[发明专利]一种空间桁架索网天线等几何找形方法

说明书

本发明公开了一种空间桁架索网天线等几何找形方法，能够在提高精确度的同时简单有效的对桁架索网天线进行找形；该方法为：根据设定的天线设计参数，基于天线拓扑关系，获得支撑桁架和索网当前节点坐标；根据设定的索段张力值和索网当前节点坐标，计算索段初始长度，获得索段当前力密度系数，在不考虑桁架变形的基础上，基于索段初始力密度系数，采用渐近迭代力密度法对索网进行找形分析；并对桁架和索网有限元模型进行静力平衡迭代；判断天线是否满足静力平衡误差，完成桁架索网找形。

技术领域

本发明属于空间索网天线找形技术领域，具体涉及一种空间桁架索网天线等几何找形方法。

背景技术

近年来，航天科技的发展迫切需要大口径桁架索网天线，进而满足移动通信、射电天文、对地观测和军事侦察等需求。桁架索网天线主要由支撑桁架、主网、副网、张力阵、金属网组成。在天线结构设计与分析中，可将金属网对反射面的影响等效到主网中考虑，即将这类天线结构视为仅由支撑桁架和索网组成的系统。在桁架索网天线的反射面设计中，需要面临众多的问题与挑战，其中包括天线的结构刚度问题和天线的形面误差问题。桁架索网天线与一般结构的主要差异表现为柔性索网所使用的材料自身不具有刚度和形状，即在自然状态下不具有形状保持和承载能力，只有对索网中各索段施加预张力，才能使索网形成需要的形状，并具有一定刚度。

因此在天线设计阶段，需要对天线反射面进行找形，以提高反射面的形面精度，同时使得天线具有足够的刚度。目前主要有三种索网找形方法，第一种：Linkwitz和Schek提出的力密度法是迄今应用最广泛的索网找形方法之一。该方法的基本思想是通过预先给定各索段中的力和索段长度的比值(力密度)，将几何非线性问题转换为线性问题，联立求解线性方程组，得到索网中各节点的坐标，由于力密度法没有考虑节点坐标变化对节点平衡的影响，得到的初始位形误差较大，天线反射面形面精度较低；第二种：基于力密度法，Morterolle等提出了迭代的力密度法。该方法的主要思路是在每个迭代步更新力密度系数，调整预张力，从而得到均匀的索段预张力分布。但该方法对反射面的网格构型有很大限制，无法获得满足工程精度需求的反射面形面精度；第三种：第三种找形方法是极小范数法，该方法将索段张力的平均值作为设计变量，索段最大拉力比作为目标函数，求解静不定平衡方程的极小范数解，从而得到所有索段预张力分布。与第一种力密度法相比，极小范数法得到的索段张力均匀性要差很多，并且极小范数法的求解区间有限，对于一些复杂索网结构会出现负拉力，得到脱离实际的结果，使得天线反射面找形任务失败。此外，如何提高桁架索网天线机构反射面的形面精度，便成为亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种空间桁架索网天线等几何找形方法，提高了桁架索网天线机构反射面的形面精度。

实施本发明的具有步骤如下：

天线包括支撑桁架和索网，索网由索网节点和索段组成，索网节点分为前索网节点和后索网节点，该方法的具体步骤如下：

步骤1：根据设定的天线设计参数，基于天线拓扑关系，获得支撑桁架和索网当前节点坐标；

步骤2：根据设定的索段张力值和索网当前节点坐标，计算索段初始长度，获得索段当前力密度系数其中，j为索段编号，k为迭代次数，k取整数；

步骤3：在不考虑桁架变形的基础上，基于索段当前力密度系数对索网进行找形分析；找形分析的具体过程如下：

步骤301：根据索段当前力密度系数和索网节点当前坐标，采用力密度法建立索网节点线性平衡方程组，并对该方程组求解，获得所有索网节点的坐标；