XPBD method Based Modelling of Rib-Mesh Antenna Deployment Process and Dynamic Simulation Analysis
Abstract
随着对星载天线工作频率和增益指标要求的不断提高，大口径、可展开、高精度的天线反射器成为星载天线发展的瓶颈技术. 径向肋式可展开索网天线具有形式简单、结构稳定、展开可靠性高等特点，是目前星载天线的主要形式之一. 本文提出了一种径向肋式索网天线反射器结构方案，反射器由张拉索网结构构成反射面，由6根径向肋构成支撑骨架，并通过混合找形找力法设计了6支撑点边界条件下近似等张力的索网预紧力分布方案. 为分析反射器通过旋转伸缩径向肋进行展开的复杂动力学过程，基于XPBD算法逻辑框架扩展了旋转状态的求解方法，并分别基于非线性悬索模型与Cosserat梁模型设计了用于建立天线动力学模型的约束函数体系，相较于采用四元数建立的算法，本文基于旋转向量建立的算法更简洁高效. 首先选择柔索自由摆算例，通过与绝对节点坐标法（ANCF）的计算结果进行对比，结果表明XPBD算法结果准确可靠，且计算效率优于ADAMS软件. 然后对天线展开过程进行动力学仿真，结果表明结构之间的碰撞效应与非线性特征符合物理规律，天线展开过程稳定、展开后索网反射面的型面精度满足设计要求，验证了天线结构和展开机构方案的合理性与有效性.
