大型环形桁架天线间隙铰径向动刚度的理论与实验研究

大型环形桁架天线结构由大量的杆件及铰链构成,环形桁架为天线结构的骨架,为天线反射型面的形成提供可靠的支撑.由于结构中存在大量的铰链,在制造及装配等过程中铰链的间隙不可避免,而铰链的动刚度系数对铰链的动力学特性有着重要影响,因此有必要对铰链的动刚度进行研究.本文对大型可展空间环形桁架天线结构间隙铰链的动刚度问题进行了理论与实验分析.建立了铰链动刚度的模型,分析了外激励、铰链间隙及铰链振动幅值对动刚度系数的影响.结果表明,间隙对动刚度系数的影响较为显著,随着间隙的增大,铰链的动刚度系数将会降低.同时,通过实验分析,验证了理论模型的正确性.     

大型空间环形桁架天线反射器展开动力学模拟与实验研究

近年来,可展开环形桁架天线被广泛应用于航天领域,将其作为提升通信卫星水平的关键技术.环形桁架式天线反射器可以看作是由可展开环形桁架和柔性索网反射器组成的复杂刚-柔耦合多体系统.为了精确表征柔性构件发生的大转动、大变形运动特性,本文采用结合绝对节点坐标方法(ANCF)与自然坐标方法(NCF)的绝对坐标(ACB)方法对该系统进行建模.为了提高天线展开动力学模拟的计算效率,文中提出基于静力缩聚法和多层区域分解方法的并行求解算法实现大规模刚-柔多体系统动力学方程的高效求解.此外,为了精确反映反射器不同步展开现象,在展开动力学模型中考虑驱动力衰减的影响.最后,基于上述方法对环形桁架天线反射器展开的第二阶段进行动力学分析,并通过4 m缩比环形桁架天线地面实验验证数值模拟的结果.     

大型周边桁架式天线展开过程动力学建模仿真

为了更精确描述大型周边桁架式天线展开过程中的动力学行为,采用几何精确梁单元法对周边桁架的横杆和纵杆以及锁网进行柔性建模,一维移动介质单元对驱动绳建模,结合对T型铰、同步铰以及斜杆刚性假设,实现对整个天线系统的动力学仿真。通过仿真分析,得到了电机驱动力和纵杆最大弯曲应力随展开时间变化的曲线。通过对仿真曲线的分析发现,当第一根斜杆开始锁定之后,驱动力整体呈大幅增长趋势;每当有斜杆锁定时,驱动力都会有一定幅度震荡。     

大型环形桁架天线柔性包带展开动力学仿真与实验研究

柔性包带作为一种大型环形桁架天线的关键部件,解锁释放后的展开动力学行为对大型可展开天线的可靠展开具有重要影响.包带展开过程呈现大位移、大转动、大变形的特点,属典型的柔性体几何非线性范畴,其展开动力学行为异常复杂.文中基于10 m级大型可展开天线的柔性包带特性与功能要求,采用几何精确法建立了柔性包带的展开动力学数值分析模型,通过研究识别了影响展开动力学特性的关键参数,开展了常温及高低温下的展开试验验证,试验与数值分析结果相符,验证了数值分析结果的有效性     

一种低信噪比跟踪接收机技术研究

天线口径较小时,接收到卫星信标信号的信噪比较低,跟踪余量较小。为满足小口径动中通天线的跟踪需求,研究了一种适用于低信噪比条件下的跟踪接收机。介绍了其工作原理,并对算法进行了MATLAB仿真,最后进行了FPGA实现。     

受边界载荷的大型环形桁架天线结构非线性动力学研究

将展开锁定的大型环形天线简化为等效圆柱壳结构,并考虑前后索网对环形桁架的作用力,进而研究了其在一种特殊边界条件下呼吸振动的分岔和混沌.本文考虑热应力的影响,基于一阶剪切变形理论和von-Karman几何非线性关系,运用Hamilton原理推导出等效圆柱壳的偏微分形式的运动方程.并考虑将圆柱壳的一条母线固定,两端自由的特殊边界条件,利用Galerkin法将偏微分方程离散为常微分方程.运用Runge-Kutta法,对特殊边界条件下的等效圆柱壳进行数值仿真,获得系统的分岔图、最大Lyapunov指数曲线、三维分岔图、时间历程图、相图和庞加莱截面.研究了作用在等效圆柱壳两端上的径向线载荷和面内载荷对系统振动行为的影响     

大型环形桁架天线进出地影期热致振动特性研究

对一类装备大型环形桁架天线的航天器在轨环境下的热-结构耦合问题进行了研究.将结构应变考虑为热应变与弹性应变的线性叠加,引入了热-弹耦合的线性时变刚度,建立了环形桁架天线的索网-框架组合结构热-弹耦合动力学方程.考虑了航天器姿态角的变化以及航天器部件遮挡对各部件温度变化的影响,建立了时变温度场模型.将得到的温度场作为外载荷激励,分析了进出地影期温度变化对航天器结构热致振动的影响规律,研究结果显示在轨温度环境对该结构影响不大.对某型号航天器在轨数据进行了分析,验证了数值分析的有效性.     

