超大口径环形天线包带展开过程动力学仿真

胡建峰，杨军刚，肖勇，万小平，冯涛，王勇，郑冰

1. 中国空间技术研究院西安分院，西安 710100 2. 西安嘉业航空科技有限公司，西安 710089

1 引言

环形可展开天线[1-2](见图1)以其高收纳比、轻质量等特点，已成为国内外超大口径天线研究的主流结构形式。

图1 环形可展开天线结构示意Fig.1 Loop antenna sketch map

中间包带是环形可展开天线的重要组成部分，其功能为实现环形可展开天线收拢状态紧固及展开状态按指令解锁释放，它主要由复材包带、根部固定端、逆止回弹机构、拔销器、金属接头等组成，如图2所示。因中间包带展开过程与环形桁架展开同步进行，且复材包带为轻质、大柔性部件，地面试验难以模拟在轨零重力展开过程。此外，当环形可展开天线口径增大至30 m及以上时，反射器同步铰链初始力矩增大，导致桁架预展速度增大；天线口径增大导致相应复材带长度增大，收拢时弹性势能增大；这两种因素导致超大口径环形天线展开过程中金属接头与桁架管件存在很大碰撞风险。因此采用数值仿真方法对在轨展开真实情况预示以及通过仿真识别敏感性要素进而提高展开可靠度具有重要意义。

图2 中间包带组成示意Fig.2 The composition of middle flexible belt

在针对大变形及大范围运动柔性部件建模方面，目前主流方向包括绝对节点坐标法[3-4]和几何精确梁理论[5-8]。文献[9]基于绝对节点坐标法对环形天线展开不同步性进行分析，文献[10]基于几何精确梁理论对环形天线进行动力学建模仿真。以上两种建模方法在计算效率、解决奇异性、应变客观性、编程实现等方面各有优缺点[11]。……