一种薄膜结构及其形面控制方法技术

本发明专利技术提供一种薄膜结构及其形面控制方法，薄膜结构包括薄膜阵面、周边张力索、边框、张拉点和调整机构，所述薄膜阵面的四边均设有周边张力索，薄膜阵面周边通过周边张力索提供张力，周边张力索通过多个张拉点固定在边框上的调整结构上，控制调整机构在面外方向的高度进而改变张拉点的高度，能够实现薄膜结构在轨运行过程中薄膜阵面的平面度控制。本发明专利技术所提出的形面控制方法是根据薄膜阵面的三维形面数据计算调整机构的调整量，以使得薄膜阵面的形面精度满足设计要求。本发明专利技术解决了薄膜结构在轨运行时会因为干扰载荷作用导致其薄膜阵面形面精度降低问题，提高了薄膜结构形面精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及航天器结构变形控制领域，具体说涉及一种薄膜结构以及其形面控制方法。
技术介绍
薄膜结构，如：太阳帆、薄膜太阳电池阵、薄膜式天线结构、薄膜式反射镜结构等，因其面积大、重量轻、收藏体积小等优点在航天领域得到越来越广泛的应用。由于薄膜结构面积大、刚度低、阻尼弱等特点，在热载荷、姿态机动载荷、轨道机动载荷等干扰情况下，容易产生变形，其形面精度难以保持。而薄膜形面精度的降低将严重影响航天任务实施，或导致工作性能下降。现有解决方法中主要通过进一步提高边框加工精度和刚度来保证薄膜阵面的初始形面精度。但现有方法不具有可调整性，在轨飞行过程中不能实时地调整，以满足薄膜阵面的高精度形面要求。
技术实现思路
为了解决薄膜结构在轨运行时会因为干扰载荷作用导致其薄膜阵面形面精度降低问题，本专利技术提出了一种薄膜结构及其形面控制方法。本专利技术的技术方案是：一种薄膜结构，包括薄膜阵面、周边张力索、边框和张拉点，薄膜阵面固定在边框内，所述薄膜阵面均位于xoy平面上，所述薄膜阵面的四边均设有周边张力索，薄膜阵面周边通过周边张力索提供张力，周边张力索通过多个张拉点固定在边框上的多个调整结构上，张拉点与调整机构一一对应，所述调整结构竖直安装在边框上，控制调整结构在z方向的高度进而改变张拉点的高度，能够实现薄膜结构在轨运行过程中薄膜阵面的平面度控制，若干个测量标志点以阵列的形式布置在薄膜阵面的表面。进一步地，所述调整结构为能够实现伸缩调整的杆体。基于上述薄膜结构，本专利技术提供一种薄膜结构形面控制方法，该方法所要解决的问题就是根据薄膜阵面的三维形面数据计算调整机构的调整量，以使得薄膜阵面的形面精度满足设计要求。假设薄膜阵面上有M个测量标志点，其中第i个测量标志点的坐标值为(Xi,Yi,Zi)，设薄膜阵面的最佳拟合平面为z＝ax+by+c,其中a,b,c为待定系数。假设边框上共有nb个调整机构，第j个调整机构的调整量为dj，其中，j＝1,2,…,N。所有调整机构的调整量可以记为d＝[d1,d2,…,dN]，并且其调整范围为[-D,D]。此时，形面控制问题可以描述为如下优化问题： F i n d d = [ d 1 , d 2 , ... , d N ] M i n i m i z e δ 3 σ = 3 1 M Σ i = 1 M ( Z i - aX i - bY i - c ) 2 S u b j e c t t o - D ≤ d j ≤ D , ( j = 1 , 2 , ... , N ) - - - ( 1 ) ]]>式中，d为优化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种薄膜结构，包括薄膜阵面、周边张力索、边框和张拉点，其特征在于：薄膜阵面固定在边框内，所述薄膜阵面均位于xoy平面上，所述薄膜阵面的四边均设有周边张力索，薄膜阵面周边通过周边张力索提供张力，周边张力索通过多个张拉点固定在边框上的多个调整结构上，张拉点与调整机构一一对应，所述调整结构竖直安装在边框上，控制调整机构在z方向的高度进而改变张拉点的高度，能够实现薄膜结构在轨运行过程中薄膜阵面的平面度控制，若干个测量标志点以阵列的形式布置在薄膜阵面的表面。