纯电动轻型车辆电机驱动系统设计

针对纯电动轻型车辆用电机驱动系统,提出了驱动电机与整车联合仿真的分析方法.基于车辆的动力需求,采用有限元法对驱动电机进行设计和分析.以车辆动力性能指标作为设计输入,建立车辆的数学模型.结合电机性能指标与整车数学模型,采用AVL Cruise软件对整车性能进行联合仿真.以一款电动摩托车用轮毂电机驱动系统为例,建立了电机及整车系统的联合仿真分析模型并进行了试验验证.试验结果表明,结合驱动电机与整车数学模型的联合仿真方法,适用于纯电动轻型车辆电机驱动系统的设计和整车性能匹配.     

测向天线展开机构设计

针对测向天线采用五阵元体制、定位精度高体积大,不便于运输、机动性不灵活等特点,结合工程实践,介绍了一种通过测向天线的展开、收藏机构,提高了测向天线的灵活性、机动性。文章对整个机构的结构形式、功能进行了阐述,通过固定桁架、多连杆机构、驱动装置、滑块机构、控制系统等组成测向天线的展开、收藏机构。介绍了该新型展开收藏机构的展开原理,分析了该机构的奇异性,建立了其运动学方程组,获得了天线阵子主要参数运动变化规律。     

多用户分布式与集中式天线系统传输容量的分析与比较

为了能够对多用户条件下分布式和集中式天线系统所支持的用户分布密度和服务质量进行定量地比较,提出了一种基于随机几何的性能分析方法.当用户在小区内服从泊松分布时,这种方法可以得到精确的分布式与集中式天线系统的传输容量表达式.从分布式天线系统的传输容量表达式可以发现,在给定用户分布密度时,为了满足一定的服务质量要求,用户的接入距离存在一个上限.分析和仿真结果表明,在相同条件下,与集中式天线系统相比,分布式天线系统能够容纳更多的用户和支持更高的服务质量要求.     

基于车辆动态负载的开关磁阻电机驱动特性分析

为了研究车辆动态负载高度时变性和随机性对电动汽车用开关磁阻电机驱动系统影响特性并实现电机驱动系统性能评价分析,基于车辆行驶工况动态负载特性,在开关磁阻电机非线性数学模型及车辆动力学模型基础上,分别建立了电动汽车用开关磁阻电机驱动系统及电动汽车动态载荷仿真模型.并根据电动汽车行驶过程中2个典型工况对建立模型进行了实时仿真,得到了开关磁阻电机主要性能参数随车辆动态载荷变化的响应曲线.分析并评价了开关磁阻电机驱动系统在各工况下的动态驱动特性,仿真结果对电动汽车车型设计及改进具有很好的参考价值.     

大型带式输送机起动过程的仿真

建立了带式输送机动力学模型,给出了精确的驱动装置的输入 特性,对大型带式输送机的起动过程进行研究,并通过实测证了数值仿真结构的正确性,得出交流电机串液力偶合器的驱动方式不能满足大型输送机的工作要求的结论。     

大口径天线伺服系统的建模及控制算法设计

在大口径天线伺服系统存在高频未建模动态不确定性和低频风扰动的情况下,传统的PID控制算法无法满足天线伺服系统的高指向和跟踪精度要求.针对该问题,文中设计了一种基于灵敏度函数和补灵敏度函数的、兼顾系统性能和稳定性的混合灵敏度H_infinity控制算法,并将其应用于天线伺服系统.仿真结果表明,该算法不仅能显著提高天线伺服系统的动态性能,而且具有较强的扰动抑制能力和鲁棒性.     

绳索长度误差对索网天线网面精度影响的分析方法

为分析绳索长度制造误差对索网天线网面精度的影响,提出了一种整体坐标迭代算法.该算法模拟了索网结构的自由节点在考虑绳索随机长度误差后向其他平衡状态运动的过程.分别使用该算法和有限元法分析了一个环形桁架天线计算模型,并将这两种算法的计算结果做了对比,验证了该算法的正确性、可行性和有效性.使用整体坐标迭代法分析了不同的误差分布、绳索长度公差和绳索预张力对网面精度的影响,并对网面综合误差与绳索长度误差、绳索预张力的关系进行了拟合分析,得到了满足工程需求的拟合关系式.     

桁架式可展开天线反射面精度试验

为了验证一种桁架式可展开天线结构设计方法的正确性,制作了一个口径为2 m的天线模型,设计了由上部中心立柱加三支杆悬挂支撑天线的试验悬挂方案,用基于PhotoModeler软件建立的摄像测量系统对天线抛物面反射面进行精度测量,将测量数据带入基于浅壳理论推导出的精度计算方程计算反射面误差.模型的反射面精度与设计值接近,表明该结构设计方法适合于设计更大口径的该类型天线.设计制作了6 m×2.8 m口径的天线,并对此天线进行了两种姿态下的展开精度试验,精度测量结果表明反射面精度符合设计要求.     

