空间可展开天线机构创新设计
作者： 郭宏伟，刘荣强，李兵 著
出版时间：2018年版
内容简介
《空间可展开天线机构创新设计》概述了空间可展开天线机构的特点与分类、发展现状与应用情况，系统介绍了空间可展开天线机构的创新设计理论与方法。《空间可展开天线机构创新设计》详细介绍了模块化构架式、弹性铰链展开式、折叠肋式和双层环形桁架式等新型可展开天线机构的设计方法，围绕不同类型的空间可展开天线机构构型设计、展开与驱动、运动学与动力学分析、结构设计与优化、样机研制与试验等进行阐述。
目录
目 录
序 言
前 言
第1章 绪论 1
1.1 概述 1
1.1.1 空间可展开天线的功能 1
1.1.2 空间可展开天线的需求分析 1
1.2 空间可展开天线的分类 2
1.3 空间可展开天线机构的特点 3
1.4 空间可展开天线机构的应用 4
1.4.1 平面可展开天线机构 4
1.4.2 抛物面可展开天线机构 8
1.4.3 抛物柱面可展开天线机构 17
1.5 本章小结 20
参考文献 20
第2章 空间可展开天线机构设计理论 23
2.1 空间可展开天线机构的组成 23
2.2 空间可展开天线机构创新设计流程 24
2.3 空间可展开天线机构构型设计理论 26
2.3.1 图论 26
2.3.2 螺旋理论 29
2.4 基于图论的可展开单元拓扑结构设计与分析 30
2.4.1 概念构型建立 30
2.4.2 拓扑结构分析 35
2.4.3 运动副的确定 37
2.4.4 实例分析 40
2.5 基于螺旋理论的过约束可展开单元构型综合 46
2.5.1 过约束可展开单元的螺旋表示 46
2.5.2 公共约束存在下的可展开单元综合 50
2.5.3 实例分析 53
2.5.4 冗余约束存在下的可展开单元综合 56
2.6 本章小结 58
参考文献 58
第3章 空间可展开天线机构分析方法 60
3.1 展开过程运动学与动力学分析 60
3.1.1 展开过程运动学建模方法 60
3.1.2 展开过程动力学建模方法 62
3.2 展开态动力学建模与仿真 72
3.2.1 多铰桁架机构动力学建模 73
3.2.2 有限元建模与模态分析 76
3.2.3 动力学等效建模方法 77
3.3 参数优化与网面设计 78
3.3.1 结构参数优化 78
3.3.2 天线网面设计 79
3.4 可展开天线机构试验方法 85
3.4.1 微重力环境模拟 85
3.4.2 力学测试 86
3.4.3 精度测试 89
3.5 本章小结 89
参考文献 89
第4章 模块化平面可展开天线机构设计 91
4.1 模块化可展开天线机构方案 91
4.1.1 单模块概念设计 91
4.1.2 基本单元设计与优选 92
4.1.3 可展开机构方案的生成 96
4.2 天线机构展开运动学分析 97
4.2.1 运动学分析模型 97
4.2.2 运动奇异解耦 100
4.2.3 展开运动仿真 105
4.3 天线机构展开动力学分析 105
4.3.1 展开过程刚体动力学分析 105
4.3.2 展开过程柔性动力学分析 108
4.4 天线机构优化设计 112
4.4.1 优化模型 112
4.4.2 近似数学模型的建立 113
4.4.3 参数优化 116
4.5 天线机构设计与样机研制 119
4.5.1 模块化可展开机构设计 119
4.5.2 天线机构模态分析 120
4.5.3 样机研制与试验 122
4.6 本章小结 126
参考文献 126
第5章 基于弹性铰链的抛物柱面可展开天线机构设计 127
5.1 弹性铰链力学建模 127
5.1.1 带簧力学建模 127
5.1.2 弹性铰链力学建模 131
5.1.3 试验验证 134
5.2 弹性铰链折展过程分析 135
5.2.1 准静态展开过程性能分析 136
5.2.2 展开过程分析 138
5.3 抛物柱面可展开天线机构设计 143
5.3.1 天线机构组成 143
5.3.2 天线机构展开动作流程 144
5.3.3 机构展开原理 145
5.4 抛物柱面可展开天线机构研制与测试 147
5.4.1 样机研制 147
5.4.2 试验测试 148
5.5 本章小结 151
参考文献 151
第6章 折叠肋式可展开天线机构设计 152
6.1 折叠肋式可展开天线机构原理与运动学分析 152
6.1.1 天线机构的组成与工作原理 152
6.1.2 天线机构运动学分析 154
6.1.3 天线机构柔索布置 157
6.2 折叠肋式可展开天线机构动力学分析 162
6.2.1 动力学建模与模态分析 162
6.2.2 频率影响因素分析 164
6.3 参数优化与结构设计 165
6.3.1 优化模型建立 166
6.3.2 结构参数优化 166
6.3.3 折叠肋机构设计 167
6.4 索网设计与样机验证 169
6.4.1 索网拓扑成型 169
6.4.2 样机研制与验证 171
