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空间可展开天线铰链热变形分析与试验验证

杨智杰 张从发 赵瑞杰 王春洁 赵军鹏

杨智杰,张从发,赵瑞杰,等. 空间可展开天线铰链热变形分析与试验验证[J]. 北京航空航天大学学报,2024,50(1):243-249 doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0219
引用本文: 杨智杰,张从发,赵瑞杰,等. 空间可展开天线铰链热变形分析与试验验证[J]. 北京航空航天大学学报,2024,50(1):243-249 doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0219
YANG Z J,ZHANG C F,ZHAO R J,et al. Thermal deformation analysis and experimental verification of spatial deployable antenna hinge[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics,2024,50(1):243-249 (in Chinese) doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0219
Citation: YANG Z J,ZHANG C F,ZHAO R J,et al. Thermal deformation analysis and experimental verification of spatial deployable antenna hinge[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics,2024,50(1):243-249 (in Chinese) doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0219

空间可展开天线铰链热变形分析与试验验证

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2022.0219
基金项目: 国家自然科学基金(51635002)
详细信息
    通讯作者:

    E-mail:zhaojunpeng@buaa.edu.cn

  • 中图分类号: V443.4

Thermal deformation analysis and experimental verification of spatial deployable antenna hinge

Funds: National Natural Science Foundation of China (51635002)
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  • 摘要:

    在轨热变形是影响空间可展开天线精度的关键因素之一,因此,空间可展开天线结构的在轨热变形分析具有十分重要的意义。随着空间探测任务要求的不断提高,铰链热变形对空间可展开天线指向精度的影响已经不可忽略。以某空间可展开天线的根部铰链和臂间铰链为研究对象,建立其有限元模型,计算铰链主弯方向和侧弯方向在温度每变化10 ℃时相对角度的变化。基于高低温箱和电子经纬仪构建铰链精度测试系统,开展铰链热变形试验。试验结果表明:根部铰链和臂间铰链在主弯方向和侧弯方向呈现纯结构热变形特性,仿真结果与试验分析结果基本一致,验证有限元模型和试验分析方法的正确性。根据铰链主弯和侧弯方向角度相对变化,评估热变形对铰链变形的影响。该建模和试验分析方法可为同类型空间可展开天线设计、分析和优化及类似可展开机构精度影响因素的分析提供参考。

     

  • 图 1  某空间可展开天线

    Figure 1.  A spatially deployable antenna

    图 2  根部铰链和臂间铰链结构

    Figure 2.  Root hinge structure and interarm hinge structure

    图 3  某空间可展开天线有限元模型

    Figure 3.  Finite element model of a space deployable antenna

    图 4  铰链边界条件设置

    Figure 4.  Hinge boundary condition setting

    图 5  铰链热变形云图

    Figure 5.  Hinge thermal deformation cloud image

    图 6  法线向量转角示意图

    Figure 6.  Schematic diagram of normal vector angle

    图 7  铰链精度测试系统

    Figure 7.  Hinge accuracy test system

    图 8  单个温度循环试验流程

    Figure 8.  Flow chart of single temperature cycle test

    图 9  臂间铰链试验安装状态

    Figure 9.  Experiment installation state of interarm hinge

    图 10  根部铰链主弯方向相对角度变化

    Figure 10.  Relative angle changes of main benddirection of root hinge

    图 11  根部铰链侧弯方向相对角度变化

    Figure 11.  Relative angle changes of lateral benddirection of root hinge

    图 12  臂间铰链主弯方向相对角度变化

    Figure 12.  Relative angle changes of main bend direction of interarm hinge

    图 13  臂间铰链侧弯方向相对角度变化

    Figure 13.  Relative angle changes of lateral bend direction of interarm hinge

    表  1  铰链刚度参数

    Table  1.   Hinge stiffness parameters

    关节 Rx/(103 Nm·rad−1) Ry/(103 Nm·rad−1) Rz/(103 Nm·rad−1) x向平移刚度/(106 N·m−1) y向平移刚度/(105 N·m−1) z向平移刚度/(105 N·m−1)
    根部铰链 5 5 5 1 5 5
    臂间铰链 5 5 5 1 5 5
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    表  2  铰链热变形分析与试验结果的转动角度

    Table  2.   Rotation angle of hinge thermal deformation analysis and test results (°)

    结果
    类型
    根部铰链

    主弯方向
    根部铰链
    侧弯方向
    臂间铰链

    主弯方向
    臂间铰链

    侧弯方向
    分析值0.005 40.004 10.004 40.001 0
    试验值0.004 20.002 60.004 60.000 6
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-04-06
  • 录用日期:  2022-05-14
  • 网络出版日期:  2022-06-07
  • 整期出版日期:  2024-01-31

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