【摘要】：大型空間機(jī)構(gòu)如太陽(yáng)能電池陣、大型空間天線的研究與應(yīng)用變得越來(lái)越廣泛,也使得充氣展開(kāi)機(jī)構(gòu)向著質(zhì)量更輕,體積更小的方向發(fā)展。因此研究高收納比輕質(zhì)化的充氣可展結(jié)構(gòu)具有深遠(yuǎn)的意義。但此類(lèi)機(jī)構(gòu)的研發(fā)同樣面臨巨大的挑戰(zhàn),畢竟在存在重力場(chǎng)和大氣壓的地面上,難以完成空間環(huán)境條件下的試驗(yàn),而空間實(shí)驗(yàn)花費(fèi)巨大,故本文所進(jìn)行的針對(duì)充氣展開(kāi)機(jī)構(gòu)的計(jì)算機(jī)仿真模擬是非常有必要的。首先,本文討論了豆莢桿機(jī)構(gòu)充氣展開(kāi)模擬過(guò)程中的非線性大變形問(wèn)題、復(fù)雜接觸問(wèn)題及控制體積法等基本理論。隨后,使用通用有限元軟件LS-DYNA分別對(duì)充氣展開(kāi)機(jī)構(gòu)的部件豆莢桿、氣柱和尼龍搭扣的模型進(jìn)行創(chuàng)建,且對(duì)單個(gè)部件的功能進(jìn)行了模擬。其后,利用軟件中重啟動(dòng)命令,分別在有重力和失重條件下,對(duì)充氣展開(kāi)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了壓縮、卷曲收納、充氣展開(kāi)三個(gè)連續(xù)過(guò)程的計(jì)算機(jī)模擬。通過(guò)模擬結(jié)果的分析,豆莢桿與氣柱的這種新的組合方式,不僅質(zhì)量輕、體積小,而且在尼龍搭扣的配合下可以平穩(wěn)的充氣展開(kāi)。緊接著,又對(duì)尼龍搭扣失效力恒定時(shí)不同充氣流量下展開(kāi)工況進(jìn)行了對(duì)比,研究了不同充氣質(zhì)量流量對(duì)展開(kāi)過(guò)程的影響,分析了充氣氣柱壓力同尼龍搭扣失效之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。本文還探究了不同尼龍搭扣布置位置對(duì)充氣展開(kāi)的影響。最后,對(duì)太陽(yáng)能陣的收攏與展開(kāi)進(jìn)行了模擬和分析,并且對(duì)全文做了詳細(xì)的總結(jié),提出了展望。
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：V414
【圖文】：

到９０年代末時(shí)，充氣展開(kāi)技術(shù)有了極大的進(jìn)步。逡逑１３邋？逡逑圖１．１邋Ｅｃｈｏ系列空間衛(wèi)星邐圖１．２充氣式擋板支撐機(jī)構(gòu)逡逑同時(shí)期，美宇航局進(jìn)行了充氣展開(kāi)天線（ＩＡＥ）的試驗(yàn)如圖１．３，其半徑７邋ｍ逡逑的充氣反射面通過(guò)３根長(zhǎng)２８邋ｍ的充氣桿撐住，整個(gè)裝置總質(zhì)量６０邋ｋｇ，但ＩＡＥ天逡逑線展開(kāi)的并不穩(wěn)定［３］。其后此實(shí)驗(yàn)室又同ＩＬＣ邋Ｄｏｖｅｒ公司研制的薄膜ＳＡＲ天線樣逡逑機(jī)如圖１．４，熱固化薄膜開(kāi)始應(yīng)用到充氣天線結(jié)構(gòu)中，其面密度在１．６邋ｋｇ／ｍ２左右，逡逑形面精度保持在０．７邋ｍｍ上下范圍［４１。逡逑圖１．３邋ＩＡＥ充氣天線［３］邐圖１．４ＩＬＣＤ0ｖｅｒ薄膜天線［４］逡逑與此同時(shí)歐洲各聯(lián)盟國(guó)按照他們的航空計(jì)劃業(yè)研發(fā)出了各種展開(kāi)結(jié)構(gòu)［５］。此逡逑間德國(guó)宇航中心開(kāi)展了邋Ｐ波段薄膜ＳＡＲ天線的試驗(yàn)，圖１．５為三分之一大小的Ｐ逡逑波段薄膜ＳＡＲ天線［６］。逡逑W逡逑圖１．５邋ＳＡＲ薄膜天線［６］邐圖１．６邋ＲＯＳＡ太陽(yáng)電池陣ｍ逡逑美國(guó)可展開(kāi)空間系統(tǒng)（ＤＳＳ）開(kāi)展了空間大功率電推進(jìn)工程研宄，使用了薄逡逑膜負(fù)載和有更好熱穩(wěn)定表現(xiàn)的碳纖維復(fù)合材料薄管的展開(kāi)結(jié)構(gòu)，研宄并制造出了逡逑一種輕量化的ＲＯＳＡ邋（Ｒｏｌｌ邋Ｏｕｔ邋Ｓｏｌａｒ邋Ａｒｒａｙ）太陽(yáng)電池陣樣品機(jī)「８］，如圖１．６所示。逡逑位于我國(guó)上海的宇航系統(tǒng)工程研宄所在進(jìn)行空間柔性太陽(yáng)電池展開(kāi)機(jī)構(gòu)

