新型充气展开索网反射面天线一体化设计与分析方法

基本信息
批准号:11872381
项目类别:面上项目
资助金额:67.00
负责人:吴志刚
学科分类:
依托单位:中山大学
批准年份:2018
结题年份:2022
起止时间:2019-01-01 - 2022-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:寻广彬,张大力,王晓明,罗嘉辉,宋祥帅,王恩美,李依龙
关键词:
找形分析索网天线膜非线性耦合充气展开结构一体化设计
结项摘要

With the urgent requirement of large diameter, high precision spaceborne antenna for mobile communications and Earth observation satellites, an innovative design scheme of mesh reflector antenna with inflatable deployment is proposed, and the integrated design and analysis methods are studied based on the design requirements and structural features of the new antenna. The new scheme integrates the advantages of AstroMesh antennas and inflatable antennas. Since the annular inflatable deployment structure is chosen as the support structure of mesh reflector instead of the truss structure, the new antenna can avoid winding and hook problems in the deployment process. Besides, a large diameter mesh reflector antenna with lighter mass can be achieved based on the new scheme. But the cable-membrane nonlinear coupling effect also brings some new difficulties to the design and analysis of the new antenna. The geometry design of the mesh reflector will be solved firstly with the new constraints of the boundary cables in this project. Then the nonlinear mechanical model of the new antenna will be established considering the mesh relaxation and membrane fold and their coupling effect, meanwhile the carrying capacity of the support structure will be analyzed and then its design parameters will be optimized. On this basis, breaking through the limitation of the traditional form-finding method for mesh reflectors, a new approach of form-finding analysis for the cable-membrane structure will be proposed and then the relevant experimental researches will be carried out. The above study will provide new design ideas and methods for research and development of high precision spaceborne antenna with larger diameter and safer deployment style.

针对移动通信和对地观测卫星对大口径、高精度星载天线的迫切需求,提出一种全新的充气展开式索网反射面天线方案,并针对新型天线的设计要求和结构特点开展一体化设计与分析方法研究。新方案综合了周边桁架索网天线和充气薄膜天线的优点,以环状充气展开结构代替桁架作为索网反射面的支撑结构,不仅可以避免天线展开过程中可能出现的缠绕、钩挂等高风险问题,而且能够设计质量更轻的大口径索网天线。但是,新型天线的索网和充气支撑结构的索-膜非线性耦合效应也给设计与分析带来新的困难。本项目将首先解决新型边界约束下的索网几何构型设计问题;进而考虑索网松弛、薄膜褶皱及其耦合效应,建立新型天线结构的非线性力学模型,分析充气支撑结构的承载能力、优化其设计参数;在此基础上,突破传统索网天线反射面找形分析方法的局限性,提出结构一体化找形分析新方法并开展相关试验研究。为研发口径更大、展开方式更安全的高精度星载天线提供新的设计思路和方法。

项目摘要

面向移动通信和对地观测卫星对大口径、高精度星载天线的迫切需求,提出一种全新的充气展开式索网反射面天线方案,并针对新型天线的设计要求和结构特点开展一体化设计与分析方法研究。新方案综合了周边桁架索网天线和充气薄膜天线的优点,以环状充气展开结构代替桁架作为索网反射面的支撑结构,不仅可以避免天线展开过程中可能出现的缠绕、钩挂等高风险问题,而且能够设计质量更轻的大口径索网天线。但是,新型天线的索网和充气支撑结构的索-膜非线性耦合效应也给设计与分析带来新的困难。本项目首先解决了新型边界约束下的索网几何构型设计问题;进而考虑索网松弛、薄膜褶皱及其耦合效应,建立了新型天线结构的非线性力学模型,分析了充气支撑结构的承载能力、优化其设计参数;在此基础上,突破了传统索网天线反射面找形分析方法的局限性,提出结构一体化找形分析新方法并开展了相关试验研究。为研发口径更大、展开方式更安全的高精度星载天线提供新的设计思路和方法。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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