目 錄
序 言
前 言
第1章 緒論 1
1.1 概述 1
1.1.1 空間可展開(kāi)天線(xiàn)的功能 1
1.1.2 空間可展開(kāi)天線(xiàn)的需求分析 1
1.2 空間可展開(kāi)天線(xiàn)的分類(lèi) 2
1.3 空間可展開(kāi)天線(xiàn)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn) 3
1.4 空間可展開(kāi)天線(xiàn)機(jī)構(gòu)的應(yīng)用 4
1.4.1 平面可展開(kāi)天線(xiàn)機(jī)構(gòu) 4
1.4.2 拋物面可展開(kāi)天線(xiàn)機(jī)構(gòu) 8
1.4.3 拋物柱面可展開(kāi)天線(xiàn)機(jī)構(gòu) 17
1.5 本章小結(jié) 20
參考文獻(xiàn) 20
第2章 空間可展開(kāi)天線(xiàn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)理論 23
2.1 空間可展開(kāi)天線(xiàn)機(jī)構(gòu)的組成 23
2.2 空間可展開(kāi)天線(xiàn)機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計(jì)流程 24
2.3 空間可展開(kāi)天線(xiàn)機(jī)構(gòu)構(gòu)型設(shè)計(jì)理論 26
2.3.1 圖論 26
2.3.2 螺旋理論 29
2.4 基于圖論的可展開(kāi)單元拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析 30
2.4.1 概念構(gòu)型建立 30
2.4.2 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析 35
2.4.3 運(yùn)動(dòng)副的確定 37
2.4.4 實(shí)例分析 40
2.5 基于螺旋理論的過(guò)約束可展開(kāi)單元構(gòu)型綜合 46
2.5.1 過(guò)約束可展開(kāi)單元的螺旋表示 46
2.5.2 公共約束存在下的可展開(kāi)單元綜合 50
2.5.3 實(shí)例分析 53
2.5.4 冗余約束存在下的可展開(kāi)單元綜合 56
2.6 本章小結(jié) 58
參考文獻(xiàn) 58
第3章 空間可展開(kāi)天線(xiàn)機(jī)構(gòu)分析方法 60
3.1 展開(kāi)過(guò)程運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)分析 60
3.1.1 展開(kāi)過(guò)程運(yùn)動(dòng)學(xué)建模方法 60
3.1.2 展開(kāi)過(guò)程動(dòng)力學(xué)建模方法 62
3.2 展開(kāi)態(tài)動(dòng)力學(xué)建模與仿真 72
3.2.1 多鉸桁架機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)建模 73
3.2.2 有限元建模與模態(tài)分析 76
3.2.3 動(dòng)力學(xué)等效建模方法 77
3.3 參數(shù)優(yōu)化與網(wǎng)面設(shè)計(jì) 78
3.3.1 結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化 78
3.3.2 天線(xiàn)網(wǎng)面設(shè)計(jì) 79
3.4 可展開(kāi)天線(xiàn)機(jī)構(gòu)試驗(yàn)方法 85
3.4.1 微重力環(huán)境模擬 85
3.4.2 力學(xué)測(cè)試 86
3.4.3 精度測(cè)試 89
3.5 本章小結(jié) 89
參考文獻(xiàn) 89
第4章 模塊化平面可展開(kāi)天線(xiàn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 91
4.1 模塊化可展開(kāi)天線(xiàn)機(jī)構(gòu)方案 91
4.1.1 單模塊概念設(shè)計(jì) 91
4.1.2 基本單元設(shè)計(jì)與優(yōu)選 92
4.1.3 可展開(kāi)機(jī)構(gòu)方案的生成 96
4.2 天線(xiàn)機(jī)構(gòu)展開(kāi)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 97
4.2.1 運(yùn)動(dòng)學(xué)分析模型 97
4.2.2 運(yùn)動(dòng)奇異解耦 100
4.2.3 展開(kāi)運(yùn)動(dòng)仿真 105
4.3 天線(xiàn)機(jī)構(gòu)展開(kāi)動(dòng)力學(xué)分析 105
4.3.1 展開(kāi)過(guò)程剛體動(dòng)力學(xué)分析 105
4.3.2 展開(kāi)過(guò)程柔性動(dòng)力學(xué)分析 108
4.4 天線(xiàn)機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì) 112
4.4.1 優(yōu)化模型 112
4.4.2 近似數(shù)學(xué)模型的建立 113
4.4.3 參數(shù)優(yōu)化 116
4.5 天線(xiàn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與樣機(jī)研制 119
4.5.1 模塊化可展開(kāi)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 119
4.5.2 天線(xiàn)機(jī)構(gòu)模態(tài)分析 120
4.5.3 樣機(jī)研制與試驗(yàn) 122
4.6 本章小結(jié) 126
參考文獻(xiàn) 126
第5章 基于彈性鉸鏈的拋物柱面可展開(kāi)天線(xiàn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 127
5.1 彈性鉸鏈力學(xué)建模 127
5.1.1 帶簧力學(xué)建模 127
5.1.2 彈性鉸鏈力學(xué)建模 131
5.1.3 試驗(yàn)驗(yàn)證 134
5.2 彈性鉸鏈折展過(guò)程分析 135
5.2.1 準(zhǔn)靜態(tài)展開(kāi)過(guò)程性能分析 136
