充气天线结构反射面极端温度场效应与精度控制研究

To realize large caliber and light weight of the space deployable structure, the inflatable antenna structure has been an important development direction of deep space deployable antenna structure in the future. And extreme temperature field is a key factor affecting its reflector precision. So the project focus on relevant issues about the precision control based on the thermal deformation and launches the following research contents for the inflatable antenna structures. (1) In order to grasp the variation law of thermally induced reflector precision, an inflatable antenna membrane structure model is fabricated to carry out the extreme temperature field test. (2) According to the theory analysis, the active control method based on thermal deformation is studied. The corresponding control rule is put forward and appropriate control algorithm is established. Finally the simulation analysis of reflector precision control is completed. (3) Through the optimization of the control components configuration, its layout scheme on reflector is formulated. In the end, the thermal deformation control technology proposed will be verified by the reflector precision control test..Though the research on this project, the achievements about active control of thermal deformations on reflector of the inflatable antenna structure will be formed and the technology breakthroughs will be gotten. Meanwhile the achievements will also provide reliable technical guarantee for the thermal control design and efficient operation of inflatable antenna structures in China.

为实现空间可展开结构的大型化与轻量化，充气式天线结构已成为未来深空可展天线的重要发展方向之一。而极端温度场作用是影响充气天线反射面精度的一个重要因素，为此本项目将围绕充气式天线结构基于热变形的精度控制问题展开如下研究内容：（1）为明确充气天线结构热致型面精度变化规律，拟制作一充气天线反射面模型，对其展开极端温度场效应试验研究。（2）以理论分析为指导，对基于热变形的主动控制方法进行研究，提出相应的控制准则，建立合适的控制算法，完成反射面精度控制仿真分析。（3）对控制元件的配置进行优化计算，制定反射面驱动器布置方案，最后经由反射面控制试验对本项目提出的热变形控制技术予以验证。通过本项目的研究形成关于充气天线结构热变形主动控制的研究成果，并获得技术突破，为我国充气天线结构的热控设计和高效运行提供可靠的技术保障。

为实现空间可展开结构的大型化与轻量化，充气式天线结构已成为未来深空可展天线的重要发展方向之一。而极端温度场作用是影响充气天线反射面精度的一个重要因素，本项目围绕充气式天线结构基于热变形效应展开如下研究内容：对厚度为25μm的Kapton（聚酰亚胺）高分子膜材，沿MD、TD两个方向按相应规范裁取长条型试样，分别进行不同拉伸速率下（10mm/min、25 mm/min、50 mm/min、100 mm/min、200mm/min）单轴拉伸试验；其次进行了10种温度（170℃、140℃、110℃、80℃、50℃、、20℃、0℃、-10℃、-40℃、-70℃）下的单向拉伸性能试验和单轴循环拉伸试验、得到高-低温下该膜材应力-应变曲线，从微观层面解释随温度降低膜材拉伸曲线由非线性过渡至线性的变化机理，建立了循环弹性模量与循环次数以及温度的关系式，并获得了对棘轮应变以及滞回环面积等力学性能参数的影响规律;为深入揭示Kapton（聚酰亚胺）高分子膜材强度和刚度特征，又对其进行 7个偏轴角度（0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°）下的单轴拉伸试验，获得了材料在各角度下的应力-应变关系、强度和断裂延伸率等数据，推导了相应的弹性模量-应变关系。最后为了探究Kapton膜材中心撕裂对其力学性能的影响，选取7种中心切缝角度（0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°）和上述10种温度工况对Kapton膜材沿机器展开方向（machine direction, 简称MD）和与其垂直的方向(transverse direction, 简称TD)进行单轴中心撕裂试验，获取了不同切缝角度和不同温度下的应力-应变曲线，并对其破坏机制进行了探讨，通过上述系列试验和理论研究，所得结论可为Kapton膜材力学性能的研究积累基础数据，同时为充气天线结构的工程应用提供有益参考。