三轴稳定静止卫星赋形天线指向误差分析

对于静止轨道三轴稳定卫星,天线的指向精度是用户要求的重要指标.在卫星定点后处于工作姿态时,要求天线波束覆盖用户规定的地面区域,并满足规定的电性能指标.卫星的姿态、轨道、天线性能和总装等误差对赋形天线的指向精度均具有一定的影响.本文对影响赋形天线指向精度的各类误差的形成原因、误差数据的计算方法进行了逐项分析.研究了各类误差对赋形天线指向精度的影响,其中重点分析了姿态和轨道误差的影响,给出了相应的算法公式,并基于实际工程数据进行了算例仿真,得到卫星在正常和位保两种模式下赋形天线的指向误差数据.通过对比,仿真计算结果与卫星在轨天线方向图的实测结果具有一致性,证明了该分析思路和计算方法的有效性和正确性.     

新疆110m射电望远镜(QTT)天线高精度面板结构研制挑战

研制满足单面板精度为0.07mm(RMS)的高精度面板,是制造高精度新疆110m射电望远镜(QiTai Radio Telescope,QTT)天线的关键技术之一.QTT基于主动保形技术,为满足天线结构与性能优化需求,在保证面板精度同时面板数量需要控制.天线面板越大面型精度提升越困难,制造高精度大面板将面临严峻挑战.基于蜂窝夹层结构、蒙皮筋条结构,采用改进负压成型工艺,进行了高精度面板成型试验研究,试验结果表明面积小于1.5 m~2面板精度能满足需求,就目前国内工艺水平来看已无法研制更大面积单面板(如5 m~2).为了满足QTT需求,对组合面板结构进行了初探.仿真了采用传统以及过渡子桁架,基于刚性和等柔性支撑两种方式以及采用传统拼接组合面板形式.结果表明采用过渡子桁架方式面板精度、数量能够满足需求,但复杂子桁架结构研制成本高,且造成组合面板重量增加,会导致天线结构设计复杂影响天线性能;传统拼接组合面板结构虽然满足精度需求但其面板数量没有控制在理想范围内.展望了未来提高面板精度需要进一步开展的工作.     

水压大流量高速开关阀设计及试验研究

为满足大流量和快响应电液控制系统的需求,采用大功率直线电机分步直接驱动先导阀与主阀阀芯,将直线电机驱动技术与先导阀结构紧密结合,研制出一款直线电机驱动的水压高速大流量开关阀.建立了开关阀AMESim模型,并对其关键结构参数进行了仿真优化,得到了其动态特性曲线.通过Matlab/Simulink对直线电机位置环及速度环进行双环运动规划,控制阀芯的运动状态,进而实现阀口开度的精确数字控制,提高了大流量高速开关阀的控制精度.完成了开关阀原理样机的研制,开展了直线电机控制的运动轨迹试验研究.结果显示,其跟随性能良好,能够实现设定的运动规划,与仿真结果基本相符,满足高速、大流量的技术要求.      

110m大射电望远镜的两自由度复合控制器设计

针对110m大射电望远镜结构柔性大、固有频率低的特点,本文在传统伺服控制的基础上进一步考虑副反射面支撑结构对指向精度的影响,提出了一种两自由度复合控制器.该控制器由内外两环构成,外环是基于广义比例积分(Generalized Proportional Integral,GPI)的鲁棒控制器,其以副反射面支撑结构的振动量为输入,确定伺服的参考指令;内环利用线性二次型高斯(Linear Quadratic Gaussian,LQG)控制器以外环输出为参考,对天线伺服驱动部分进行控制.与目前已有的大口径天线控制方法相比,该控制器既可以有效抑制驱动部分的柔性振动,又能抑制副反射面的振动,进而提高大口径天线的指向精度.本文以等效天线模型为控制对象.通过数值仿真验证了该方法的可行性.     

基于环带波束天线的星间链路设计仿真

在卫星装备有环带波束天线的前提下,设计了由这类卫星构成的Walker星座内的星间链路,并对该星间链路的基本几何属性进行了仿真,证明了这类星间链路可以很好的解决卫星间天线对准的问题.首先,对环带波束天线、星间链路进行了简要的介绍,主要通过几何模型与几何参数方程的方式进行介绍和说明.其次,对于环带波束天线应用在星间链路中的可能性以及优越性进行了阐述,并且在特定的卫星星座当中,对这类星间链路中的卫星天线指向问题进行了仿真,从几何方面证明了该类环带波束天线使得卫星之间永久可视.再次,通过仿真结果中的链路俯仰角、链路距离等提出这一类天线的覆盖范围要求.最后,建立了具有环带波束天线卫星的Walker星座中的链路拓扑结构.