計(jì)及金屬鉸鏈的環(huán)形可展天線熱-結(jié)構(gòu)分析

武聰魁，何柏巖，袁鵬飛

（天津大學(xué)機(jī)構(gòu)理論與裝備設(shè)計(jì)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300350）

隨著航天科技的發(fā)展，為滿足航天器的電性能和使用要求，對(duì)其天線的形面精度和張力均勻性的要求越來(lái)越高［1］。環(huán)形可展天線的在軌服役環(huán)境十分惡劣，太空的極端環(huán)境條件會(huì)對(duì)天線的服役造成不同程度的影響，其中由空間輻射和空間低溫引起的天線熱變形是影響天線形面精度的重要因素［2-3］。環(huán)形可展天線主要由桁架、索網(wǎng)和鉸鏈等組成，各結(jié)構(gòu)所采用的材料不同，不同材料的結(jié)構(gòu)對(duì)熱變形的敏感性也不同［4］，因此天線各結(jié)構(gòu)的熱變形程度存在差異。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)環(huán)形可展天線的熱-結(jié)構(gòu)分析展開(kāi)了大量研究。例如：2010年，張惠峰等人［5］利用有限元方法分析了在軌運(yùn)行環(huán)形可展天線在不同時(shí)刻的溫度場(chǎng)和熱變形，并采用熱-結(jié)構(gòu)耦合分析方法進(jìn)行了算例分析，結(jié)果表明利用所用方法可實(shí)現(xiàn)天線從熱分析到結(jié)構(gòu)分析的直接轉(zhuǎn)化和耦合；2012年，王斌［6］利用Pro/E軟件建立了天線支撐機(jī)構(gòu)——桿-鉸鏈組件的幾何模型，并在均勻溫度場(chǎng)下進(jìn)行了天線的熱變形和熱模態(tài)分析；2013年，Dicarlo等人［7］通過(guò)簡(jiǎn)化模型預(yù)測(cè)了晝夜溫差對(duì)天線表面溫度的影響；2016年，Guo等人［8］通過(guò)分析天線在軌熱流的變化規(guī)律，計(jì)算了天線在熱流影響下的溫度場(chǎng)以及熱變形情況，得到在熱環(huán)境下天線電信號(hào)會(huì)失真的結(jié)論；2019年，贠海亮等人［9］利用有限元方法對(duì)環(huán)形可展天線進(jìn)行熱-結(jié)構(gòu)分析，所得結(jié)果表明天線熱變形使天線的形面精度嚴(yán)重惡化以及張力分布均勻性變差；2019年，Shen等人［10］研究了在空間環(huán)境中溫度突變時(shí)環(huán)形可展天線的熱致振動(dòng)情況。然而，上述研究中對(duì)環(huán)形可展天線的空間熱-結(jié)構(gòu)分析均沒(méi)有計(jì)及金屬鉸鏈部分，這主要是因?yàn)榻饘巽q鏈結(jié)構(gòu)復(fù)雜且其內(nèi)部各部分之間存在間隙、接觸和摩擦，在研究中難以建立如此復(fù)雜的實(shí)體模型，即使建立了金屬鉸鏈的實(shí)體模型，也會(huì)因模型過(guò)大而難以進(jìn)行溫度場(chǎng)的仿真分析。由于鉸鏈的材料為鋁合金，相對(duì)于桁架和索網(wǎng)所用的非金屬材料而言，鉸鏈具有更高的熱吸收率和熱膨脹率［11］，且在天線結(jié)構(gòu)中數(shù)量眾多，因此它對(duì)天線熱-結(jié)構(gòu)分析的影響不容忽視。

基于此，筆者擬以環(huán)形可展天線為研究對(duì)象，考慮太空真實(shí)在軌服務(wù)環(huán)境中的各類因素，基于斯忒藩-玻爾茲曼（Stefan-Boltzmann）定律和傅里葉熱傳導(dǎo)理論，利用有限元軟件UG建立計(jì)及金屬鉸鏈的環(huán)形可展天線的熱輻射-熱傳導(dǎo)分析模型，求解其在軌非均勻溫度場(chǎng)。同時(shí)，基于彈性熱力學(xué)理論，利用有限元軟件Abaqus建立計(jì)及金屬鉸鏈的環(huán)形可展天線的熱變形分析模型，研究金屬鉸鏈在非均勻溫度場(chǎng)下對(duì)環(huán)形可展天線形面精度及張力分布的影響規(guī)律，旨在為天線結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供參考。

