[发明专利]一种基于能量角度的可展开天线展开驱动力分析方法

权利要求书

1.一种基于能量角度的可展开天线展开驱动力分析方法，其特征是：包括如下步骤：

步骤101：给定天线桁架与索网的结构参数、材料参数以及索网的拓扑关系；

步骤102：设定描述天线展开过程的展开角θ∈[θ_min,θ_max]以及角位移增量其中θ_min为展开角θ的初始值，θ_max为展开角θ的终止值；

步骤103：令展开角等于初始值θ_min；

步骤104：计算天线桁架的动能增量关于展开角度θ的函数值ΔE_k(θ)；

步骤105：计算天线桁架的重力势能增量ΔE_{p_truss}(θ)；

其中，n是桁架单元数，m_erect是天线桁架竖杆的质量，g是重力加速度，是天线桁架接头位移的z向分量对展开角的一阶导数；

步骤106：计算索网的弹性势能增量ΔE_{p_net}(θ)；

ΔE_{p_net}(θ)＝-ΔW(θ) (2)

其中，ΔW(θ)是索网对天线桁架的作用力对天线桁架做的功；

步骤107：计算驱动天线展开的驱动电机的输入能量ΔE_in(θ)；

ΔE_in(θ)＝-ΔW_s(θ) (3)

其中，ΔW_s(θ)是驱动索对驱动天线展开的电机做的功；

步骤108：根据能量守恒原理计算天线展开驱动力F_mo(θ)；

其中，L是天线桁架的高度，H是天线桁架横杆的长度；

步骤109：判断展开过程是否结束，若θ≤θ_min，则执行步骤110，若θ＞θ_max，则展开过程结束；

步骤110：进入展开过程的下一个状态执行步骤104。

2.如权利要求1所述的一种基于能量角度的可展开天线展开驱动力分析方法，其特征是：所述的步骤104，包括如下步骤：

步骤201：给定驱动索的驱动端数N；

步骤202：给定驱动索的位移轨迹规划l(t)，t是展开时间；

步骤203：计算驱动索的速度以及加速度

步骤204：计算展开角关于驱动索位移的函数值θ(l)；

其中，l是驱动索的位移，θ₀是展开角的初始值θ₀＝θ_min；

步骤205：计算展开角对驱动索位移的一阶导数与二阶导数

其中，

步骤206：计算展开角关于时间的函数值θ(t)；

θ(t)＝θ(l(t)) (8)

步骤207：计算展开角对时间的一阶导数与二阶导数

步骤208：计算天线桁架接头的位移S(θ)；

步骤209：计算天线桁架接头的速度加速度

步骤210：计算天线桁架动能E_k(t)：

其中，m是将天线桁架质量均布到各个接头上的平均质量，分别是桁架接头j的位移的x,y,z分量对展开角的一阶导数，其中j＝1,2,…,2n；

步骤211：计算天线桁架动能对时间的一阶导数

其中，分别是桁架接头j的位移的x,y,z分量对展开角的二阶导数；

步骤212：计算天线桁架的动能增量关于时间的函数值ΔE_k(t)；

步骤213：根据展开角关于时间的函数θ(t)，将天线桁架的动能增量ΔE_k(t)映射到ΔE_k(θ)。

3.如权利要求1所述的一种基于能量角度的可展开天线展开驱动力分析方法，其特征是：所述的步骤106，包括如下步骤：

步骤301：将索网与天线桁架接头j相连的节点作为索网边界节点；

步骤302：计算天线桁架所有接头的位移增量ΔS_j(θ)作为索网的边界节点约束；

步骤303：给定索网的初始节点坐标；

步骤304：根据给定的索网结构参数、拓扑关系、边界节点约束以及初始节点坐标，基于悬链线单元建立索网的力学有限元模型；

步骤305：令索网中所有节点受力平衡，计算此时索网所有边界节点的受力F_{j_net}(θ)；

步骤306：计算索网对天线桁架所有接头的作用力F_{j_truss}(θ)；

F_{j_truss}(θ)＝-F_{j_net}(θ) (14)

步骤307：令接头序号j＝1；

步骤308：计算索网作用力对桁架接头j做的功ΔW_j(θ)；

ΔW_j(θ)＝F_{j_truss}(θ)·ΔS_j(θ) (15)

步骤309：判断j≤2n是否成立，若成立，则执行步骤310，否则执行步骤311；

步骤310：切换到下一个桁架接头j＝j+1，执行步骤308；

步骤311：索网对天线桁架的作用力对天线桁架做的功ΔW(θ)：

步骤312：计算索网的弹性势能增量ΔE_{p_net}(θ)：

ΔE_{p_truss}＝-ΔW(θ) (17)。