[发明专利]基于力热匹配的网状天线索网结构的热不敏感设计方法

说明书

本发明公开了一种基于力热匹配的网状天线索网结构的热不敏感设计方法，具体包括如下步骤：确定网状天线反射面的基本几何参数；根据确定的基本参数，获得整体网状天线索网结构的初始几何模型；对网状天线索网结构进行初始形态设计，获取天线结构平衡状态下的索网初始预张力向量T⁰；根据张拉索网结构的平衡方程，确定索网结构的力热匹配关系，进而确定索网结构单元截面参数与初始预张力之间的函数关系；获得力热匹配关系的索网单元截面参数向量对索网单元截面参数进行分类、归并及修正，完成网状天线张拉索网结构的热不敏感设计。本发明通过力热匹配来设计网状天线张拉索网结构的结构参数，使得天线形面对热载荷变化不敏感。

技术领域

本发明属于雷达天线技术领域，涉及一种基于力热匹配的网状天线索网结构的热不敏感设计方法。

背景技术

大型星载天线被广泛应用于电子侦察、空间通信、气象监测、导航等领域，正朝着大口径、高精度、轻质量、高收纳比的方向发展；星载天线在轨运行时，形面精度易因周期性热载荷的影响而恶化，严重影响远场电性能。因此，很有必要研究如何控制天线的在轨热变形，以实现天线在轨高精度。

环形桁架式网状可展开天线由于其轻质量、收拢体积小、周期短的特点，成为了近年来备受各国宇航界关注的空间可展开天线形式，其结构组成主要包括可展开的环形桁架、金属反射网、前索网、后索网以及纵向调整索。前索网主要用于支撑所铺设的金属反射网，后索网主要起平衡作用，纵向调整索用于调节前索网，使得金属反射面形成所需要的形面。

现有的网状天线在轨热变形控制方法可分为主动控制和被动抑制两种，主动控制方法的基本思想是：基于智能元器件，采用主动控制策略来控制天线形面。主动控制方法在理论上可以实现天线在轨热变形的实时控制，但是，大功率电源等辅助设备将大幅度增加航天器的重量和制造成本，不利于天线系统的轻量化和在轨服役的可靠性。因此，应该采用被动抑制的思路，通过对结构参数进行优化设计，使得天线形面对热载荷变化不敏感。然而，由于现有研究中网状天线张拉结构的力热匹配机理不明，如何通过力热匹配设计使得网状天线张拉结构在热载荷作用下内力协调变化、天线形面对热载荷变化不敏感，存在很大的困难。

Zuowei Wang在2013年的论文《Active shape adjustment of cable netstructures with PZT actuators》中基于索单元和压电作动器的有限元模型推导了主动索单元的有限元刚度阵，并建立了通过调整电压来控制反射面形面精度的主动调整优化模型。该方法在天线系统中增加大功率电源设备和大量的压电作动器，不利于天线系统的轻量化，而且，由于压电作动器的行程限制，其调整能力非常有限。

张功在2012年的硕士论文《考虑热变形的可展开天线优化设计研究》中，对网状天线进行了考虑空间热载荷的结构优化设计，通过设计结构参数，尽可能降低天线在轨热变形。然而，由于网状天线结构力热匹配机理不明，设计变量的选择与归并依靠经验，该方法依赖温度载荷工况的选择，难以保证天线在高低温工况下均实现高精度。

李团结在2018年的论文《绳索-金属丝网组合结构力热匹配设计》中，提出了网状天线力热匹配设计的概念，但是仅分析了网状天线反射面索膜的匹配，设计了前网面索单元的截面尺寸，尚未考虑后索网、竖向索及整体天线索网结构的匹配机理及参数设计。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于力热匹配的网状天线索网结构的热不敏感设计方法，该方法基于被动抑制天线在轨热变形的思想，通过力热匹配来设计网状天线张拉索网结构的结构参数，使得天线形面对热载荷变化不敏感。

本发明所采用的技术方案是，基于力热匹配的网状天线索网结构的热不敏感设计方法，具体包括如下步骤：

步骤1，确定网状天线反射面的基本几何参数；