Разработка метода и алгоритма коррекции формы отражающей поверхности трансформируемого зонтичного рефлектора

Введение 7
1 Описание модели рефлектора 12
1.1 Структура отражающей поверхности 12
1.2 Возможные виды регулировки формы отражающей поверхности 14
1.3 Физическая постановка задачи 15
2 Математическая формулировка задачи определения НДС рефлектора 18
2.1 Основные уравнения теории упругости 18
2.2 Метод конечных элементов 19
2.3 Программное обеспечение ANSYS 20
2.4 Элементы, используемые для построения КЭМ рефлектора 21
2.5 Построение КЭМ рефлектора 24
2.6 Анализ качества отражающей поверхности по СКО 26
2.7 Результаты определения НДС рефлектора 28
2.8 Верификация расчетов НДС 30
3 Анализ регулирования на основе матрицы влияния 33
3.1 Математическая формулировка задачи регулирования рефлектора 33
3.2 Реализация регулирования ОП рефлектора 38
Заключение
Список литературы
Купить

Важное направление работ в области аэрокосмической техники непосредственно связано с созданием систем глобальной связи. Для недавно освоенных диапазонов дециметровых и сантиметровых волн возникла необходимость в создании больших космических антенн диаметром 10-100 метров (см. рисунок 1). Предполагается, что использование больших космических радиоантенн, размещенных на околоземной орбите, позволит существенно расширить число абонентских каналов и значительно уменьшить энергетические потери, характерные для кабельной телефонной связи. Космическая телефонная сеть в свою очередь обеспечит устойчивую связь с движущимися объектами (автомашинами, самолетами, надводными судами)[6].
По принципу развертывания, определяемому назначением, космические антенны подразделяются на саморазвертывающиеся и развертываемые с помощью человека. По устройству механизма развертывания антенны можно разделить на следующие группы:
Механические - элементы конструкции образуют единственную механическую схему; развертывание механизма производится за счет энергии пружин или деформированных упругих элементов конструкции, изменением их взаимного углового положения;
Пневматические - раскрытие происходит за счет создания избыточного давления во внутренних полостях конструкции;
Вращающиеся - раскрытие осуществляется за счет центробежных сил, возникающих при вращении антенны вокруг фокальной оси;
Пиротехнические - развертывание в результате взрыва небольшого заряда или группы зарядов;
Комбинированные - раскрытые за счет комбинации действий перечисленных механизмов развертывания.
Для каждого конкретного применения развертываемой антенны существует большое число определенных требований, выполнение которых обеспечивает соответствующее функционирование ее конструкции. К общим требованиям можно отнести: жесткость конструкции в рабочем положении, минимальную массу и объем в сложенном положении, транспортабельность, заданную точность отражающей поверхности, высокую надежность развертывания, сохранение электродинамических параметров в заданных пределах при воздействии нагрузок со стороны окружающей среды, технологичность и низкую стоимость. Специфика наземного и космического базирования накладывает особые требования на развертываемые антенны [6].
Антенны космических аппаратов должны быть саморазвертывающимися и устойчивыми к влиянию со стороны космического пространства: солнечному давлению, перепаду температур, аэродинамическому сопротивлению на низких орбитах глубокому вакууму, метеоритам и т.д. Большие трудности возникают при обеспечении возможности проведения испытаний больших космических антенн в наземных условиях.
Наземные антенны иногда допускают ручное развертывание или сборку и должны иметь высокую степень устойчивости к воздействию ветра и осадков, а так же к перегрузкам, которые возникают при транспортировке, а так же обеспечивать неизменность радиотехнических параметров при многократном развертывании-свертывании [6].
Сохранение формы отражающей поверхности антенны зонтичного типа обеспечивается: механизмом развертывания, например, за счет вращений антенны или избыточного давления; фиксаторами, которые срабатывают сразу после раскрытия антенны; воздействием электростатических сил или магнитов, установленных на гибкой отражающей поверхности.
Одним из основных элементов радиоантенн является рефлектор. Рефлектор представляет собой механическую систему, состоящую из: 1 - фронтальной сети; 2 - отражающей поверхности, выполненной из металлического сетеполотна; 3 - системы вант, связывающих сетполотно со спицами; 4 - силового каркаса рефлектора. Эту систему можно рассматривать как управляемый объект. Тросы системы раскрытия и другие элементы управления всей конструкцией рассматриваются как управляющее устройство (см. рисунок 2, 3).
Конструкции современных рефлекторов характеризуются большими размерами и относительно малой массой, лимитируемой стоимостными ограничениями, связанными с расходами по доставке конструкции на заданную орбиту. Поэтому конструкции рефлекторов получаются весьма гибкими, что порождает множество проблем, нетипичных, например, для таких относительно жестких систем как элементы конструкции самолета [6].
В свою очередь, к конструкции рефлектора крупногабаритной космической антенны предъявляются высокие требования по жесткости, которые обусловлены необходимостью точной ориентации конструкции и должны обеспечивать высокую точность функциональных поверхностей. Кроме достаточной жесткости, другим важным критерием, влияющим на качество рефлектора, является наличие неровностей на его отражающей поверхности и то, что отражающая поверхность имеет отклонение от идеальной формы. Наличие неровностей отражающей поверхности может быть связано с различными факторами: неточностью изготовления элементов рефлектора, ошибками, допущенными при сборке антенны, неправильным раскрытием рефлектора на орбите, неравномерным тепловым расширением элементов силового каркаса вследствие солнечной радиации и различного рода внешних воздействий [13,14].

Купить