环形网状天线保形控性设计方法研究
批准号:
51775369
项目类别:
面上项目
资助金额:
70.0 万元
负责人:
何柏岩
依托单位:
学科分类:
机械动力学
结题年份:
2021
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
张连洪、喻宏波、聂锐、袁鹏飞、白晓宇、彭浩、任伟峰、贠海亮
中文摘要
环形网状天线的发展趋势是结构尺寸大、形面精度高,良好的精度保持性与结构稳定性,针对这类服务于特定空间环境且不具主动在轨调整功能的大型结构,在设计与制造阶段就应充分考虑其长期服役期间的形面精度和结构性能。空间服役环境的各类扰动和参数变异情况下的长期服役形面精度保持性和刚度/模态/强度等稳定性研究(保形与控性)是本项目旨在解决的关键问题。拟开展主要研究内容为:环形桁架-柔性索网的综合找形方法研究;周期性温度变化导致的“形-性”波动研究;材料属性的变异及其对结构的“形-性”影响研究;局部构件失效后“非完整”结构的“形-性”保持性研究;扰动作用下的“形-性”自补偿与结构稳健设计研究。以期在理论研究方面丰富和发展索-梁组合结构分析与建模方法,形成面向航天结构保形控性的稳健设计方法;在应用方面为全生命周期内环形网状天线反射面精度保持性与结构稳定性提供研究手段与技术保障。
英文摘要
Large aperture size, high surface accuracy , good accuracy & structural stability are the future trends of the ring truss mesh antennas. These large structures work in complex space environments and do not have the ability of automatic adjustment. Therefore, their surface accuracy and structural stability on orbit should be fully considered in the design and manufacturing stages. Counting the various disturbances and parameter variations in space service environments, the key tasks of this proposal are to investigate the long term surface accuracy and the structural stability including the stiffness, frequency, strength, etc. The main research contents are listed as follows: comprehensive form finding methodology of ring truss and flexible cable nets; fluctuation of surface accuracy & structural performance caused by periodical temperature changes; fluctuation of surface accuracy & structural performance caused by variations of material properties and individual component failures; self-compensation and structural robust design. The above researches aim at the development of analytical and modeling methodology for cable-beam coupling structures, as well as the surface & structure robust design theory for space antennas. In terms of application, the outcomes of this research proposal can provide guideline and technical support for the guarantee of full life cycle surface accuracy & structural performance stability.
在空间服役环境中的各类扰动和参数变异情况下,环形网状天线的形面精度和结构性能会受到严重影响,且目前无法进行有效在轨调整。因此,在设计阶段就应充分考虑环形网状天线服役期间形面精度的保持性和结构性能的稳定性。本项目围绕环形网状天线的保形控性问题开展了以下主要研究:(1)环形桁架-柔性索网的综合找形方法研究;(2)温度变化导致的“形-性”波动研究;(3)长期服役过程中材料属性的变异及其对结构的“形-性”影响研究;(4)局部构件失效后“非完整”结构的“形-性”保持性研究;(5)“形-性”自补偿与结构稳健设计理论和方法研究。.提出一种环形网状天线高精度找形方法,该方法计及了环形桁架与柔性索网之间耦合变形的影响,可在保证节点误差为零的情况下,获得均匀分布的张力;建立了天线的热-结构耦合分析模型,对天线的在轨温度场以及由温度变化引起的“形-性”波动情况进行了分析,基于此对环形网状天线进行优化设计,从而使最差工况下的节点误差降低约40%,张力均匀性提高约34%;提出一种可考虑环形桁架-柔性索网耦合变形的环形网状天线蠕变特性分析方法,分析了索段长期蠕变行为对天线“形-性”的影响,结果表明,在服役初期,节点误差显著增大,张力明显下降,随后两者变化放缓,最终趋于稳定;基于灵敏度分析,提出一种构件重要性预判方法,基于向量式有限元法对构件失效后“非完整”结构的响应进行分析,结果表明,横杆失效对“形-性”影响最大,其次是纵向张力索阵和前后索网面索段;提出一种考虑环形网状天线长期蠕变行为的全生命周期保形方法,该方法不仅可降低全生命周期内的节点误差,还可减小其波动,提高天线形面精度的保持性。.以上研究在理论方面丰富和发展了索-梁耦合结构分析与建模方法,形成面向航天结构的保形控性设计方法;在应用方面为全生命周期内环形网状天线反射面精度保持性与结构稳定性提供了研究手段与技术保障。
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DOI:
--
发表时间:
2019
期刊:
机械科学与技术
影响因子:
--
作者:
[贠海亮, 袁鹏飞]
通讯作者:
袁鹏飞
Topology generation and optimization of boundary cable nets for the mesh reflector antenna
网状反射面天线边界电缆网的拓扑生成和优化
DOI:
10.1016/j.engstruct.2020.111630
发表时间:
2021-02
期刊:
Engineering Structures
影响因子:
5.5
作者:
[Pengfei Yuan, Baiyan He, Lianhong Zhang, Hang Jiang, Rui Nie, Xiaofei Ma]
通讯作者:
Xiaofei Ma
Optimization design method for mesh reflector antennas considering the truss deformation and thermal effects
考虑桁架变形和热效应的网状反射面天线优化设计方法
DOI:
10.1016/j.engstruct.2020.110253
发表时间:
2020-04-01
期刊:
ENGINEERING STRUCTURES
影响因子:
5.5
作者:
[Nie, Rui, He, Baiyan, Ma, Xiaofei]
通讯作者:
Ma, Xiaofei
DOI:
--
发表时间:
--
期刊:
中国空间科学技术
影响因子:
--
作者:
[余力威, 何柏岩, 聂锐, 范叶森, 马小飞]
通讯作者:
马小飞
DOI:
--
发表时间:
2020
期刊:
工程设计学报
影响因子:
--
作者:
[武聪魁, 何柏岩, 袁鹏飞]
通讯作者:
袁鹏飞
共 17 条
面向宇航员微低重力训练的分布式多位姿运动重力卸载机理与方法研究
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批准号:--
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项目类别:面上项目
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资助金额:58万元
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批准年份:2021
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负责人:何柏岩
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依托单位:
星载环形天线可展运动与网状反射面成形精度研究
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批准号:51375330
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项目类别:面上项目
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资助金额:80.0万元
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批准年份:2013
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负责人:何柏岩
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依托单位:
计及操作者与工作环境影响的复杂机械系统耐久性研究
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批准号:50605046
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:26.0万元
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批准年份:2006
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负责人:何柏岩
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依托单位:
国内基金
海外基金