一種含V型桿的剪式可展開天線的動力學(xué)建模與優(yōu)化.pdf

1、由于現(xiàn)代社會對信息傳遞的需求迅猛增加，而衛(wèi)星是信息傳遞的重要中繼站，因而迫切需要增大星載天線的口徑。然而受制于運(yùn)載火箭的有限空間與載重量，大型天線只能以折疊態(tài)裝入火箭中發(fā)射，到達(dá)軌道之后再展開，即所謂空間大型可展開天線。各國因空間大型可展開天線廣闊的應(yīng)用前景而大力發(fā)展相關(guān)技術(shù)。由于較高的設(shè)計要求和加工制造要求，我國空間大型可展開天線暫時停留在預(yù)設(shè)計階段，同時，研究重點(diǎn)在于機(jī)構(gòu)的可展開性和展開動力學(xué)分析。因此，本文提出一種新型的天線展開機(jī)

2、構(gòu)的概念設(shè)計，對其建立動力學(xué)模型并優(yōu)化。
　　本文提出一種閉環(huán)單自由度、包含一組V型桿和剪叉機(jī)構(gòu)的基本展開單元機(jī)構(gòu)。由于在閉環(huán)中設(shè)計了V型桿，該機(jī)構(gòu)可應(yīng)對空間極端熱效應(yīng)。剪叉機(jī)構(gòu)在增大剛度的同時，用轉(zhuǎn)動副替代了滑動副，大大降低了加工制造和養(yǎng)護(hù)難度。針對提出的基本可展開單元機(jī)構(gòu)進(jìn)行方案分析，建立運(yùn)動學(xué)模型，分析其自由度、奇異性，探討其多種組合方式。
　　在此基礎(chǔ)上，本文針對所提出的機(jī)構(gòu)方案進(jìn)行了展開動力學(xué)研究，分別建立了展開過

3、程中的剛性和柔性的多體動力學(xué)模型。由于該機(jī)構(gòu)單元為多閉環(huán)單元，動力學(xué)建模非常困難。在剛體動力學(xué)建模時，為回避復(fù)雜的單元內(nèi)力計算，本文采用凱恩方法建模。通過該模型，在給定輸出桿（可任?。┻\(yùn)動規(guī)律情況下（因?yàn)闄C(jī)構(gòu)是單自由度，已知任一桿的運(yùn)動規(guī)律則其余桿的運(yùn)動規(guī)律都可求得），可求出每一時刻的對應(yīng)驅(qū)動力，可用于控制展開過程。在柔體動力學(xué)建模時，采用了剛?cè)狁詈戏ń＃诮o定驅(qū)動力規(guī)律時，可以求出末端的位移、速度和加速度。該模型清晰地了解到機(jī)構(gòu)在力

4、的作用下的顫抖，對于機(jī)構(gòu)的設(shè)計有很大的指導(dǎo)意義。同時，可作為進(jìn)一步分析如空間熱效應(yīng)、鉸鏈間隙等非線性因素的基礎(chǔ)。
　　分析完展開過程，本文通過有限元方法對機(jī)構(gòu)完全展開之后的靜剛度與動剛度進(jìn)行了研究,因?yàn)橥耆归_之后環(huán)形桁架的性能決定了天線工作的精度、穩(wěn)定性與可靠性。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合前述研究，綜合了各方面性能、造價等多種因素，對整個機(jī)構(gòu)進(jìn)行了參數(shù)化結(jié)構(gòu)動力學(xué)優(yōu)化設(shè)計，得到一組最佳設(shè)計參數(shù)。此外，基于以上研究內(nèi)容，總結(jié)出了一些關(guān)于空間