｄｉｎｔｏａｓｙｓｔｅｍｏｆａｃｃｅｐｔｅｄｓｉｚｅ，ｃａｎｕｎｌｏｃｋ，ｄｅｐｌｏｙａｎｄｌｏｃｋｗｈｅｎｒｅａｃｈｉｎｇｏｒｂｉｔｗｉｔｈｔｈｅｈｅｌｐｏｆｄｅｓｉｇｎｅｄｄｅｐｌｏｙａｂｌｅｍｅｃｈａｎｉｓｍ，ａｎｄｃａｎｆｉ－ｎａｌｌｙｄｅｐｌｏｙｉｎｔｏａｎａｎｔｅｎｎａ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｄｅｓｉｇｎｓａｐｌａｎａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｄｅｐｌｏｙ

5、ａｂｌｅｓｐａ－ｃｅｂｏｒｎｅａｎｔｅｎｎａ，ａｎｄｃａｒｒｉｅｓｏｕｔｋｉｎｅｍａｔｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓｂａｓｅｄｏｎＡＤＡＭＳ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｓｔａｔｉｏｎａｒｉｔｙｉｎｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔｐｒｏｃｅｓｓ，ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｍｏｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｉｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔ，ｗｈｉｃｈｐｒｏｖｉｄｅｓｕｓｅｆｕｌｒｅｆ－ｅｒｅｎｃｅｓｔｏａｆｕｒｔｈｅｒｓｔｕｄｙｏｆｓｐａｃｅｄｅｐｌｏｙａｂｌｅｍｅｃｈａｎｉｓｍ．Keywords：ｄｅｐｌｏ

6、ｙａｂｌｅｓｐａｃｅｂｏｒｎｅａｎｔｅｎｎａ；ｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔｐｒｏｃｅｓｓ；ｋｉｎｅｍａｔｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓ；ｏｐｔｉｍｉ－ｚａｔｉｏｎ引言立其动力学模型，分析其展开过程的动力学特性，针对［７－９］运动过程进行优化，以增加展开过程的平稳性。空间展开结构（Ｄｅｐｌｏｙａｂｌｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ）作为一种新型空间结构从２０世纪７０年代开始在航天领域应用，由于它的可重复利用性、便于运输和储存等特点，在航１星载伞状可展开天线设计及建模空领域也得到了广泛应用。空间可展开结构的主要指１

7、．１天线设计［１］标是收纳率、质量和展开可靠度以及结构刚度等。伞状卫星天线简化示意图如图１所示。天线由一［２－３］星载可展开天线是卫星结构的重要组成部根主支撑杆、六根伞肋、六根副支撑杆、一个驱动滑块、分，是直接执行卫星功能的重要平台，其实现技术直接一个锁定装置组成。设计指标为：展开过程不超过影响到卫星的技术水平。其发射时折叠为一个可以接１ｓ，完全展开状态时口径为２．５ｍ。综合实际情况设受尺寸的系统（收拢状态），而在达到预定轨道后通过计参数如下：主支撑杆和伞肋长度为１．３ｍ，展开过程展开机构按设计的方式解锁、

8、展开、锁定，展开成为天驱动滑块行程为０．５ｍ，完全展开状态下伞肋与主支线（展开状态）。现有工作多为对星载可展开天线的撑杆角度为７５°，副支撑杆长度为０．５ｍ，在距主支撑设计及仿真，较少针对设计运动过程进行优化。杆上端０．４ｍ处，设置挡块，用来锁定天线的最终展开［４－６］本文设计出星载可展开天线，使用ＡＤＡＭＳ建状态。收稿日期：２０１５－０３－１２修订日期：２０１５－０７－０７作者简介：胡甜甜（１９９６－），女，安