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空间伸展臂的结构设计与分析

林上民  
【摘要】:空间伸展臂是卫星天线系统的重要组成部分,它是一种基本的一维展开结构。作为一种有效的支撑结构,空间伸展臂可以用于大型展开天线、太阳帆和望远镜的支撑骨架、太空机械手以及空间平台等。天线伸展臂能否及时、准确地展开到位直接影响到整个卫星发射任务的成功与否。此外,相对于卫星平台而言,天线伸展臂作为一个柔性部件,其结构参数对整个天线系统的动力学特性影响较大,进而影响到天线的其它动力学设计指标和卫星的姿态调整。 本文结合国内外空间伸展臂发展和研究现状,以及本课题组大型可展开卫星天线支撑和固定的要求,综合分析各种类型伸展臂性能,选择了承载能力较大、成本较低、结构稳定性和可靠性较好的套筒式伸展臂方案。按照确定的套筒截面形式、展开方式、驱动方式、锁定方式等设计方案运用UG软件对伸展臂进行了具体的结构设计,同时针对地面试验要求设计出两种解锁方案。 本文运用UG和ADAMS对设计的伸展臂模型进行了运动仿真,通过计算分析表明,结构设计是合理的,满足设计功能要求,验证了所设计结构的可行性;将伸展臂模型导入ANSYS Workbench分析软件对其进行了有限元静力学和动力学分析,并对锁定机构进行强度校核,分析的结果验证了结构设计的可靠性。为满足结构的轻质要求,对伸展臂套筒截面尺寸和套筒壁进行了质量优化,减轻了伸展臂重量,降低了生产和发射成本。本文的研究工作为后续的空间伸展臂的设计研究工作提供了参考依据。


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