5.2.2 展開(kāi)過(guò)程分析 138
5.3 拋物柱面可展開(kāi)天線(xiàn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 143
5.3.1 天線(xiàn)機(jī)構(gòu)組成 143
5.3.2 天線(xiàn)機(jī)構(gòu)展開(kāi)動(dòng)作流程 144
5.3.3 機(jī)構(gòu)展開(kāi)原理 145
5.4 拋物柱面可展開(kāi)天線(xiàn)機(jī)構(gòu)研制與測(cè)試 147
5.4.1 樣機(jī)研制 147
5.4.2 試驗(yàn)測(cè)試 148
5.5 本章小結(jié) 151
參考文獻(xiàn) 151
第6章 折疊肋式可展開(kāi)天線(xiàn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 152
6.1 折疊肋式可展開(kāi)天線(xiàn)機(jī)構(gòu)原理與運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 152
6.1.1 天線(xiàn)機(jī)構(gòu)的組成與工作原理 152
6.1.2 天線(xiàn)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 154
6.1.3 天線(xiàn)機(jī)構(gòu)柔索布置 157
6.2 折疊肋式可展開(kāi)天線(xiàn)機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析 162
6.2.1 動(dòng)力學(xué)建模與模態(tài)分析 162
6.2.2 頻率影響因素分析 164
6.3 參數(shù)優(yōu)化與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 165
6.3.1 優(yōu)化模型建立 166
6.3.2 結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化 166
6.3.3 折疊肋機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 167
6.4 索網(wǎng)設(shè)計(jì)與樣機(jī)驗(yàn)證 169
6.4.1 索網(wǎng)拓?fù)涑尚?169
6.4.2 樣機(jī)研制與驗(yàn)證 171
6.5 本章小結(jié) 173
參考文獻(xiàn) 173
第7章 雙層環(huán)形桁架式可展開(kāi)天線(xiàn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 175
7.1 雙層環(huán)形桁架式可展開(kāi)天線(xiàn)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn) 175
7.2 雙層環(huán)形桁架式可展開(kāi)天線(xiàn)機(jī)構(gòu)的構(gòu)建與分析 177
7.2.1 基于連系桁架的構(gòu)建方法 177
7.2.2 基于四棱柱可展開(kāi)單元的構(gòu)建方法 178
7.2.3 雙層環(huán)形桁架可展開(kāi)條件分析 187
7.3 基于連系桁架的可展開(kāi)天線(xiàn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 188
7.3.1 內(nèi)外層環(huán)形桁架機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 188
7.3.2 可展開(kāi)天線(xiàn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 190
7.4 雙層環(huán)形桁架式可展開(kāi)天線(xiàn)機(jī)構(gòu)等效動(dòng)力學(xué)建模 190
7.4.1 雙層環(huán)形桁架單元應(yīng)變能與動(dòng)能計(jì)算 191
7.4.2 連續(xù)體應(yīng)變能及動(dòng)能計(jì)算 194
7.4.3 天線(xiàn)單元連續(xù)體等效模型建立 195
7.4.4 等效動(dòng)力學(xué)模型驗(yàn)證 195
7.5 雙層環(huán)形桁架式可展開(kāi)天線(xiàn)機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性分析 200
7.5.1 雙層環(huán)形桁架節(jié)點(diǎn)受力分析 200
7.5.2 雙層環(huán)形桁架固有頻率影響因素分析 202
7.5.3 影響因素靈敏度分析 204
7.6 本章小結(jié) 205
參考文獻(xiàn) 205
第8章 基于Bennett單元的可展開(kāi)天線(xiàn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 207
8.1 Bennett機(jī)構(gòu)及其替代構(gòu)型 207
8.1.1 Bennett機(jī)構(gòu) 207
8.1.2 Bennett機(jī)構(gòu)替代構(gòu)型 208
8.2 Bennett機(jī)構(gòu)模塊化組網(wǎng) 211
8.2.1 過(guò)渡單元法 211
8.2.2 機(jī)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建 213
8.2.3 機(jī)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)自由度分析 215
8.3 基于Bennett單元的拋物柱面天線(xiàn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 224
8.3.1 機(jī)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的展開(kāi)和收攏狀態(tài) 224
8.3.2 拋物柱面擬合過(guò)程 225
8.3.3 拋物柱面天線(xiàn)模型 227
8.4 基于Bennett單元的雙層天線(xiàn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 228
8.4.1 復(fù)合機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 228
