[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

说明书

本发明提供了一种基于能量角度的可展开天线展开驱动力分析方法，其主要步骤包括：首先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；然后设定描述天线展开过程的展开角的范围以及增量；再依次计算展开过程中的天线桁架的动能增量、重力势能增量以及索网的弹性势能增量与驱动电机的输入能量，最后计算天线展开驱动力。本发明利用索网对天线桁架的非线性作用力对天线做的功定量描述了索网结构对天线展开过程的影响程度，并针对天线展开过程中任意微小过程，从能量守恒的角度得到了考虑索网因素的可展开天线的展开驱动力。

技术领域

本发明属于可展开天线展开过程分析技术领域，具体涉及一种基于能量角度的可展开天线展开驱动力分析方法。

背景技术

星载网状反射面可展开天线因其质量轻、易折叠、收纳率高，易实现大口径是国际宇航界研究的热点之一，主要由可展开的桁架系统和柔性索网系统以及金属反射网组成。其中，柔性索网结构被折叠于桁架中间，入轨后随桁架展开，从初始的松弛状态逐渐张成设计需要的天线形面，在此过程中索网结构对桁架产生了复杂的非线性作用力，尤其是在展开的后期，索网张力是影响展开驱动力的主要因素，因此研究索网对天线桁架的非线性作用力对天线展开过程的影响是非常有必要的，而该影响最终体现在了天线展开过程中所需的展开驱动力上，研究天线展开所需驱动力对于指导实际工程是非常意义的。

以往的研究主要是针对索网结构对桁架产生的作用力的分析，针对大部分的网状反射面天线，往往根据工程人员的经验假设，索网系统在桁架展开过程后期的某时刻开始作用，作用力的大小则是线性增加并最终达到设计张力，这种假设是缺乏理论依据，导致分析与试验结果产生较大误差。为了更加准确的分析索网结构对天线桁架产生的影响，茹文锐、张逸群提出了一种基于悬链线单元的松弛索网描述方法并研究了针对网状反射面天线展开过程的索网张力影响分析方法，并通过试验得到了验证，该方法得到了索网对天线桁架的作用力变化曲线，在此基础上，本发明从能量的角度利用索网对天线桁架的作用力对天线桁架做的功定量描述了索网结构对天线展开过程的影响程度。由于索网通过对桁架做功获取了索网的弹性势能，因此，本发明提出了一种基于能量角度的可展开天线展开驱动力分析方法，该方法主要是通过对展开过程中的任意微小过程依据能量守恒原理，令天线系统的输入能量与输出能量相等，得到了天线展开过程中所需驱动力的大小，其中，电机是输入，输出包含索网的弹性势能，天线桁架的动能及其势能，该方法的理论依据保证了其正确性。

发明内容

本发明的目的是在现有技术的基础上，提供一种从能量角度出发的可展开天线驱动力分析方法，通过该方法可以探究索网结构对天线展开过程的影响机理，对实际工程具有一定的指导意义。

本发明的技术方案是：一种基于能量角度的可展开天线展开驱动力分析方法，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)；

其中，t为时间，是天线桁架动能对时间的导数，是展开角对时间的导数；

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，H是天线桁架横杆的长度，是天线桁架接头z向位移对展开角的导数；