大型二维多折展开平面天线机构设计及动力学特性分析

史创; 刘名利; 郭宏伟; 刘荣强; 马小飞

doi:10.37188/OPE.20212912.2868

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大型二维多折展开平面天线机构设计及动力学特性分析

微纳技术与精密机械 | 更新时间：2022-01-07

- 大型二维多折展开平面天线机构设计及动力学特性分析
- Mechanism design and dynamic analysis of large-scale two-dimensional deployable planar antenna
- 光学精密工程 2021年29卷第12期页码：2868-2876
- 作者机构：
  
  1.哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室，黑龙江哈尔滨 150001
  2.西安空间无线电技术研究所，陕西西安 710100
- 作者简介：
  
  [ "史　创（1990-），男，山西忻州人，师资博士后，讲师，2015年、2019年分别于哈尔滨工业大学获得硕士、博士学位，现为哈尔滨工业大学机电工程学院师资博士后，主要从事空间大型可展结构设计及力学特性分析方面的研究。E-mail： ty12shichuang@126.com" ]
  [ "郭宏伟（1980-），男，黑龙江哈尔滨人，教授，博士生导师，2005年、2009年于哈尔滨工业大学分别获得硕士、博士学位，目前从事的主要科研方向为空间可展开机构与控制、飞行器变构型机构研究。E-mail： guohw@hit.edu.cn" ]
- 基金信息：
  
  黑龙江省博士后专项经费资助项目(LBH-Z20135);国家自然科学基金青年项目(52005123);中国博士后科学基金资助项目(2021M690827);哈尔滨工业大学师资博士后科研启动项目
- DOI：10.37188/OPE.20212912.2868
  中图分类号： TP394.1;TH691.9
- 收稿日期：2021-05-10，
  
  修回日期：2021-06-28，
  
  纸质出版日期：2021-12-15
- 稿件说明：
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史创,刘名利,郭宏伟等.大型二维多折展开平面天线机构设计及动力学特性分析[J].光学精密工程,2021,29(12):2868-2876.

SHI Chuang,LIU Ming-li,GUO Hong-wei,et al.Mechanism design and dynamic analysis of large-scale two-dimensional deployable planar antenna[J].Optics and Precision Engineering,2021,29(12):2868-2876.
史创,刘名利,郭宏伟等.大型二维多折展开平面天线机构设计及动力学特性分析[J].光学精密工程,2021,29(12):2868-2876. DOI： 10.37188/OPE.20212912.2868.

SHI Chuang,LIU Ming-li,GUO Hong-wei,et al.Mechanism design and dynamic analysis of large-scale two-dimensional deployable planar antenna[J].Optics and Precision Engineering,2021,29(12):2868-2876. DOI： 10.37188/OPE.20212912.2868.

摘要

随着空间对地观测范围和观测精度要求的不断提升，对大型平面可展开天线机构的需求越来越迫切。本文提出了一种全新的空间大型二维多折展开相控阵天线机构，对其进行了构型优选、结构设计及动力学特性分析。首先，建立了综合评价指标，优选出综合性能最优的天线整体构型方案。其次，对天线机构各部件进行了详细的结构设计，进行样机的研制与展开原理实验验证。最后，建立了天线机构的有限元模型，通过仿真得出了天线机构展开态前5阶振动频率及其对应的振型，并以系统频率变形比作为优化目标对各杆件截面参数进行优化。本文所设计的二维多折展开平面天线机构折展比达到17.6，提高了传统平面天线机构的折叠比；分子振动基频达到1.333 9 Hz，实现了大型平面天线机构的高刚度支撑，为我国大型平面相控阵天线机构的研制提供了可行方案。

Abstract

The improvement of the space-to-earth observation range and observation accuracy has created demand for large-scale planar deployable antenna mechanisms. A new space large-scale two-dimensional multi-folding and unfolding planar antenna mechanism， which has been optimized for configuration， structure design， and dynamic characteristics analysis， is proposed in this study. First， a comprehensive evaluation index is established， and the overall configuration of the antenna with the best comprehensive performance is selected. Second， the structure of each part of the antenna mechanism is designed in detail and the prototype is developed. Additionally， the experimental verification of the deployment principle is carried out. Finally， the finite element model of the antenna mechanism is established， and the first five vibration frequencies of the antenna mechanism in the unfolded state and the corresponding mode shapes are obtained through simulation. Further， the cross-section parameters of each member are optimized with the system specific frequency as the optimization target. The folding ratio of the two-dimensional multi-folding and unfolding planar antenna mechanism designed in this study is greater than 17.6， which is an improvement over the folding ratio of the traditional planar antenna mechanism. The vibration fundamental frequency is 1.333 9 Hz， which helps in realizing the high rigidity support of the large planar antenna mechanism and provides a feasible scheme for the development of large planar phased array antenna mechanism in China.

关键词

Keywords

references

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