径向加强肋薄膜伞状天线结构动力学建模与数值-动力学与控制学报.pdfVIP

第１５卷第２期２０１７年４月 动力 学 与控 制 学报 Ｖｏｌ．１５Ｎｏ．２ １６７２６５５３／２０１７／１５ ／１３１５ Ａｐｒ．２０１７ ⑵ ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＤＹＮＡＭＩＣＳＡＮＤＣＯＮＴＲＯＬ 径向加强肋薄膜伞状天线结构动力学建模 与数值仿真 １，２ １，２ １，２ 李东颖 　张华 　刘汉武 （１．上海市空间飞行器机构重点实验室，上海　２０１１０８）（２．上海宇航系统工程研究所，上海　２０１１０９） 摘要　大型空间可展开抛物面天线由于其特殊的应用价值，近年来广受人们关注．本文研究的径向加强肋 薄膜伞状天线是其中一种典型的非线性结构系统，为了掌握其在轨动力学特性，合理精确地建立径向加强 肋薄膜伞状天线的结构动力学模型至关重要．为描述径向加强肋薄膜伞状天线物理模型中的预紧力问题， 引入温度预应力等效方法解决天线结构模态的初始条件施加问题，通过有限元求解获得了其动力学特性， 为径向加强肋薄膜伞状天线的结构设计与力学研究提供了依据，并为其工程化实施奠定了理论研究基础． 关键词　径向加强肋，　预紧力，　天线结构，　有限元 ＤＯＩ：　１０．６０５２／１６７２６５５３２０１６０４５ 薄膜伞状天线展开 引言 强肋结构，建立了径向加强肋 状态有限元模型，并对径向加强肋薄膜伞状天线 随着深空探测、资源勘探、天文观测、军事侦 展开状态进行了动力学分析，计算得到了展开状态 察、能量传输等应用领域的不断发展，对大型空间 的模态特性，为径向加强肋薄膜伞状天线的结构 天线的需求与日俱增，对其各项技术指标的要求也 设计跟力学研究提供了依据． 越来越高，大口径、轻质量、高精度的天线成为了研 ［１］ 究的热点 ．但受航天运载工具空间的限制，天线 在发射阶段须折叠收起，并藏于整流罩内，这种形 ［２］ 式已经成为现代星载天线的一个显著特征 ． 径向加强肋天线（ＲａｄｉａｌＳｔｉｆｆｅｎｉｎｇＲｉｂＡｎｔｅｎ ｎａ）是一种空间可展开薄膜天线，如下图１所示．具 有结构简单、展开可靠性高、大收缩比、单位面积质 ［３－４］ 量小的特点 ．由金属薄膜构成的反射面是一 种由特殊材料张紧的结构形式，具有明显的非线性 ［５］ 图１　径向加强肋薄膜伞状天线 特征 ．由于地面重力、空气阻力的影响，该类大型 Ｆｉｇ．１　Ｒａｄｉａｌｓｔｉｆｆｅｎｉｎｇｒｉｂｍｅｍｂｒａｎｅｕｍｂｒｅｌｌａａｎｔｅｎｎａ 可展结构很难开展地面动力学测试试验，动力学仿 真分析成为获得其动力学性能的必要手段．如何模 １　动力学方程 拟该薄膜结构的力学特性，建立精确的有限元模 型，是开展径向加强肋薄膜伞状天线结构振动特 １．１　初始状态预应力平衡方程 合理确定初始形状和相应的自平衡预应力系 性仿真分析和准确获取航天器整器振动模态的前 ［６］ 统，建立薄膜结构的初始状态预应力平衡方程，是建 提 ．采用板壳单元模拟了金属薄膜，考虑了张力