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柔性铰链及其在自展开径向肋天线中应用研究

范叶森  
【摘要】:随着空间技术的发展,研究大口径、质量轻、可靠性高的空间大型可展开天线已成为航天科技的重要研究领域,而大型可展开天线的结构创新设计与天线动力学等基础问题的研究是其重要的内容。本文针对目前电机驱动可展开天线存在可靠性低的缺点,提出了一种柔性铰链式自展开径向肋天线,并解决了天线结构设计中的几个关键问题,对天线的结构进行了模态分析,对天线支撑臂的展开过程进行了多柔体动力学仿真,得到了一些很有参考价值的结论。 本文的主要工作及创新点如下: 1.详细研究了集中式柔性铰链,根据伪刚体模型的基本原理,建立了集中式柔性机构的等效动力学分析方法;在集中式柔性铰链的基础上,创造性地提出了恒刚度柔性铰链和恒扭矩柔性铰链,并给出了恒刚度柔铰链的转动刚度和恒扭矩柔性铰链扭矩的解析表达式;为了能较好地应用在天线结构设计中,分别针对恒刚度柔性铰链和恒扭矩柔性铰链设计了可行的锁止机构。 2.创新性地提出了一种柔性铰链式自展开径向肋天线结构;为了减小天线在展开过程和锁止后对星体的冲击,在天线结构中设计了粘滞流体阻尼器,并在经典流体力学理论的基础上研究了间隙式阻尼器和阻尼孔阻尼器的阻尼特性;最后在一定假设的基础上,推导了天线在柔性铰链和阻尼器的共同作用下的展开时间解析表达式。 3.利用有限元仿真技术建立了天线模态分析的有限元模型,详细分析了影响天线固有特性的多种因素,为进一步分析天线结构动力学问题和天线结构的尺寸定型,提供了有力地参考依据。 4.利用多柔体动力学仿真技术,研究了在恒扭矩柔性铰链驱动下,影响天线支撑臂展开时间和展开过程中及锁止瞬间对星体冲击力的多种因素,为进一步研究支撑臂在展开与锁止过程中的减振技术提供了有力地参考依据。 本文所研究的内容属于对大型卫星可展开天线结构的创新设计,不仅具有较强的理论意义,更具有较高的实用价值。


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