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雷达卫星重载高精天线机械系统设计技术研究
作 者: 陈晓峰
导 师: 顾力强;苗军
学 校: 上海交通大学
专 业: 机械工程
关键词: 天线 展开机构 结构动力学分析 热变形分析
分类号: V443.4
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
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内容摘要
合成孔径雷达卫星因具有不受日照和天气条件的限制,能全天候、全天时地对地观测,并对某些地物具有一定的穿透能力等优势,其应用需求日益广泛。天线机械系统是连接卫星星体与有效载荷的重要载体,主要功能是为天线集成提供安装平台,承受运输、试验、发射等各阶段的载荷,实现天线板的在轨展开,并保证天线阵面的在轨精度要求,因此,天线机械系统对有效载荷性能的实现具有举足轻重的作用。随着用户需求的不断提高,天线载荷具有质量重、天线口径大、构型复杂、精度要求高等特点,因此,要保证性能,需要对这类天线的高刚度低响应和在轨低变形技术进行研究,这是空间结构机构中的一个迫切需要解决的重要课题。本文根据某卫星雷达天线载荷重、精度要求高的需求,介绍了天线机械系统关键部件的设计,进行了机构和结构动力学仿真分析以及天线阵面在轨热变形分析,并根据分析结果进行了优化设计,开展了模态测试工作,验证了动力学仿真分析结果。同时进行了振动试验、展开试验,对产品的性能和优化结果进行了验证。通过结构动力学计算,找出了影响天线刚度及响应的因素,对天线主承力结构的构型、连接天线与星体的压紧点的数量和布置、天线与星体间的距离大小等方面的设计参数进行了优化,解决了重载天线高刚度低响应的技术难点,达到提高刚度、减低响应的目的。同时,根据天线在轨环境条件,建立了天线阵面热变形计算模型,通过从材料、尺寸、构型、温度工况、连接方式等方面的对比分析,找出影响天线热变形的敏感源,并根据分析结果,提出相应措施,调整产品的设计参数,从而达到降低热变形提高天线阵面在轨精度的目的。通过计算分析和试验测试,给出了工程上较为合理可行的设计方案,此设计能使收拢构型满足频率要求,展开构型可满足频率和在轨低变形的要求,突破了重载荷高精天线机械系统的关键技术,为相关产品的工程化应用奠定了基础。
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全文目录
摘要 3-5 ABSTRACT 5-10 第一章 绪论 10-23 1.1 课题背景 10 1.2 课题研究的目的和意义 10-12 1.3 课题研究内容及关键问题 12-13 1.4 国内外研究现状 13-23 1.4.1 国外研究现状 13-22 1.4.2 国内研究现状 22-23 第二章 重载高精天线机械系统设计 23-28 2.1 机械系统的任务和功能 23 2.2 机械系统的设计指标 23-24 2.3 机械系统设计方案 24-27 2.3.1 工作原理 24 2.3.2 系统组成 24-25 2.3.3 实现方案 25-27 2.4 本章小结 27-28 第三章 展开机构动力学分析 28-37 3.1 动力学仿真分析的必要性及意义 28-29 3.2 机构工作原理 29-30 3.3 仿真流程 30-31 3.4 仿真模型的建立 31-33 3.4.1 模型假设 31-32 3.4.2 坐标系的建立 32 3.4.3 模型的主要构成及说明 32-33 3.5 参数的确定 33 3.6 仿真结果 33-36 3.7 本章小结 36-37 第四章 结构动力学分析及优化设计 37-47 4.1 结构动力学分析 37-38 4.2 优化设计方法 38-39 4.3 优化前的动力学分析 39-41 4.3.1 优化前的产品状态 39 4.3.2 有限元模型 39-40 4.3.3 参数输入 40 4.3.4 计算结果 40-41 4.4 收拢刚度影响因素分析及设计优化 41-43 4.4.1 压紧点数量及框架构型对收拢基频影响 41 4.4.2 星体与侧板间的距离及模态阻尼比对侧板响应的影响 41-42 4.4.3 不同加筋方案对侧板响应的影响 42-43 4.5 设计优化后的方案及动力学计算结果 43-46 4.5.1 优化后的方案 43 4.5.2 方案优化后收拢状态计算结果 43-45 4.5.3 展开方案优化及模态计算结果 45 4.5.4 中板模态 45-46 4.5.5 动力学分析结论 46 4.6 本章小结 46-47 第五章 天线阵面热变形分析及优化设计 47-62 5.1 有限元建模 47-48 5.2 计算输入条件 48-49 5.2.1 假定条件 48 5.2.2 计算参数 48 5.2.3 温度条件 48-49 5.2.4 计算工况 49 5.3 计算结果 49-53 5.3.1 中板计算结果 50-51 5.3.2 侧板计算结果 51-53 5.3.3 计算结果分析 53 5.4 降低阵面热变形方法分析 53-58 5.4.1 改变温度状况 53-54 5.4.2 改变产品设计参数 54-55 5.4.3 其它影响因素及降低阵面热变形的方法 55-58 5.5 热变形计算结论 58 5.6 参数优化后的阵面热变形计算 58-61 5.7 本章小结 61-62 第六章 试验及测试 62-71 6.1 天线板模态测试 62-66 6.1.1 试验目的 62 6.1.2 试验产品的技术状态 62-63 6.1.3 测试方法 63-64 6.1.4 模态测试结果 64-66 6.1.5 模态测试结果分析 66 6.2 振动试验测试 66-69 6.2.1 试验目的 66-67 6.2.2 试验产品的技术状态 67 6.2.3 试验输入条件 67 6.2.4 振动试验结果 67-69 6.2.5 振动试验结果分析 69 6.3 常温展开试验 69-70 6.3.1 试验目的 69 6.3.2 产品状态 69-70 6.3.3 试验结果 70 6.4 本章小结 70-71 第七章 总结与展望 71-73 7.1 全文总结 71 7.2 不足及展望 71-73 参考文献 73-76 致谢 76-77 攻读硕士期间发表的学术论文 77-79
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中图分类: > 航空、航天 > 航天(宇宙航行) > 航天仪表、航天器设备、航天器制导与控制 > 电子设备 > 航天器天线
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