1 環(huán)形可展天線結(jié)構(gòu)及其性能評(píng)價(jià)指標(biāo)

1.1 環(huán)形可展天線的結(jié)構(gòu)

環(huán)形可展天線主要由前索網(wǎng)面、縱向索陣、周邊桁架、后索網(wǎng)面和金屬鉸鏈五部分構(gòu)成［12］，如圖1所示。其中：周邊桁架作為環(huán)形可展天線的支撐結(jié)構(gòu)，由多個(gè)平行四邊形桁架單元通過(guò)金屬鉸鏈連接而成；前、后索網(wǎng)面由柔性索連結(jié)而成，與縱向索陣相互作用形成類似拋物面的索網(wǎng)面；金屬鉸鏈分為同步鉸鏈和T形鉸鏈，用于連接周邊桁架。

圖1 環(huán)形可展天線的結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Structure diagram of hoop deployable antenna

1.2 環(huán)形可展天線的性能評(píng)價(jià)指標(biāo)

環(huán)形可展天線的性能評(píng)價(jià)指標(biāo)主要包括天線的形面精度和張力比。

1）形面精度。

在設(shè)計(jì)階段，環(huán)形可展天線的形面誤差主要包括原理誤差及設(shè)計(jì)誤差，通常以設(shè)計(jì)誤差來(lái)描述天線的形面精度［13］。通過(guò)求解實(shí)際前索網(wǎng)面和理想前索網(wǎng)面之間所有對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)差的均方根R來(lái)獲取天線的設(shè)計(jì)誤差。如圖2所示，設(shè)理想前索網(wǎng)面上的任一節(jié)點(diǎn)為Mi（xi，yi，zi），實(shí)際前索網(wǎng)面上與其對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)為M′（x'i，y'i，z'i），在全局坐標(biāo)系下x、y、z方向上兩節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)差分別為ΔXi、ΔYi和ΔZi，則：

式中：k為前索網(wǎng)面的節(jié)點(diǎn)總數(shù)。

圖2 天線的設(shè)計(jì)誤差示意圖Fig.2 Schematic diagram of design error of antenna

2）張力比。

環(huán)形可展天線為一種張拉整體結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部張力的分布形式并不唯一?？紤]到天線的結(jié)構(gòu)力學(xué)性能，其內(nèi)部張力分布應(yīng)盡可能均勻，即索網(wǎng)的張力比越小越好［14］。索網(wǎng)的張力比η為：

式中：Fmax為索段的最大張力；Fmin為索段的最小張力。

2 環(huán)形可展天線的熱-結(jié)構(gòu)分析模型

2.1 環(huán)形可展天線的熱輻射-熱傳導(dǎo)分析模型

環(huán)形可展天線在軌運(yùn)行時(shí)會(huì)時(shí)刻受到空間熱源的強(qiáng)熱輻射，且其內(nèi)部結(jié)構(gòu)之間存在熱傳導(dǎo)，因此需建立天線的熱輻射-熱傳導(dǎo)模型，以分析其溫度分布。在時(shí)空域中，溫度T是關(guān)于空間位置（x，y，z）和時(shí)間t的函數(shù)，可表示為T（x，y，z，t）。根據(jù)傅里葉熱傳導(dǎo)理論，在笛卡爾坐標(biāo)系下，三維非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱微分方程的一般形式為：

式中：ρ為微元體密度；c為微元體的比熱容；Φ為單位時(shí)間、單位體積中熱源的生成熱；μx、μy、μz分別為微元體在x、y、z方向的導(dǎo)熱系數(shù)。

設(shè)實(shí)際物體對(duì)所有波長(zhǎng)的發(fā)射率均為常數(shù)，基于Stefan-Boltzman定律，物體的輻射力M（T）可表示為：

式中：ε為物體的發(fā)射率；φ為Stefan-Boltzman常數(shù)。

環(huán)形可展天線熱輻射-熱傳導(dǎo)的微分方程可表示為：

式中：A為天線單元的截面積；μ為天線材料的導(dǎo)熱系數(shù)；P為單元的截面周長(zhǎng)；εn為第n個(gè)單元的表面發(fā)射率；Bn為第n個(gè)單元的熱輻射吸收率；α為單元所接受到空間外熱流的面積因子；ζs、ζr、ζe分別為單元單位面積上的太陽(yáng)輻射能、地球反照能和地球輻射能；Tn為第n個(gè)單元的溫度。