到９０年代末時(shí)，充氣展開(kāi)技術(shù)有了極大的進(jìn)步。逡逑１３邋？逡逑圖１．１邋Ｅｃｈｏ系列空間衛(wèi)星邐圖１．２充氣式擋板支撐機(jī)構(gòu)逡逑同時(shí)期，美宇航局進(jìn)行了充氣展開(kāi)天線（ＩＡＥ）的試驗(yàn)如圖１．３，其半徑７邋ｍ逡逑的充氣反射面通過(guò)３根長(zhǎng)２８邋ｍ的充氣桿撐住，整個(gè)裝置總質(zhì)量６０邋ｋｇ，但ＩＡＥ天逡逑線展開(kāi)的并不穩(wěn)定［３］。其后此實(shí)驗(yàn)室又同ＩＬＣ邋Ｄｏｖｅｒ公司研制的薄膜ＳＡＲ天線樣逡逑機(jī)如圖１．４，熱固化薄膜開(kāi)始應(yīng)用到充氣天線結(jié)構(gòu)中，其面密度在１．６邋ｋｇ／ｍ２左右，逡逑形面精度保持在０．７邋ｍｍ上下范圍［４１。逡逑圖１．３邋ＩＡＥ充氣天線［３］邐圖１．４ＩＬＣＤ0ｖｅｒ薄膜天線［４］逡逑與此同時(shí)歐洲各聯(lián)盟國(guó)按照他們的航空計(jì)劃業(yè)研發(fā)出了各種展開(kāi)結(jié)構(gòu)［５］。此逡逑間德國(guó)宇航中心開(kāi)展了邋Ｐ波段薄膜ＳＡＲ天線的試驗(yàn)，圖１．５為三分之一大小的Ｐ逡逑波段薄膜ＳＡＲ天線［６］。逡逑W逡逑圖１．５邋ＳＡＲ薄膜天線［６］邐圖１．６邋ＲＯＳＡ太陽(yáng)電池陣ｍ逡逑美國(guó)可展開(kāi)空間系統(tǒng)（ＤＳＳ）開(kāi)展了空間大功率電推進(jìn)工程研宄，使用了薄逡逑膜負(fù)載和有更好熱穩(wěn)定表現(xiàn)的碳纖維復(fù)合材料薄管的展開(kāi)結(jié)構(gòu)，研宄并制造出了逡逑一種輕量化的ＲＯＳＡ邋（Ｒｏｌｌ邋Ｏｕｔ邋Ｓｏｌａｒ邋Ａｒｒａｙ）太陽(yáng)電池陣樣品機(jī)「８］，如圖１．６所示。逡逑位于我國(guó)上海的宇航系統(tǒng)工程研宄所在進(jìn)行空間柔性太陽(yáng)電池展開(kāi)機(jī)構(gòu)

１３邋？逡逑圖１．１邋Ｅｃｈｏ系列空間衛(wèi)星邐圖１．２充氣式擋板支撐機(jī)構(gòu)逡逑同時(shí)期，美宇航局進(jìn)行了充氣展開(kāi)天線（ＩＡＥ）的試驗(yàn)如圖１．３，其半徑７邋ｍ逡逑的充氣反射面通過(guò)３根長(zhǎng)２８邋ｍ的充氣桿撐住，整個(gè)裝置總質(zhì)量６０邋ｋｇ，但ＩＡＥ天逡逑線展開(kāi)的并不穩(wěn)定［３］。其后此實(shí)驗(yàn)室又同ＩＬＣ邋Ｄｏｖｅｒ公司研制的薄膜ＳＡＲ天線樣逡逑機(jī)如圖１．４，熱固化薄膜開(kāi)始應(yīng)用到充氣天線結(jié)構(gòu)中，其面密度在１．６邋ｋｇ／ｍ２左右，逡逑形面精度保持在０．７邋ｍｍ上下范圍［４１。逡逑圖１．３邋ＩＡＥ充氣天線［３］邐圖１．４ＩＬＣＤ0ｖｅｒ薄膜天線［４］逡逑與此同時(shí)歐洲各聯(lián)盟國(guó)按照他們的航空計(jì)劃業(yè)研發(fā)出了各種展開(kāi)結(jié)構(gòu)［５］。此逡逑間德國(guó)宇航中心開(kāi)展了邋Ｐ波段薄膜ＳＡＲ天線的試驗(yàn)，圖１．５為三分之一大小的Ｐ逡逑波段薄膜ＳＡＲ天線［６］。逡逑W逡逑圖１．５邋ＳＡＲ薄膜天線［６］邐圖１．６邋ＲＯＳＡ太陽(yáng)電池陣ｍ逡逑美國(guó)可展開(kāi)空間系統(tǒng)（ＤＳＳ）開(kāi)展了空間大功率電推進(jìn)工程研宄，使用了薄逡逑膜負(fù)載和有更好熱穩(wěn)定表現(xiàn)的碳纖維復(fù)合材料薄管的展開(kāi)結(jié)構(gòu)，研宄并制造出了逡逑一種輕量化的ＲＯＳＡ邋（Ｒｏｌｌ邋Ｏｕｔ邋Ｓｏｌａｒ邋Ａｒｒａｙ）太陽(yáng)電池陣樣品機(jī)「８］，如圖１．６所示。逡逑位于我國(guó)上海的宇航系統(tǒng)工程研宄所在進(jìn)行空間柔性太陽(yáng)電池展開(kāi)機(jī)構(gòu)

【參考文獻(xiàn)】

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1 汪有偉;薄膜平面陣天線的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析[D];浙江大學(xué);2009年

本文編號(hào)：2761627