【技术实现步骤摘要】
一种空间桁架索网天线等几何找形方法
本专利技术属于空间索网天线找形
,具体涉及一种空间桁架索网天线等几何找形方法。
技术介绍
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 ...
【技术保护点】
一种空间桁架索网天线等几何找形方法,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,其特征在于,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
【技术特征摘要】
1.一种空间桁架索网天线等几何找形方法,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,其特征在于,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;步骤302:根据步骤301获得的索网节点当前坐标,计算索网索段当前长度和索段当前张力值基于步骤301获得的前索网节点坐标,采用抛物面天线公式znew=(x2+y2)/(4f),对前索网节点的z坐标进行修正;其中,(x,y,z)为修正前的前索网节点坐标,(x,y,znew)为修正后的前索网节点坐标;步骤303:将修正前与修正后的前索网节点坐标误差进行计算,判断误差是否满足设计精度要求;若不满足设计精度要求,将修正后的(x,y,znew)作为前索网节点当前坐标,重复步骤301-303;若满足设计精度要求,根据修正后的索网节点坐标重新计算索段张力值,以索网节点当前坐标和索段当前张力值作为索网的渐近迭代力密度找形结果。2.如权利要求1所述一种空间桁架索网天线等几何找形方法,其特征在于,进一步包括:步骤4:根据步骤303输出的索网节点当前坐标和索段当前张力值,更新索段当前长度和索段当前力密度系数以索段当前张力值索段当前长度和索段当前力密度系数作为迭代的初始值,依据步骤3的找形结果,建立桁架和索网非线性有限元模型,并对桁架和索网有限元模型进行静力平衡迭代,k的初始值取0;步骤5:根据步骤4的迭代结果判断天线是否满足静力平衡误差:||Δu||<tole,Δu为静力平衡迭代获得的索段节点位移增量,tole为设定的收敛误差,||·||为向量的模,若满足静力平衡误差,直接输出步骤3的找形结果,完成桁架索网找形;若不满足静力平衡误差,根据步骤4静力平衡迭代结果,更新索段当前张力值和索段当前长度继而计算索段当前力密度系数并将更新后的索段力密度系数代入步骤3中,重复步骤3-5。3.如权利要求1所述一种空间桁架索网天线等几何找形方法,其特征在于,步骤1的具体处理过程如下:步骤101:根据设定的天线设计参数,采用最小二乘法对抛物面天线反射面进行圆弧拟合,获得拟合球的球面方程;步骤102:基于天线拓扑关系,根据步骤101获得的拟合球的球面方程确定天线桁架下表面N个节点坐标P_down,该N个节点分别为桁架中...
【专利技术属性】
技术研发人员:田强,常汉江,李培,王碧,
申请(专利权)人:北京理工大学,
类型:发明
国别省市:北京,11
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