靜電成形薄膜反射面天線形面綜合優(yōu)化設(shè)計及實驗研究.pdf

1、本文針對大口徑薄膜反射面天線的靜電成形機理,探討了不同因素對反射面成形的影響、建立了有限元模型并進行了初步分析、提出了薄膜反射面的形面優(yōu)化方法、進行了天線的電極布局優(yōu)化求解、設(shè)計并加工制作了靜電薄膜實驗裝置。具體內(nèi)容如下:
　　1.針對靜電成形薄膜反射面天線的成形機理,推導(dǎo)了天線的有限元分析模型,分析了電極電壓、電極擊穿、膜材制造以及環(huán)境等因素對薄膜反射面成形的影響,探討了天線的多種電極分布形式,建立了三種薄膜邊界固定形式的有限元

2、模型,并分析了不同面力及不同溫度載荷作用下薄膜反射面的變形規(guī)律,明確了天線成形過程中的力學(xué)特性及影響機理,為后面章節(jié)的優(yōu)化設(shè)計奠定了理論基礎(chǔ)。
　　2.提出了以各電極的電壓為設(shè)計變量,以薄膜反射面有效口徑內(nèi)的精度為優(yōu)化目標(biāo)的天線形面優(yōu)化數(shù)學(xué)模型。給出了此模型的最小二乘求解策略,并結(jié)合算例分析了多種工況作用下天線的成形特點,結(jié)果表明,此優(yōu)化方法及求解策略可以得到較好的反射面面形。
　　3.針對靜電成形薄膜反射面天線的邊界拉索形

3、式,提出了同時適用于天線最初設(shè)計階段和實際調(diào)整階段的邊界拉索調(diào)整方法。該方法是以邊界拉索的調(diào)整量為設(shè)計變量、以薄膜反射面有效口徑內(nèi)的精度為優(yōu)化目標(biāo)、以薄膜反射面的應(yīng)力狀態(tài)為約束函數(shù)的一種優(yōu)化調(diào)整方法,利用序列二次規(guī)劃法對其進行求解。數(shù)值結(jié)果表明,經(jīng)過數(shù)次調(diào)整后的薄膜反射面形面精度有了明顯的提高。
　　4.針對靜電成形薄膜反射面的多電極控制機理,提出了一種電極布局優(yōu)化設(shè)計模型,即將電極布局和電壓同時作為設(shè)計變量,薄膜反射面有效口徑內(nèi)

4、的精度作為優(yōu)化目標(biāo),薄膜反射面的面內(nèi)應(yīng)力大于零且分布均勻(即薄膜不褶皺)作為約束函數(shù),進而提出了這種同時包含連續(xù)變量和離散變量的問題的數(shù)學(xué)處理方法,給出了最小二乘法與遺傳算法相結(jié)合的求解策略。算例表明,天線在經(jīng)過電極布局優(yōu)化后,能夠在滿足反射面面形精度的前提下,大幅度減小電壓通道數(shù)目。
　　5.設(shè)計并加工了0.55m口徑的靜電薄膜成形實驗裝置以及薄膜反射面的裁剪模板與拼接模板,給出了薄膜反射面制作流程及薄膜粘貼工藝流程,為靜電成形