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考虑驱动索柔性的网状天线展开动力学分析

杨癸庚 卫鑫鹏 李鹏阳 汤奥斐 孔令飞

杨癸庚,卫鑫鹏,李鹏阳, 等. 考虑驱动索柔性的网状天线展开动力学分析[J]. 机械科学与技术,2022,41(9):1369-1375 doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220188
引用本文: 杨癸庚,卫鑫鹏,李鹏阳, 等. 考虑驱动索柔性的网状天线展开动力学分析[J]. 机械科学与技术,2022,41(9):1369-1375 doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220188
YANG Guigeng, WEI Xinpeng, LI Pengyang, TANG Aofei, KONG Lingfei. Deployment Dynamics Analysis of Mesh Antennas Considering Driving-cable Flexibility[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2022, 41(9): 1369-1375. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220188
Citation: YANG Guigeng, WEI Xinpeng, LI Pengyang, TANG Aofei, KONG Lingfei. Deployment Dynamics Analysis of Mesh Antennas Considering Driving-cable Flexibility[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2022, 41(9): 1369-1375. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220188

考虑驱动索柔性的网状天线展开动力学分析

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20220188
基金项目: 国家自然科学基金项目(51805430)与陕西省自然科学基础研究计划项目(2019JQ-365)
详细信息
    作者简介:

    杨癸庚(1989−),博士研究生,研究方向为空间可展开机构的力学分析及优化设计,guigengyang@xaut.edu.cn

  • 中图分类号: V443

Deployment Dynamics Analysis of Mesh Antennas Considering Driving-cable Flexibility

  • 摘要: 为综合考虑铰链摩擦、索网张力及驱动绳索柔性对环形桁架式网状可展开天线展开过程的影响,建立了包含驱动绳索-滑轮的环形桁架天线系统动力学模型。采用基于位置控制的展开策略对天线的展开过程进行运动规划,实现展开角加速度的峰值最小化,并获取驱动绳索的最优输入轨迹;采用Bushing力法建立驱动绳索的动力学模型,并将索网张力等效为作用在桁架铰链上的时变外载荷,进而得到天线整体系统的动力学模型。仿真案例结果表明,驱动绳索的柔性、展开时间等参数会对展开过程中的展开角加速度和驱动索力产生显著影响,可为实际工程中环形桁架天线的展开过程控制提供参考。
  • 图  1  环形桁架天线整体模型

    图  2  环形桁架的平行四边形单元

    图  3  环形桁架展开过程

    图  4  展开角的最优运动状态

    图  5  驱动索的最优收纳状态

    图  6  桁架铰链受到的索网作用力曲线

    图  7  不同驱动索弹性模量下的展开角加速度曲线

    图  8  不同驱动索弹性模量下的驱动索力曲线

    图  9  不同展开时间下的展开角加速度曲线

    图  10  不同展开时间下的驱动索力曲线

    表  1  零部件几何参数

    参数名称 取值 /mm 参数名称 取值 /mm
    横杆长度 346 细斜杆长度 350
    竖杆长度 230 滑轮直径 5
    粗斜杆长度 340 驱动索直径 0.8
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    表  2  不同驱动索弹性模量下的天线展开角加速度峰值

    驱动索弹性
    模量/ GPa
    天线展开角加速度峰值 /(°·s−2
    加速展开阶段 减速展开阶段
    50 649.5 1010
    100 510.4 841
    150 464.2 714.7
    200 441.2 627.1
    250 440.5 558.2
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    表  3  不同驱动索弹性模量下的驱动索力峰值

    驱动索弹性
    模量/ GPa
    驱动索力峰值 /N
    加速展开阶段 减速展开阶段
    50 68.1 54.2
    100 59.3 53.9
    150 55.8 53.8
    200 53.8 53.7
    250 52.5 53.7
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    表  4  不同展开时间下的天线展开角加速度峰值

    展开总时间tp/ s 天线展开角加速度峰值 /(°·s−2
    加速展开阶段 减速展开阶段
    1 441.2 627.1
    10 4.417 6.287
    100 0.0443 0.0624
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  • 收稿日期:  2021-11-22
  • 刊出日期:  2022-09-05

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