由此可知，影響環(huán)形可展天線在軌溫度場(chǎng)的主要因素是天線各部分結(jié)構(gòu)材料的導(dǎo)熱系數(shù)、表面發(fā)射率和吸收率等。因此，在計(jì)算環(huán)形可展天線的空間溫度場(chǎng)時(shí)，須將天線模型與真實(shí)天線各結(jié)構(gòu)的熱輻射和熱傳導(dǎo)進(jìn)行近似等效。

2.2 環(huán)形可展天線的熱變形分析模型

利用熱輻射-熱傳導(dǎo)分析模型得到環(huán)形可展天線的在軌溫度場(chǎng)后，對(duì)環(huán)形可展天線結(jié)構(gòu)進(jìn)行熱變形分析。由彈性熱力學(xué)理論可知，當(dāng)環(huán)形可展天線各結(jié)構(gòu)間存在溫差ΔT（x，y，z，t）時(shí)，相應(yīng)的熱膨脹量為αTΔT（x，y，z，t），其中αT為材料的熱膨脹系數(shù)。根據(jù)廣義胡克定律可得環(huán)形可展天線的熱變形方程為［15］：

式中：kxx、kyy、kzz為應(yīng)變分量；σxx、σyy、σzz為應(yīng)力分量；E為材料的彈性模量；G為材料的剪切模量；λ為材料的泊松比；γxy、γyz、γzx為剪切應(yīng)變分量；τxy、τyz、τzx為剪切應(yīng)力分量。

由此可知，對(duì)環(huán)形可展天線熱變形影響最大的因素為溫差、材料熱膨脹系數(shù)及彈性模量等。因此，在計(jì)算環(huán)形可展天線的熱變形時(shí)，須將天線模型與真實(shí)天線各結(jié)構(gòu)的變形進(jìn)行近似等效。

基于上述熱力學(xué)理論分析，利用有限元軟件建立計(jì)及金屬鉸鏈的環(huán)形可展天線的熱-結(jié)構(gòu)分析模型。

3 計(jì)及金屬鉸鏈的環(huán)形可展天線的建模方法及算例

3.1 計(jì)及金屬鉸鏈的環(huán)形可展天線的建模方法

環(huán)形可展天線的結(jié)構(gòu)包括前后索網(wǎng)面、縱向索陣、周邊桁架和金屬鉸鏈，通過(guò)有限元軟件Abaqus對(duì)環(huán)形可展天線建模。桁架和索段結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于建模，其中：前后索網(wǎng)面和縱向索陣的材料為Kevlar，采用T3D2柔性索單元進(jìn)行建模；桁架由橫桿、豎桿和斜桿組成，其材料為碳纖維，采用B33梁?jiǎn)卧?。首先，基于上述方法建立不?jì)及鉸鏈的環(huán)形可展天線的模型。為使環(huán)形可展天線的索網(wǎng)形成一定的網(wǎng)面形狀，須對(duì)模型進(jìn)行找形處理［16］。

環(huán)形可展天線中的金屬鉸鏈數(shù)量較多，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜且內(nèi)部各部分之間存在間隙、接觸和摩擦，難以精確建模，因此須對(duì)鉸鏈結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)化。將結(jié)構(gòu)復(fù)雜的金屬鉸鏈簡(jiǎn)化為具有一定長(zhǎng)度和截面尺寸（與實(shí)際尺寸相等）的梁?jiǎn)卧?。金屬鉸鏈分為同步鉸鏈和T型鉸鏈，將同步鉸鏈簡(jiǎn)化為4個(gè)節(jié)點(diǎn)和3個(gè)桿單元，將T型鉸鏈簡(jiǎn)化為6個(gè)節(jié)點(diǎn)和5個(gè)桿單元，各桿單元之間通過(guò)Bushing單元進(jìn)行連接［17］。桿單元采用B33梁?jiǎn)卧?，桿的類型為空心桿，長(zhǎng)度為a，外徑為b，壁厚為h，如圖3所示。

