空间大型展开机构的只能驱动.docVIP

2012年6月 空间大型反射天线的智能驱动展开设计 哈尔滨工业大学 Team 1 Report 1 Team 1 哈尔滨工业大学机电工程学院 1 空间可展开结构的概述 可展靠结构是机构和结构的综合体，是宇航工程研究十分活跃的领域。可展开结构是一种可以自动展开，以获得外形尺寸增大的结构。通常，这种结构容易存贮和运输，当需要的时候，它们可以展开成工作状态。最常见的例子就是“伞结构。近些年来在宇航和军事工程等领域的应用越来越广泛，根据其用途不同可分为空间可展开结构和地面可展结构。同时可展开结构在地球和太空中都有许多潜在的应用。 空间可展开结构是近三十至四十年内随着航天科技的发展而诞生的一种新型结构物，以高强度、高几何稳定性、超低热膨胀系数的材料作为构件的主要材料，在地面上处于收拢状态，固定于运载工具的有效荷载仓内，当它发射入轨后，根据地面的控制指令逐步完成展开动作。然后锁定并保持为运营工作状态。这种结构形式的出现极大的提高了航天器的运载能力，同时也使得人类对太空的探索有了进一步的发展。可展结构的出现同时也推动了地面可展结构的发展，对于许多大型体育场馆，采用开启式结构形式可以满足许多特殊的需要，另外地面上的充气膜结构也属于可展开结构的一种，随着材料科学的发展，充气结构也会得到更广泛的应用。对于许多临时和半永久性的建筑，可展开结构由于具有可重复利用的显著优点，具有良好的经济指标，并且可展开结构可以随着任务的变化而方便地转移，还可以设计成各种美观的造型。由于航天飞行器具有广阔的应用领域，包括通讯、观测服务、空间材料处理、能量利用、空间探索和国防等，所以备受各国重视，使最初简单的试验性卫星得以迅速发展成现代多功能复杂航天器。大型展开天线和太阳帆是大型空间可展开结构研究最活跃、深入的领域。美国航天局NASA于七十年代后期在其近期、远期发展规划中提出了各种形式的展开天线，并对概念设计、分析理论方法、具体应用设计技术开发进行了系统深入的研究。俄罗斯航天局RSSI也在可展结构设计发展应用上做出了卓越贡献，尤其在“和???号空间站上。欧空局ESA在其卫星发展计划中也对可展开结构技术进行了深入的研究。日本宇宙科学研究所ISAS和日本宇宙事业开发团NASDA是世界宇航界的后起之秀，也是当今最好的空间结构研究机构之一，在展开折叠技术研究应用上取得了巨大进步。加拿大和印度等国家也在空间可展开结构技术方面发展了自己的技术。 随着空间技术的发展，研究大口径、轻质量、高收纳率、高可靠性的空间大型可展开天线己成为航天科技的重要领域。 从1957年前苏联发射第一颗卫星起，卫星技术在航天技术领域占据了核心地位。据统计，各国至今共发射了近5000个航天器，其中绝大多数是应用卫星。这些形形色色、用途各异的卫星发挥着巨大的经济、军事和社会效益。而随着通信、空间科学的迅猛发展，卫星成为信息传播中继站的首选。随着信息量的不断增大，对卫星天线的大容量、多谱段、大功率、长寿命等功能的需求变得愈加迫切，必然要求增大天线的口径来提高其传输带宽、信号增益和简化地面接收装置。据国外文献报道，地球静止轨道电子侦察卫星的接收天线口径通常在30m。以上，甚至达到150 m，大型天线技术成为研制多种类型卫星所必须解决的关键技术之一。 由于火箭有效运载重量及运载空间的限制，无法直接将成型大口径天线随卫星送入轨道，利用可展开结构是解决问题的有效途径。在卫星发射阶段，可展开结构以折叠状态固定在火箭发射舱中，待卫星进入预定轨道，在地面监测、控制中心发送相应的指令后，星载天线根据设计要求逐步展开、调整、锁定后进入工作状态。因此，可展开性是星载大口径天线的一个主要特征。 大型可展开卫星天线结构研究越来越受到人们的重视，许多国家和航天科研单位都在可展开卫星天线结构技术领域进行着激烈地竞争。优良的天线结构设计直接关系到卫星的技术水平，己经成为卫星天线设计的关键内容。 2可展开天线的结构类型 目前的卫星天线的分类有多种分类方法，在此就不按照某一类具体的分类方法进行划分，本文是将所有目前国内外研究的所有卫星天线形式一一罗列出来，然后在某些具体研究和探讨时在进行小分类。 2.1固面展开天线 固面可展开天线的典型特点是天线的反射面由几块刚性曲板组成，在收纳状态下，刚性曲板折叠包围在一个中央圆筒周围，根据折叠方式的不同，衍生出不同的具体形式。固面展开天线的优点是可以达到很高的型面精度，缺点是收纳率不高，重量大，因而使其口径的进一步增大受到限制。目前己经实际应用在卫星上的实体反射面天线的最大口径只有3.5m。折叠和展开的形状示如图2.1所示。  图2.1 折叠和展开的形状示意图 2.2充气硬化展开天线 充气硬化展开天线是由美国航空