大型可展构架式星载抛物面天线结构设计

第!"卷第!期

#$$%年"月浙江大学学报&

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收稿日期B %C C C D $E D $"F

基金项目B 国家自然科学基金资助项目&G C C H #$$C ’F

作者简介B 岳建如&%C E "I’J 男J 山东临沂人J 浙江大学博士J 主要从事空间结构K 空间可伸展结构的研究F 大型可展构架式星载抛物面天线结构设计

岳建如J 关富玲J 陈向阳

&浙江大学土木工程学系J 浙江杭州!%$$#E ’

摘要B 提出了一个利用伸缩杆驱动的六棱柱展开单元J 和国内外已有的设计相比J 该单元可动机构数较少J 展开可靠度高J 结构刚度好J 且具有很广泛的几何适应性J 能容易地构造复杂二维可展结构J 具有

广泛的应用前景F 利用伸缩杆六棱柱单元J

设计了一大型构架式切割抛物面天线J 并简要介绍了天线的可展节点细部设计杆件分类统计F 该天线的形面精度较高J 质量轻J 造价低F 最后J 对天线模型进行了结构分析J 说明天线具有良好的刚度F

关键词B 可展天线L 构架式L 抛物面天线L 六棱柱单元L 对角伸缩杆

中图分类号B M N %##L M 6!"L >O #文献标识码B P 文章编号B %$$H D C E !Q

&#$$%’$!D $#!H D $G 随着人类对宇宙探索的不断深入J 超大型K 高清晰度的卫星K 空间站等航天器成为不可缺少的工具J 由于受有效荷载仓的容积限制J 世界各国相继发展了大量的大型可展航天结构J 但我国对空间可展结构的研究尚处于起步阶段J 有待更进一步的深入研究F 本文利用拉伸弹簧构造了一个可展伸缩杆六棱柱单元J 和国内外类似的可展结构单元相比J 该单元在展开后所有展开机构均不需锁定J 因而展开可靠度较高J 且具有良好的几何适应性F 利用该伸缩杆单元J 文中设计了一个大型构架式星载抛物面天线J 并详细地介绍了设计的各项技术参数J 分析了可展天线的展开过程和结构的静力和动力特性J 及结构参数的影响F 结构分析表明这类构架式可展天线具有展开可靠性高J 刚度好J

形面精度高和造价低等显著优点F %结构伸缩杆六棱柱单元结构分析

如图%所示为利用弹簧伸缩杆驱动的一个四边形基本单元J 周边的四根杆件是不可折叠J 也不可收缩的J 对角杆设计了弹簧J 可以改变杆件长度F 折叠状态时J 结构成捆状J 单元的构件相互平行F 由于处于拉伸状态的弹簧收缩J 引起结构的逐步展开J 到达预定位置后J 对角杆受弹簧外套管限制而不能继续收缩J 锁定成为几何不变结构?在完全展开状态J 结构杆件的尺寸限制了弦杆和竖杆的夹角F 要使结构单元能完全折叠J 需要满足以下几何相容条件B

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单元对角杆在整个展开过程中长度的变化J 即弹簧的伸缩量J 可表示为U T R %S R #I R #%SR V ##

?&#’单元间的一维连接B 当两个四边形单元并列连接形成一维结构时J 可以有如图#所示的两种形式J 设计平直的一维支架时J 可以由一系列首尾相连的对角杆一起驱动结构展开或收纳J 如图#

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’所示J 此时J 有较小的折叠体积F 若对角杆平行布置J 收纳时J 将成一长条形结构J 收纳效果不理想F 上述一维单元的连接缺乏侧向稳定性J 缺少实用价值J 设计馈源支架或机械手等一维可展结构时J 必须使用三棱柱或四棱柱单元来构造一维支架F

正六棱柱单元B 如图!为利用弹簧伸缩杆驱动形成的正六棱柱可展开单元J 它由如图%所示的四边形基本单元组成F 上下表面的%#根杆件和G 根竖杆及中心杆均是普通铰接构件J 不可改变长度J G 根斜腹杆是

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