圖3 金屬鉸鏈的簡(jiǎn)化模型Fig.3 Simplified model of metal hinge

在不計(jì)及鉸鏈的環(huán)形可展天線模型的基礎(chǔ)上，建立計(jì)及金屬鉸鏈的環(huán)形可展天線模型，通過(guò)在節(jié)點(diǎn)處引入Bushing單元［17］計(jì)及金屬鉸鏈的剛度。在計(jì)算環(huán)形可展天線的溫度場(chǎng)時(shí)，將簡(jiǎn)化鉸鏈的材料屬性按真實(shí)鉸鏈的材料屬性進(jìn)行設(shè)置，以滿足熱輻射和熱傳導(dǎo)的近似等效。在計(jì)算熱變形時(shí)，將簡(jiǎn)化鉸鏈視作桁架桿單元的一部分，忽略簡(jiǎn)化鉸鏈的熱變形，這是因?yàn)楹?jiǎn)化鉸鏈的結(jié)構(gòu)不完全等同于真實(shí)鉸鏈，簡(jiǎn)化鉸鏈沒(méi)有真實(shí)鉸鏈的力學(xué)特性，導(dǎo)致鉸鏈的實(shí)際熱變形無(wú)法準(zhǔn)確獲得。

3.2 計(jì)及金屬鉸鏈的環(huán)形可展天線建模算例

以口徑為16 m、焦距為10 m、高度為3.4 m的三十單元環(huán)形可展天線為例，利用上述方法對(duì)它進(jìn)行建模。在計(jì)及金屬鉸鏈的環(huán)形可展天線的模型中，索段共有481根，前、后索網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)數(shù)各為61個(gè)；桁架桿件共有120根，桁架節(jié)點(diǎn)數(shù)為60個(gè)；金屬鉸鏈共有60個(gè)，同步鉸鏈和T型鉸鏈各為30個(gè)，鉸鏈的節(jié)點(diǎn)總數(shù)為300個(gè)，桿單元設(shè)為空心桿，空心桿的長(zhǎng)度為7×10-2m，外徑為2.5×10-2m，壁厚為3×10-4m。環(huán)形可展天線各部分結(jié)構(gòu)的材料屬性如表1所示。

表1 環(huán)形可展天線各部分結(jié)構(gòu)的材料屬性Table 1 Material properties of each structure of hoop deployable antenna

在建立計(jì)及金屬鉸鏈的環(huán)形可展天線模型時(shí)通過(guò)引入Bushing單元來(lái)計(jì)及鉸鏈的剛度，故須對(duì)金屬鉸鏈進(jìn)行剛度測(cè)量實(shí)驗(yàn)［17］。具體實(shí)驗(yàn)方法為：固定金屬鉸鏈后，通過(guò)液壓機(jī)施加壓力和扭矩，并利用位移傳感器測(cè)得相應(yīng)位移，以測(cè)得金屬鉸鏈在如圖4所示的局部坐標(biāo)系下x，y，z方向的拉伸剛度和旋轉(zhuǎn)剛度。金屬鉸鏈剛度的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

圖4 金屬鉸鏈的剛度測(cè)量方向Fig.4 Measuring direction of stiffness of metal hinge

表2 金屬鉸鏈剛度的實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 2 Experimental results of stiffness of metal hinge

基于環(huán)形可展天線各部分結(jié)構(gòu)的材料屬性和金屬鉸鏈的剛度，建立找形后的計(jì)及金屬鉸鏈的環(huán)形可展天線的有限元模型，如圖5所示。

圖5 計(jì)及金屬鉸鏈的環(huán)形可展天線的有限元模型Fig.5 Finite element model of hoop deployable antenna with metal hinges

4 環(huán)形可展天線的溫度場(chǎng)與熱變形計(jì)算

4.1 環(huán)形可展天線溫度場(chǎng)的影響因素及基本假設(shè)

基于環(huán)形可展天線的真實(shí)在軌服役環(huán)境，考慮空間真空、空間低溫、微重力和空間熱源等因素對(duì)環(huán)形可展天線溫度場(chǎng)的影響。影響因素的設(shè)定及基本假設(shè)為：

1）空間真空。只考慮天線與外部環(huán)境的熱輻射和天線自身結(jié)構(gòu)間的熱輻射和熱傳導(dǎo)。

2）空間低溫。把空間環(huán)境看作絕對(duì)黑體，其空間溫度為-269℃。

3）微重力。忽略天線自身重力對(duì)變形的影響。

4）空間熱源。當(dāng)天線進(jìn)入地球軌道后，空間熱源主要為太陽(yáng)輻射熱。

根據(jù)不同時(shí)節(jié)的太陽(yáng)輻射強(qiáng)度，取春分日、夏至日、秋分日、冬至日的太陽(yáng)輻射通量分別為1 377.8，1 323.6，1 357.4，1 411.6 W/m2。通常將地球看作溫度為-23℃的絕對(duì)黑體，其一年的平均反照率為0.3［18］。

