新型空间平板天线可展机构构型与精度综合研究

The deployable mechanism of planar antenna determines the performance of satellite-borne planar antenna. The design method is a core technology in the development of satellite-borne planar antenna. Compared with the other kinds of deployable mechanisms, the geometrical and kinematics design constraints for the deployable mechanism of planar antenna are much harsher, and the requirement for the stiffness and accuracy are much higher. The present design principle of the planar antenna deployable mechanism is still based on the planar mechanisms. In order to design high perfomance planar antenna, it's necessary to investigate the type and accuracy sythesis of the deployable mechanism of planar antenna. Through analysis and conclusion of the structural, kinematics and combination characteristics of the typical spatial linkages, and considering the design constraints for the geometry and the structural performance of the planar antenna deployable mechanism, this research is aimed to develop a type synthesis methodology for the novel spatial deployable mechanism of planar antenna. Further, with considering the tolerance of joint, manufacture and the thermal distortion, a nonlinear multi-objective optimization model adapting to the multi-loop overconstraints deployable mechanism is established for the investigation of the accuracy synthesis. In addition, a novel prototype of spatial deployable mechanism of planar antenna is developed to verify the analysis and design methodology proposed. This archievement is helpful for the design of the novel deployable mechanism and enrich the implementation of the mechanisms theory in the astronautics.

平板天线可展机构在很大程度上决定了星载平板天线的水平，其设计方法是星载平板天线研制的一项核心技术。与其它天线可展机构相比，平板天线可展机构其几何和运动设计约束条件更加苛刻,机构刚度和精度问题更为突出。现有平板天线可展机构在设计原理上仍主要采用平面机构。为设计高性能平板天线，亟需对平板天线可展机构的构型和精度综合这一基础问题展开研究。本项目拟通过分析归纳几种典型空间可展机构运动链的结构、运动与连接方式等特点，结合平板天线可展机构几何与结构性能约束条件，提出新型空间平板天线可展机构构型综合方法。并综合考虑铰链间隙、加工装配误差、热变形等因素，构造适用于多闭环过约束展开机构的多目标非线性精度综合优化模型，进行精度综合问题研究。进而研制一种新型空间平板天线可展机构原理样机，并进行设计方法实验验证。本项目研究成果对于提高星载平板天线设计水平，丰富机构学在航天领域应用均具有重要指导意义。

平板天线可展机构设计方法是星载平板天线研制的一项核心技术。与其它天线可展机构相比，平板天线可展机构其几何和运动设计约束条件更加苛刻,机构刚度和精度问题更为突出。因此，为设计高性能平板天线，本项目对平板天线可展机构的构型和精度综合这一基础问题展开研究。. 本项目首先利用螺旋理论分析并归纳了空间对称6R机构和Sarrus机构两种典型机构的运动和结构参数规律。根据平板天线可展机构的特点，提出了一种基于单元零空间的机构自由度和运动特征计算方法，从运动学角度，为整体构型设计提供一种高效便捷的手段。同时，将结构效率等指标引入到平板天线可展机构的整体选型和构型优化研究中，从动力学角度，提出了新型可展机构的型综合优化方法。尔后，结合空间对称6R机构和Sarrus机构特点设计了两种新型平板天线可展机构。同时，针对展开机构实际加工和装配过程中，各杆件的实际加工与理论计算长度不同，影响机构展开精度、运动包络等问题，本项目以调整结构势能最小作为目标函数，构造了适用于多闭环过约束展开机构的多目标非线性精度综合优化模型，并以几种典型的多环闭链机构为对象，综合考虑加工装配误差、装配工艺条件、构型约束、精度要求、冗余约束等因素，计算了连杆长度对展开精度的敏感度，给出了各连杆的合理公差范围，并得到了不同装配工艺条件下的连杆调整量值。最后，本项目设计并制作了一种新型二维平板天线可展机构原理样机，实现了对构型设计方法的实验验证。同时，编制了可展机构精度计算软件，可根据加工装配误差、装配工艺、精度要求等条件自动计算调整量和公差范围，为研究成果的工程应用奠定基础。. 项目发表论文11篇，其中SCI 2篇，EI 7篇，其中一篇论文获第三届IEEE/IFToMM ReMAR2015会议最佳论文；申请专利3项；制造原理样机1台；编制软件1套；相关成果获2015上海市科技进步一等奖（排名第六）。本项目研究成果对于提高星载平板天线设计水平，丰富机构学在航天领域应用均具有重要指导意义。