一种基于机电场耦合的静电成形薄膜反射面形态设计方法技术

本发明专利技术属于雷达天线技术领域，具体是一种基于机电场耦合的静电成形薄膜反射面形态设计方法，本发明专利技术将薄膜的应力均匀性和精度置于同等重要的程度，建立基于静电场-薄膜结构位移场场耦合的模型，通过优化策略求解最优控制电压来实现静电成形薄膜反射面的形态综合设计和成形控制。其不仅可以兼顾薄膜形面精度和应力均匀性的性能要求，同时弥补了传统方法忽略结构场和静电场耦合问题的漏失。

【技术实现步骤摘要】
一种基于机电场耦合的静电成形薄膜反射面形态设计方法
本专利技术属于雷达天线
，具体是一种基于机电场耦合的静电成形薄膜反射面形态设计方法，其可用于对静电成形薄膜反射面进行形态综合设计，还可用于对电极变形、不同电极布局形式等因素对薄膜反射面形态的影响进行定量细化分析和评价，以及静电成形薄膜反射面地面环境试验的成形控制。
技术介绍
静电成形薄膜反射面可展开天线是通过分布高压电极和接地镀金属薄膜之间形成静电场，由静电力控制薄膜表面形状的一种主动反射面。其在面密度、展开性能以及在轨热环境下的面形保持等方面，具有突出的优势，因此受到了多个国际宇航研究结构的高度关注和广泛研究。2004年，美国SRS.technologys公司和NorthropGrumman公司首次进行了应用性研究，并制作了口径5m的原理样机。天线总体结构，由astromesh结构、薄膜支撑环、铺设astromesh结构前索网上的高压控制电极、接地薄膜和多通道供电系统组成。静电成形薄膜反射面可展开天线设计的关键技术之一，为薄膜的形态设计。薄膜形态设计是以形面精度和膜面应力均匀性为目标，其设计过程包括初始构型设计和成形电压确定本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于机电场耦合的静电成形薄膜反射面形态设计方法，其特征是：至少包括如下步骤：步骤101：根据静电成形薄膜反射面的结构参数以及反射面的性能要求，确定高压控制电极的初始几何形状和布置方式；步骤102：根据静电成形薄膜反射面反射面口径Da和焦距fa，建立薄膜结构位移场分析模型，并加载边界约束条件；步骤103：给薄膜反射面的结构有限元模型施加均匀预应力σd；步骤104：以薄膜反射面和高压控制电极的几何作为静电场的边界，建立静电成形薄膜反射面天线的静电场分析模型；步骤105：给静电场分析模型加载控制电压，其中薄膜反射面加载接地电压，给高压控制电极按电极布局方式加载控制电压其中下标1,…,n表示电极通...

【技术特征摘要】
1.一种基于机电场耦合的静电成形薄膜反射面形态设计方法，其特征是：至少包括如下步骤：步骤101：根据静电成形薄膜反射面的结构参数以及反射面的性能要求，确定高压控制电极的初始几何形状和布置方式；步骤102：根据静电成形薄膜反射面反射面口径Da和焦距fa，建立薄膜结构位移场分析模型，并加载边界约束条件；步骤103：给薄膜反射面的结构有限元模型施加均匀预应力σd；步骤104：以薄膜反射面和高压控制电极的几何作为静电场的边界，建立静电成形薄膜反射面天线的静电场分析模型；步骤105：给静电场分析模型加载控制电压，其中薄膜反射面加载接地电压，给高压控制电极按电极布局方式加载控制电压其中下标1,…,n表示电极通道号；步骤106：根据步骤102建立的薄膜结构分析模型和步骤104建立静电场分析模型，建立静电成形薄膜反射面天线的静电场-结构位移场场耦合分析模型；步骤107：求解静电场-结构位移场场耦合分析模型，计算天线结构的性能参数：薄膜反射面的形面精度的均方根误差δrms和薄膜的最大最小应力比其中σ1和σ2分别为薄膜的第一、第二主应力；步骤108：对静电场-结构位移场耦合分析模型采用优化策略，将高压控制电压作为设计变量，进行优化分析，当天线结构的性能参数：形面精度均方根误差δrms和薄膜的最大最小应力比达到设计要求时，停止优化分析；否则返回步骤105；所述的步骤107，包括如下步骤：步骤401：求解静电场分析模型，并保存静电能结果Wek，令k＝1；步骤402：将静电场分析模型的求解结果静电力{Fe}k直接加载于薄膜结构位移场有限元模型之上；步骤403：进行结构位移场求解，计算薄膜位移{δ}k，并保存结构变形能，记为Wsk；步骤404：用结构位移场求解结果{δ}k更新静电场的边界，重新划分网格，重新生成静电场分析模型；步骤405：进行静电场分析，并保存静电能结果Wek+1；步骤406：将静电场分析模型的求解结果静电力{Fe}k+1加载于薄膜结构分析的有限元模型之上；步骤407：进行结构位移场求解{δ}k+1，并保存结构变形能，记为Wsk...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘超，段宝岩，杜敬利，张逸群，杨东武，杨癸庚，张树新，高峰，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61