4.2 環(huán)形可展天線在軌運(yùn)行位置的劃分

以對(duì)地靜止軌道作為環(huán)形可展天線的運(yùn)行軌道，軌道高度為35 786 km，軌道傾角為0°，偏心率為0，運(yùn)行周期為86 400 s［19］。在春分日和秋分日，太陽(yáng)直射赤道，在運(yùn)行軌道上形成時(shí)長(zhǎng)為4 170 s的陰影區(qū)；在冬至日和夏至日，太陽(yáng)直射南、北回歸線，不會(huì)形成軌道陰影區(qū)。將環(huán)形可展天線的在軌運(yùn)行位置劃分為24個(gè)，取其中4個(gè)為特征位置，分別定義為側(cè)照位置6、正照位置12、側(cè)照位置18以及背照位置24，如圖6所示。

圖6 環(huán)形可展天線在軌運(yùn)行位置示意圖Fig.6 Diagram of position of hoop deployable antenna in orbit

4.3 環(huán)形可展天線溫度場(chǎng)的計(jì)算

利用有限元軟件分別計(jì)算在春分日、夏至日、秋分日和冬至日計(jì)及與不計(jì)及金屬鉸鏈的環(huán)形可展天線的在軌溫度場(chǎng)。設(shè)初始溫度為0℃，圖7至圖10所示分別為在以上4個(gè)計(jì)算日環(huán)形可展天線處于特征位置時(shí)的溫度云圖。

圖7 在春分日環(huán)形可展天線處于背照位置24時(shí)的溫度云圖Fig.7 Temperature cloud map of hoop deployable antenna at back-illuminated position 24 on the spring equinox day

圖8 在夏至日環(huán)形可展天線處于側(cè)照位置6時(shí)的溫度云圖Fig.8 Temperature cloud map of hoop deployable antenna at side-illuminated position 6 on the summer solstice day

圖9 在秋分日環(huán)形可展天線處于正照位置12時(shí)的溫度云圖Fig.9 Temperature cloud map of hoop deployable antenna at front-illuminated position 12 on the autumnal equinox day

圖10 在冬至日環(huán)形可展天線處于側(cè)照位置18時(shí)的溫度云圖Fig.10 Temperature cloud map of hoop deployable antenna at side-illuminated position 18 on winter solstice day

通過(guò)比較環(huán)形可展天線模型各節(jié)點(diǎn)的溫度差可知，環(huán)形可展天線在春分日處于背照位置24時(shí)的溫度差最大，故下文僅展示天線在該天、該位置時(shí)桁架和前后索網(wǎng)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的溫度曲線，如圖11至圖13所示。

圖11 桁架節(jié)點(diǎn)溫度比較Fig.11 Comparison of temperature of truss nodes

圖12 前索網(wǎng)面節(jié)點(diǎn)溫度比較Fig.12 Comparison of temperature of front cable mesh sur-face nodes

通過(guò)比較可知：

1）計(jì)及與不計(jì)及金屬鉸鏈的環(huán)形可展天線在春分日的溫度分布規(guī)律近似相同，但是金屬鉸鏈對(duì)天線的最低溫度和最高溫度均有巨大影響。

2）金屬鉸鏈對(duì)桁架節(jié)點(diǎn)溫度的影響很大。在春分日背照位置24時(shí)，計(jì)及金屬鉸鏈的環(huán)形可展天線桁架節(jié)點(diǎn)的溫度比不計(jì)及金屬鉸鏈的最多高45.10℃。

圖13 后索網(wǎng)面節(jié)點(diǎn)溫度比較Fig.13 Comparison of temperature of rear cable mesh sur-face nodes

3）金屬鉸鏈對(duì)索網(wǎng)節(jié)點(diǎn)溫度的影響相對(duì)較小。在春分日背照位置24時(shí)，計(jì)及金屬鉸鏈的環(huán)形可展天線索網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的溫度比不計(jì)及金屬鉸鏈的最多高17.56℃。

4.4 環(huán)形可展天線熱變形的計(jì)算

基于計(jì)算得到的溫度場(chǎng)，對(duì)環(huán)形可展天線施加溫度載荷，計(jì)算其熱變形，并求得天線熱變形后的形面精度和張力分布情況。圖14所示為在春分日環(huán)形可展天線處于所有24個(gè)位置時(shí)的形面精度變化曲線，圖15至圖17所示為天線各結(jié)構(gòu)的張力比曲線。

