空间大口径索肋刚化式折展天线机构及其动力学行为研究

Large space deployable antennae are widely used in major aerospace engineering of satellite communications,space electronic reconnaissance, satellite tracking and data relay. Based on such requirement background, this project researches on design of innovative space large,low-weight, high packaging efficency cable-rib stiffening deployable antenna structures, and dynamics behavior of quasi-structure. The main contents are as follows：(1) Innovative design and structural rigidization mechanism for space large cable-rib stiffening deployable structure; (2) Research on deployment drive of cable-rib stiffening deployable structure, multi flexible body dynamics modeling and simulation for deployment process;(3) Study of nonlinear dynamic behavior and dynamic accuracy for large space deployed quasi-structure;(5) System development and experiments validation of space deployable large cable-rib stiffening sructure prototype. . Through this project research, proposing analysis method for dynamics behavior and quasi-structure characteristics of space large cable-rib stiffening deployable structure. The interaction mechanism and principle of all kinds of nonlinear factors will be clarified. break through key scientific problems of space large deployable antenna, such as deployment drive, cable-rib structrure prestress rigidization, dynamic behavior and dynamic accuracy for deployed quasi-structural characteristics. The research achievement will provide theoretical support for application of space large deployable antenna in aerospace engineering.

本项目以我国卫星通信、空间侦察、卫星跟踪与中继等重大航天工程对空间大口径天线的迫切需求为背景，开展大型、轻量化、大折展比的空间索肋刚化式折展天线机构创新设计及其动力学行为研究。主要研究内容如下：（1）空间大型索肋刚化式折展天线机构创新设计与结构刚化机理；（2）索肋刚化式折展天线机构展开驱动与多柔体动力学建模与仿真；（3）机构展开态准结构非线性动力学行为与动态精度研究；（4）空间大型索肋刚化式折展天线机构系统研制与试验研究。通过本项目研究提出空间大型索肋刚化式折展机构动力学行为与准结构特性分析方法，阐明索、肋构件刚化机理，突破空间大型折展机构展开驱动、索肋预应力结构刚化、准结构动力学行为及动态精度建模与分析等关键科学问题，为空间大型索肋刚式化折展天线机构的航天工程应用提供理论支撑。

空间可展开天线作为航天器的关键有效载荷之一，是各航天大国广泛关注和研究的热点。本项目主要研究成果如下：.（1）设计了一种新型索肋张拉式折展天线机构，该机构为多个径向肋单元和柔性拉索组成，确定了天线机构单元数及拉索的布置形式，研制了缩比样机，并验证了该机构的可行性，实现了天线机构的大型化、高刚度、轻量化设计。.（2）考虑拉索预应力对结构刚度的影响，建立了索肋张拉式折展天线机构的几何非线性动力学模型，分析了不同结构参数对天线动力学特性的影响规律，为后续天线拉索及结构参数优化提供了理论依据。.（3）建立了天线展开机构几何形状精度优化模型，将预应力结构的找力设计问题转换为具有特定约束条件下的优化设计问题，获得了天线机构中各种张紧索的最佳预应力分布，显著提高了天线机构的形状精度。.（4）提出了计及桁架变形的索网结构找形方法，将天线桁架结构的变形量迭代计算到索网结构的找形分析中，得到了平衡状态下高精度和预应力分布均匀的索网结构，提高了天线索网的形面精度。.（5）研制出一套实验样机。通过对索肋张拉式折展天线展开精度、静刚度、动刚度及索网结构的形面精度实验研究，验证了索肋张拉式天线整体结构的非线性动力学建模方法和索网结构找形方法的正确性。.本课题研究工作对于打破国外技术封锁，提高我国星载空间天线技术水平具有重要的理论意义和实用价值。..该项目取得的重要研究成果包括：.“空间对地观测大型天线机构关键技术”获黑龙江省科学技术一等奖1项（项目负责人为第一完成人）；在科学出版社出版专著《空间可展开天线机构创新设计》1部（项目负责人为第一作者）；.项目负责人以第一或通讯作者发表SCI论文11篇，其中JCR Q1论文9篇；中文EI论文8篇；申请发明专利15项，已授权9项。