大型空间天线伸展臂是卫星天线系统的重要组成部分,是一个典型的多柔体部件。由于它既是卫星天线反射器与卫星星体的连接件,又是卫星天线反射器的固定件和支撑件,故其结构参数对整个天线系统的动力学特性影响极大,进而影响到天线的其他动力学设计指标和卫星姿态的调整。天线伸展臂能否及时、准确的展开到位直接影响到整个卫星发射任务的成功与否。为了使整个天线系统能够有效的进行工作,有必要对天线的伸展臂进行结构构型优化和结构尺寸优化。 本文列举了国内外应用于卫星系统的几种伸展臂的结构类型,介绍了各个结构类型的特点和性能,并针对卫星天线系统的设计要求对这几种伸展臂的结构类型进行了对比研究,选出了符合设计要求的天线伸展臂的结构类型;本文采用固体各向同性惩罚微结构模型,利用基于结构应变能的优化准则法,对一单位厚度的矩形板进行了结构拓扑优化,得出了天线伸展臂的结构构型,使这一结构构型能够满足天线伸展臂对刚度约束条件的设计要求;本文以刚架形式代替优化出的结构构型,以天线伸展臂的结构重量为优化设计目标,以结构应力和固有频率值为约束条件,以基于K-T条件的优化准则法为寻优方法,对这一结构构型进行了结构尺寸优化,获得了最佳结构参数。 本文针对优化准则法不能考虑多种优化约束条件、通用性差的缺点,基于应力优化准则法和固有频率优化准则法,提出了一种可以综合考虑设计模型的应力约束条件和固有频率约束条件的优化设计方法。 本文通过对大型空间天线伸展臂进行结构类型选择、结构构型优化、结构尺寸优化,得到了符合设计要求的优化结果。考虑到遗传算法具有数值稳定性、鲁棒性、全局收敛性等优点,故采用遗传算法对天线伸展臂的尺寸优化结果进行了验证,验证结果表明综合优化设计方法是可行的,而且结果是合理的。本文提出的优化方法与所得的优化结果对某可展天线伸展臂的预研具有参考价值。