8.4.2 可展開(kāi)雙層機(jī)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建 229
8.4.3 索網(wǎng)桁架機(jī)構(gòu)形面擬合 231
8.4.4 可展開(kāi)拋物面天線(xiàn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 234
8.4.5 樣機(jī)研制與試驗(yàn) 238
8.5 本章小結(jié) 240
參考文獻(xiàn) 241
第9章 模塊化構(gòu)架式可展開(kāi)天線(xiàn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 242
9.1 新型模塊化天線(xiàn)機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 242
9.1.1 可展開(kāi)肋單元 242
9.1.2 構(gòu)型創(chuàng)新設(shè)計(jì)與分析 243
9.2 天線(xiàn)機(jī)構(gòu)尺度設(shè)計(jì)與建模 245
9.2.1 天線(xiàn)拋物面的擬合方法 245
9.2.2 可展開(kāi)機(jī)構(gòu)幾何建模 247
9.2.3 可展開(kāi)機(jī)構(gòu)三維建模 249
9.3 天線(xiàn)機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)建模與分析 250
9.3.1 動(dòng)力學(xué)建模 251
9.3.2 動(dòng)力學(xué)分析 253
9.4 可展開(kāi)天線(xiàn)索網(wǎng)設(shè)計(jì) 255
9.4.1 索網(wǎng)結(jié)構(gòu)分析 255
9.4.2 索網(wǎng)結(jié)構(gòu)找形 255
9.4.3 索網(wǎng)結(jié)構(gòu)的誤差計(jì)算 256
9.5 可展開(kāi)機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì) 257
9.5.1 索單元拉力優(yōu)化 257
9.5.2 結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化 259
9.6 本章小結(jié) 260
參考文獻(xiàn) 260
第10章 索桿張拉式可展開(kāi)天線(xiàn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 262
10.1 索桿張拉式可展開(kāi)天線(xiàn)機(jī)構(gòu)參數(shù)化建模 262
10.1.1 基本張拉單元 262
10.1.2 基本張拉模塊 263
10.1.3 索桿張拉天線(xiàn)機(jī)構(gòu) 266
10.2 天線(xiàn)機(jī)構(gòu)力學(xué)分析 268
10.2.1 天線(xiàn)機(jī)構(gòu)力學(xué)建模 268
10.2.2 基本參數(shù)求解 272
10.3 索桿張拉式可展開(kāi)天線(xiàn)機(jī)構(gòu)參數(shù)分析 273
10.3.1 張拉天線(xiàn)解域分析 273
10.3.2 張拉天線(xiàn)參數(shù)分析 275
10.3.3 張拉天線(xiàn)展開(kāi)形態(tài)分析 280
10.4 索桿張拉式可展開(kāi)天線(xiàn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)與研制 281
10.4.1 張拉天線(xiàn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 281
10.4.2 樣機(jī)研制與試驗(yàn) 282
10.5 本章小結(jié) 284
參考文獻(xiàn) 285
第11章 薄膜天線(xiàn)可展開(kāi)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 286
11.1 薄膜天線(xiàn)可展開(kāi)機(jī)構(gòu)構(gòu)型設(shè)計(jì) 286
11.1.1 系統(tǒng)組成 286
11.1.2 薄膜天線(xiàn)可展開(kāi)機(jī)構(gòu)構(gòu)型 287
11.2 薄膜的折疊與張拉找形分析 288
11.2.1 薄膜的折疊 288
11.2.2 薄膜張拉系統(tǒng)設(shè)計(jì) 290
11.2.3 薄膜力學(xué)特性分析 291
11.3 薄膜天線(xiàn)可展開(kāi)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 293
11.3.1 彈性伸桿機(jī)構(gòu) 293
11.3.2 豆莢桿展開(kāi)機(jī)構(gòu) 296
11.3.3 三棱柱式薄膜天線(xiàn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 298
11.4 本章小結(jié) 300
參考文獻(xiàn) 300
第12章 固面天線(xiàn)可展開(kāi)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 302
12.1 太陽(yáng)花式可展開(kāi)天線(xiàn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 302
12.1.1 基本可展開(kāi)單元設(shè)計(jì) 302
12.1.2 基本可展開(kāi)單元組裝與運(yùn)動(dòng)特性分析 304
12.1.3 可展開(kāi)天線(xiàn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 307
12.2 多瓣式可展開(kāi)天線(xiàn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 309
12.2.1 天線(xiàn)機(jī)構(gòu)的分瓣設(shè)計(jì) 309
12.2.2 多瓣式可展開(kāi)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 310
12.3 本章小結(jié) 314
參考文獻(xiàn) 314