【技术特征摘要】
1.一种薄膜结构，包括薄膜阵面、周边张力索、边框和张拉点，其特征在于：薄膜阵面固定在边框内，所述薄膜阵面均位于xoy平面上，所述薄膜阵面的四边均设有周边张力索，薄膜阵面周边通过周边张力索提供张力，周边张力索通过多个张拉点固定在边框上的多个调整结构上，张拉点与调整机构一一对应，所述调整结构竖直安装在边框上，控制调整机构在z方向的高度进而改变张拉点的高度，能够实现薄膜结构在轨运行过程中薄膜阵面的平面度控制，若干个测量标志点以阵列的形式布置在薄膜阵面的表面。2.根据权利要求1所述的薄膜结构，其特征在于：所述调整结构为能够实现伸缩调整的杆体。3.一种薄膜结构形面控制方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步：计算调整机构的调整矩阵假设薄膜阵面的变形he满足线性叠加关系，设N个调整机构中的第j个调整机构调整单位行程的增量δ＝1mm时，其他调整机构均保持不变，即调整机构位移增量为此时对应的薄膜阵面上M个测量标志点产生的变形增量为βj，其中βj＝[β1j,β2j,…,βMj]，(j＝1,2,…,N)；当在N个调整机构上的调整位移增量为d＝[d1,d2,…,dN]时，此时薄膜阵面的受控变形增量为其中 h i e = Σ j = 1 N β i j d j = β i d , ( i = 1 , 2 , ... , M ; j = 1 , 2 , ... , N ) - - - ( 1 ) ]]>第二步：获取薄膜阵面三维形面数据通过摄影测量系统得薄膜阵面上所有M个测量标志点的三维坐标(Xi,Yi,Zi)，(i＝1,2,…,M)；第三步：求解薄膜阵面最佳拟合平面令薄膜阵面的最佳拟合平面的方程为z＝ax+by+c，则其拟合的3σ误差即形面精度δ3σ可以表示为： δ 3 σ = 3 1 M Σ i = 1 M ( Z i - aX i - bY i - c ) 2 - - - ( 2 ) ]]>要使得δ3σ为最小值，a，b，c满足以下关系： ∂ δ 3 σ ∂ a = 0 ∂ δ 3 σ ∂ b = 0 ∂ δ 3 σ ∂ c = 0 - - - ( 3 ) ]]>将(2)代入(3)可得： Σ i = 1 M ( Z i - aX i - bY i - c ) · X i = 0 Σ i = 1 M ( Z i - aX i - bY i - c ) · Y i = 0 Σ i = 1 M ( Z i - aX i - bY i - c ) = 0 - - - ( 4 ) ]]>展开整理后为： a Σ i = 1 M X i 2 + b Σ i = 1 M X i Y i + c Σ i = 1 M X i = Σ i = 1 M Z i X i a Σ i = 1 M X i Y + b Σ i = 1 M Y i 2 + c Σ i = 1 M Y i = Σ i = 1 M Z i Y i a Σ i = 1 M X i + b Σ i = 1 M Y i + c Σ i = 1 M 1 = Σ i = 1 M Z i - - - ( 5 ) ]]>令则a,b,c可以解得为：a＝Δa/Δd b＝Δb/Δd c＝Δc/Δd (6)式中 Δ a = | d 1 b 1 c 1 d 2 b 2 c 2 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：许睿，李东旭，蒋建平，邹杰，刘望，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43