大型反射面天线热变形高精度型面调节机理与方法研究

来源 :东南大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:haizhi19841029
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天线反射面是卫星的重要组成部分,由于太空中温度梯度大等原因,反射面型面精度会产生变化,从而对天线的工作精度产生影响。本文以固面天线反射面为研究对象,对其建模方法、动力学特性、渐进损伤特性以及热特性进行了研究。本文根据不同的前提假设,提出了不同的建模方法和对应的热变形调节算法。论文的主要研究内容如下:(1)建立了复合材料蒙皮蜂窝夹层的固面天线反射面的有限元模型。通过模态分析法分析了反射面天线的动力学特性。将Hashin损伤准则作为复合材料蒙皮的层合板损伤起始判定准则,将二次应力准则作为蒙皮的界面层损伤起始判定准则,分析了反射面的渐进损伤性能。(2)建立了反射面天线的参数模型,包括只考虑面板的反射面有限元模型与考虑压电陶瓷作动器、桁架的反射面有限元模型。其中,只考虑面板的反射面有限元模型为无约束条件下的热-结构耦合模型,考虑压电陶瓷作动器、桁架的反射面有限元模型为不等式约束下的热-电-结构耦合模型。本文还利用神经网络建立了反射面天线的无参数模型。(3)建立反射面天线的热-结构耦合模型,本文推导了反射面型面精度与输入位移之间的数学表达式。通过对输入位移向量求导的方法,提出了无约束条件下热-结构耦合模型的最优输入位移。通过此调节算法,本文将热载荷下的型面误差从33.931um调节至19.964um,将型面误差减少了41.1%。(4)建立反射面天线的热-电-结构耦合模型。本文推导了反射面型面精度与压电陶瓷输入电压之间的数学表达式。针对该不等式约束模型,引入拉格朗日乘子法求解最优解。最终,将型面精度从热载荷影响下的33.931um调节至21.747um,将型面误差减少了35.9%。此外,本文引入抛物面拟合算法,通过对型面节点进行抛物面拟合从而更进一步达到高精度调节的效果。在综合考虑抛物面拟合与作动器调节的基础上,本文通过遗传算法,将反射面的型面精度进一步调节至11.465um。(5)建立基于径向基神经网络的无参数模型。本文以有限元模型作为虚拟机,采用最优拉丁超立方采样方法采集样本数据,并对模型进行训练与误差分析。采用粒子群算法求解最优解,通过大约二十次迭代即可获得最佳调节输入电压。通过压电陶瓷作动器的调整,可以显著提高固面天线的表面精度。通过对固面反射面的力学行为分析、系统建模与热变形调节算法研究,本文可以为在轨天线反射面的热变形调节提供指导思路。
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