索網(wǎng)式可展開天線的形態(tài)分析與優(yōu)化設(shè)計(jì).pdf

1、索網(wǎng)式可展開天線由于包含柔性索網(wǎng)結(jié)構(gòu)而具有重量輕、空間收納率高等優(yōu)點(diǎn)，該類天線目前已被廣泛應(yīng)用于雷達(dá)、偵查、對地觀測、深空探測等領(lǐng)域。本文在西安電子科技大學(xué)展開天線課題組已有研究工作的基礎(chǔ)上，對索梁組合結(jié)構(gòu)的形態(tài)計(jì)算方法、索網(wǎng)式可展開天線的形態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)以及索網(wǎng)式可展開天線的整體結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行了深入的研究。
　　為提高索梁組合結(jié)構(gòu)形態(tài)計(jì)算的效率，提出了索梁組合結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)劃分方法。該方法將索梁組合結(jié)構(gòu)劃分為兩大部分，一、是內(nèi)部

2、索網(wǎng)結(jié)構(gòu)，二、是由邊界索網(wǎng)和與其相連的框架梁單元組成的結(jié)構(gòu)?；诜蔷€性有限元法，本文對兩部分結(jié)構(gòu)間的預(yù)張力平衡關(guān)系進(jìn)行了理論推導(dǎo)，提出了劃分準(zhǔn)則和劃分條件。
　　對自身為純索網(wǎng)結(jié)構(gòu)且具有指定形狀和拓?fù)湫问降膬?nèi)部索網(wǎng)結(jié)構(gòu)，以索單元預(yù)張力分布均勻?yàn)槟繕?biāo)，結(jié)合平衡矩陣分析法對其進(jìn)行形態(tài)優(yōu)化計(jì)算，可得到索網(wǎng)體系的最優(yōu)預(yù)張力分布。
　　對邊界索網(wǎng)—梁結(jié)構(gòu)，將平衡矩陣分析法與非線性有限元法結(jié)合使用，對梁單元變形影響下的邊界索網(wǎng)進(jìn)行預(yù)張力

3、補(bǔ)償，得到能夠與內(nèi)部索網(wǎng)預(yù)張力形成平衡力系的邊界索網(wǎng)預(yù)張力。由于邊界索網(wǎng)—梁結(jié)構(gòu)比原整體結(jié)構(gòu)形式簡單，故對其進(jìn)行的非線性有限元迭代計(jì)算的計(jì)算規(guī)模比較小、求解復(fù)雜程度也比較低。
　　結(jié)合上面的索網(wǎng)形態(tài)計(jì)算方法，提出了一種可使索網(wǎng)式可展開天線索網(wǎng)體系具有理想形態(tài)的天線整體優(yōu)化方法。該方法以結(jié)構(gòu)重量最輕為優(yōu)化目標(biāo)，以天線節(jié)點(diǎn)位移精度為約束條件，并結(jié)合前面提出的索梁組合結(jié)構(gòu)形態(tài)迭代計(jì)算方法來對索網(wǎng)式可展開天線進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化計(jì)算。由于優(yōu)化中加

4、入了可以使天線索網(wǎng)體系滿足預(yù)設(shè)形態(tài)要求的預(yù)張力迭代計(jì)算，故由優(yōu)化得到的天線結(jié)構(gòu)可以在具有最優(yōu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)的同時(shí)，還能夠保有預(yù)設(shè)的理想索網(wǎng)形態(tài)。
　　為驗(yàn)證上述理論方法及所編制設(shè)計(jì)軟件的正確性，實(shí)際研制了2m口徑索網(wǎng)式可展開天線模型，并進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究，取得了滿意的結(jié)果。此外，將理論方法與軟件分別應(yīng)用于某17米口徑正饋可展開天線與某10m口徑偏饋可展開天線原理樣機(jī)的工程實(shí)踐中，不僅驗(yàn)證了方法的正確性和有效性，且指導(dǎo)了樣機(jī)的研制工作