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索网式可展开天线结构的反射面精度优化调整技术研究

狄杰建  
【摘要】:本文针对星载天线高精度、轻质量的要求,以索网式天线为研究对象,较系统而深入地研究了初始平衡模型、静、动力学分析、以及网面精度调整等问题,结果表明基于优化技术的网面精度调整方法是可行的。具体如下: 1.建立了索网结构非线性有限元模型,提出了基于优化的综合找形法,确定了索网式天线结构的初始平衡模型。提出了两种施加索网预张力的实现途径:一是通过改变纵向调整索的张力来改变调整索对索网网面的作用力;另一种是通过改变网面上、下弦索的水平张力来改变网面的受力状况。数值结果表明,两种方法都能获得表面精度较高的初始模型,为索网式天线结构预张力的施加奠定了基础。 2.提出了基于优化技术的网面精度调整法,以单片辐射网为例研究了网面精度调整的策略与方法。建立了以反射面表面精度为目标,强度和频率为约束的优化数学模型。通过大量的数值计算,得出了基于索长改变量为设计变量的优化调整方法效率高的结论,为天线整体结构的网面调整奠定了基础。 3.针对索网式大型星载天线整体结构尺寸大、刚性差、单元数量多、约束条件多的特点,分别采用变量归并和累计函数技术,减少了设计变量与约束函数的个数。通过两种途径数值模拟了网面调整过程:一是对每片的16个纵向调整索都进行相应调整;另一种是对调整量和调整数目同时进行优化。数值结果表明,两种途径都能实现所要求的表面精度,对天线的网面调整工作具有一定的指导意义。 4.建立了以片数、纵向索数和预张力为设计变量,表面精度和结构重量为目标,应力和频率为约束的混合变量双目标优化模型,采用权重系数法将双目标化为单目标。数值结果表明,周边支撑对天线结构重量的影响较大,为提高天线的表面精度,可在设计阶段适当增多辐射单元的片数。这对天线的实际工程设计具有一定的参考价值。 5.简要介绍了国内外天线反射面表面精度的测量方法,提出了基于空间坐标测量的索力测定方法,减少了工程中借助索力测定工具进行测量的繁杂劳动。


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