地面大型轻柔索网结构的支撑结构分析设计

摘要

无论是在地面还是太空中天线都发挥着举足轻重的作用，伴随着地面通信和深空探测的进步，抛物面天线反射面的型面精度要求越来越高，口径也越来越大。然而天线的型面精度与质量相互干扰，使得目前地面抛物面天线口径几乎达到机械设计的极限尺寸。本文的主要工作就是针对地面大型抛物面天线型面精度与质量相互干扰的矛盾，借鉴空间索网结构的设计，使得地面抛物面天线的口径能更大，更轻，建造成本更低。
　　首先，提出两个关于天线全可动的方案，并结合实现这两个方案的机构进行了分析，选择俯仰与方位结构干扰相对较小的方案。对该方案进行了概念设计，包括支撑臂的截面形状、材料、传动和驱动方式，索网结构与支撑臂的铰接点位置选择，并对方位平台下方的支撑位置进行了定性分析。
　　然后，对反射面的支撑臂系统进行了详细分析设计。采用UG画出反射面二维图，求解出支撑臂的长度；依据天线的高精度要求，对逐步展开和同步展开进行分析比较，并选择逐步展开作为支撑臂的伸缩形式；并使用ANSYS对不同直径的支撑臂进行力学分析，确定了支撑臂的内径和外径；由于支撑臂需要重复地进行伸缩运动，因此就要求套筒间进行重复锁定与解锁，参照常用的弹簧销钉装置，把解锁装置设计成与锁定装置类似的结构，但布置在不同的套筒上；结合支撑臂的伸缩长度和对整体的精度及质量要求，确定了丝杠的主要参数；依据电机的驱动工况，确定电机的力矩和功率，并选择合适的减速器和联轴器。
　　接着，对方位平台进行了详细分析设计。根据轻质化的设计思想，结合天线的高精度要求，选择碳纤维作为桁架方位平台的材料；使用ANSYS分析出反射面在极限状态时方位平台的载荷，并分析不同直径时方位平台的变形，确定出桁架的尺寸。根据反射面、支撑臂系统和方位平台的质心位置变化，确定出转盘轴承的型号。
　　最后，对索网结构整体进行有限元分析，使用ANSYS进行静力、模态和谱分析。并对全文进行了总结展望，指出文中的不足和需要进一步研究的地方。
　　本文对索网结构反射面天线的支撑结构进行了详细的分析研究，并验证了设计的可行性，将对以后地面大型抛物面天线的发展有重要意义。

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目录

第一章 绪论

1.1本文研究背景

1.2国外大型索网结构的发展概况

1.3国内相关研究进展

1.4本文的主要工作

第二章 地面大型轻柔索网结构的支撑结构整体设计

2.1引言

2.2索网天线的全可动方案选择

2.3俯仰支撑结构的设计

2.4索网结构与支撑臂铰接点位置分析

2.5方位平台的概念设计

2.6本章小结

第三章 索网结构支撑臂的结构分析与设计

3.1引言

3.2支撑臂尺寸设计

3.3支撑臂锁定与解锁方案设计

3.4支撑臂传动与驱动结构设计

3.5本章小结

第四章 索网结构方位平台的分析与设计

4.1引言

4.2方位平台的结构设计

4.3转盘轴承设计

4.4立柱的设计

4.5本章小结

第五章 索网结构的整体有限元分析

5.1引言

5.2索网结构的整体有限元模型建立

5.3索网结构的整体有限元模型分析

5.4本章小结

第六章 总结与展望

6.1本文的主要工作和结论

6.2本文中的不足与展望

参考文献

致谢

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