圖14 在春分日環(huán)形可展天線的形面精度變化曲線Fig.14 Variation curves of surface accuracy of hoop deploy-able antenna on the spring equinox day

由形面精度變化曲線可知：

1）相較于不計(jì)及金屬鉸鏈的環(huán)形可展天線，計(jì)及金屬鉸鏈的環(huán)形可展天線處于各個(gè)位置時(shí)的形面精度都產(chǎn)生了不同程度的惡化，其在14個(gè)位置處的形面精度變化值超過(guò)了3×10-4m，最大超過(guò)了1×10-3m，而不計(jì)及金屬鉸鏈的環(huán)形可展天線僅在正照位置12時(shí)的形面精度變化值超過(guò)3×10-4m。

2）計(jì)及金屬鉸鏈的環(huán)形可展天線的形面精度的變化值波動(dòng)更大，處于背照位置24時(shí)形面精度的變化值僅為1.9×10-4m，但處于正照位置12時(shí)形面精度的變化值為1.05×10-3m，已達(dá)到毫米級(jí)；而不計(jì)及金屬鉸鏈的環(huán)形可展天線的形面精度的變化值最大為6.5×10-4m，最小為6×10-5m。

圖15 在春分日環(huán)形可展天線前索網(wǎng)面的張力比曲線Fig.15 Tension ratio curves of front cable mesh surface of hoop deployable antenna on the spring equinox day

圖16 在春分日環(huán)形可展天線縱向索陣的張力比曲線Fig.16 Tension ratio curves of longitudinal cable of hoop de-ployable antenna on the spring equinox day

圖17 在春分日環(huán)形可展天線后索網(wǎng)面的張力比曲線Fig.17 Tension ratio curves of rear cable mesh surface of hoop deployable antenna on the spring equinox day

3）處于正照位置12時(shí)環(huán)形可展天線形面精度的變化值達(dá)到峰值，這是因?yàn)榇藭r(shí)太陽(yáng)光直射天線的后索網(wǎng)面，前索網(wǎng)面被遮擋，由此產(chǎn)生了很大的溫度差，從而導(dǎo)致處于該位置時(shí)天線形面精度的變化值達(dá)到峰值。

由張力比曲線可知：

1）處于位置6和位置18時(shí)，計(jì)及與不計(jì)及金屬鉸鏈的環(huán)形可展天線的張力比均產(chǎn)生波動(dòng)，這是因?yàn)樘幱谶@2個(gè)位置時(shí)，天線的一側(cè)被太陽(yáng)光直射，另一側(cè)被遮擋，導(dǎo)致兩側(cè)存在較大溫差，從而造成張力分布不均。計(jì)及金屬鉸鏈的環(huán)形可展天線的張力比惡化明顯，張力比最大達(dá)2.47。

2）計(jì)及與不計(jì)及金屬鉸鏈的環(huán)形可展天線的前后索網(wǎng)面和縱向索陣的張力分布的規(guī)律近似相同，計(jì)及金屬鉸鏈的環(huán)形可展天線處于各個(gè)位置時(shí)的張力比均比不計(jì)及金屬鉸鏈的大。

5 結(jié) 論

1）計(jì)及與不計(jì)及金屬鉸鏈的環(huán)形可展天線模型在同一時(shí)刻的溫度場(chǎng)相差很大，尤其是在鉸鏈和桁架節(jié)點(diǎn)處。在空間熱環(huán)境中，金屬鉸鏈對(duì)環(huán)形可展天線溫度場(chǎng)的影響很大。

2）通過(guò)環(huán)形可展天線的熱變形分析可知，金屬鉸鏈的熱效應(yīng)嚴(yán)重影響天線的形面精度，形面精度的變化值已經(jīng)達(dá)到毫米級(jí)；同時(shí)天線各結(jié)構(gòu)的張力比也會(huì)產(chǎn)生不同程度的惡化，影響天線在軌服役的穩(wěn)定性。

3）研究結(jié)果可為同類型環(huán)形可展天線的熱-結(jié)構(gòu)分析提供借鑒，對(duì)天線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有指導(dǎo)意義。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意金屬鉸鏈及其他結(jié)構(gòu)的熱防護(hù)，比如噴涂熱防護(hù)涂層或采用熱不敏感材料等來(lái)降低其對(duì)天線結(jié)構(gòu)的影響，以保證天線在服役時(shí)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以及信號(hào)傳輸?shù)聂敯粜院涂煽啃浴?/p>