6.5 本章小结 173
参考文献 173
第7章 双层环形桁架式可展开天线机构设计 175
7.1 双层环形桁架式可展开天线机构的特点 175
7.2 双层环形桁架式可展开天线机构的构建与分析 177
7.2.1 基于连系桁架的构建方法 177
7.2.2 基于四棱柱可展开单元的构建方法 178
7.2.3 双层环形桁架可展开条件分析 187
7.3 基于连系桁架的可展开天线机构设计 188
7.3.1 内外层环形桁架机构设计 188
7.3.2 可展开天线机构设计 190
7.4 双层环形桁架式可展开天线机构等效动力学建模 190
7.4.1 双层环形桁架单元应变能与动能计算 191
7.4.2 连续体应变能及动能计算 194
7.4.3 天线单元连续体等效模型建立 195
7.4.4 等效动力学模型验证 195
7.5 双层环形桁架式可展开天线机构动力学特性分析 200
7.5.1 双层环形桁架节点受力分析 200
7.5.2 双层环形桁架固有频率影响因素分析 202
7.5.3 影响因素灵敏度分析 204
7.6 本章小结 205
参考文献 205
第8章 基于Bennett单元的可展开天线机构设计 207
8.1 Bennett机构及其替代构型 207
8.1.1 Bennett机构 207
8.1.2 Bennett机构替代构型 208
8.2 Bennett机构模块化组网 211
8.2.1 过渡单元法 211
8.2.2 机构网络构建 213
8.2.3 机构网络自由度分析 215
8.3 基于Bennett单元的抛物柱面天线机构设计 224
8.3.1 机构网络的展开和收拢状态 224
8.3.2 抛物柱面拟合过程 225
8.3.3 抛物柱面天线模型 227
8.4 基于Bennett单元的双层天线机构设计 228
8.4.1 复合机构设计 228
8.4.2 可展开双层机构网络构建 229
8.4.3 索网桁架机构形面拟合 231
8.4.4 可展开抛物面天线机构设计 234
8.4.5 样机研制与试验 238
8.5 本章小结 240
参考文献 241
第9章 模块化构架式可展开天线机构设计 242
9.1 新型模块化天线机构方案设计 242
9.1.1 可展开肋单元 242
9.1.2 构型创新设计与分析 243
9.2 天线机构尺度设计与建模 245
9.2.1 天线抛物面的拟合方法 245
9.2.2 可展开机构几何建模 247
9.2.3 可展开机构三维建模 249
9.3 天线机构动力学建模与分析 250
9.3.1 动力学建模 251
9.3.2 动力学分析 253
9.4 可展开天线索网设计 255
9.4.1 索网结构分析 255
9.4.2 索网结构找形 255
9.4.3 索网结构的误差计算 256
9.5 可展开机构优化设计 257
9.5.1 索单元拉力优化 257
9.5.2 结构参数优化 259
9.6 本章小结 260
参考文献 260
第10章 索杆张拉式可展开天线机构设计 262
10.1 索杆张拉式可展开天线机构参数化建模 262
10.1.1 基本张拉单元 262
10.1.2 基本张拉模块 263
10.1.3 索杆张拉天线机构 266
10.2 天线机构力学分析 268
10.2.1 天线机构力学建模 268
10.2.2 基本参数求解 272
10.3 索杆张拉式可展开天线机构参数分析 273
10.3.1 张拉天线解域分析 273
10.3.2 张拉天线参数分析 275
10.3.3 张拉天线展开形态分析 280
10.4 索杆张拉式可展开天线机构设计与研制 281
10.4.1 张拉天线机构设计 281
10.4.2 样机研制与试验 282
10.5 本章小结 284
参考文献 285
第11章 薄膜天线可展开机构设计 286
11.1 薄膜天线可展开机构构型设计 286
11.1.1 系统组成 286
11.1.2 薄膜天线可展开机构构型 287
11.2 薄膜的折叠与张拉找形分析 288
11.2.1 薄膜的折叠 288
11.2.2 薄膜张拉系统设计 290
11.2.3 薄膜力学特性分析 291
11.3 薄膜天线可展开机构设计 293
11.3.1 弹性伸杆机构 293
11.3.2 豆荚杆展开机构 296
11.3.3 三棱柱式薄膜天线机构设计 298
11.4 本章小结 300
参考文献 300
第12章 固面天线可展开机构设计 302
12.1 太阳花式可展开天线机构设计 302
12.1.1 基本可展开单元设计 302
12.1.2 基本可展开单元组装与运动特性分析 304
12.1.3 可展开天线机构设计 307
12.2 多瓣式可展开天线机构设计 309
12.2.1 天线机构的分瓣设计 309
12.2.2 多瓣式可展开机构设计 310
12.3 本章小结 314
参考文献 314