含索铰结构的桁架天线在外热流作用下的响应研究

【作者】 华运韬； 马文来； 赵阳； 沈迎咏；

【机构】 哈尔滨工业大学航天学院；

【摘要】 随着卫星天线朝尺寸更大型、工作波段更高的方向发展,桁架式天线被更加广泛的应用。拥有此类天线的卫星在轨运行时,因频繁进出地影,会发生较大幅值的热变形。此前的研究多将桁架结构的杆件作简支处理,而实际在轨运行时,桁架天线杆件之间的索铰结构对热响应的影响已不可忽略,这将会影响桁架天线、特别是高精度高频段天线的性能指标。本文研究了索铰结构对桁架天线在外热流作用下的动力学响应特性的影响。使用ThermalDesktop软件,考虑太阳辐射热流、地球辐照热流和地球反射热流的综合作用下,建立了天线结构的热网格模型,分析得到每个热节点随时间变化的温度曲线。根据不同的单元类型,将上述热载荷等效成单元受到的力和弯矩。使用ADAMS软件,分析预紧力、三维间隙铰链分段力等参数的影响,建立了桁架杆系、绳索驱动结构和三维间隙铰链结构的典型桁架天线。其中,绳索驱动结构将通过预紧力的形式施加;三维间隙铰链将采用分段函数的形式,分别推导其在热载荷作用下的自由运动状态时的惯性力,以及接触状态时的非线性接触力、黏性阻尼力和摩擦力。数值模拟结果表明,考虑索铰的桁架天线系统,铰链间隙使铰链在径向和侧向均存在力-位移的非线性特性,由于外热流作用下产生的热致振动和间隙碰撞作用的影响,天线系统即使在锁定后仍会出现反射面型面精度的变化、甚至难以稳定的现象。研究此类含索铰结构的桁架天线的在轨热响应,将更好地进行天线在轨热响应的抑制,以提高天线形面精度和稳定性,达到最优天线性能指标的目的。更多还原