CN103872462B - 一种高稳定天线索网系统张力阵布局方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高稳定天线索网系统张力阵布局方法，采用该方法生成的天线索网系统其自由节点沿张力阵方向刚度较大，温度变化条件下节点位移较小，使得天线索网系统稳定性较高，若需进一步提高自由结点沿张力阵方向的刚度，只需提高主、副网索段几何刚度就能达到明显效果，不会对天线其他系统造成影响；且本发明天线索网系统的张力阵布局方法原理简单、操作方便、易于实现，得到的张力阵布局具有精度高、稳定性高、可靠性高的特点，具有较强的实用性。

Description

一种高稳定天线索网系统张力阵布局方法

技术领域

本发明涉及一种高稳定天线索网系统张力阵布局方法，属于天线索网结构技术领域。

背景技术

索网系统是大型网状可展开天线的重要组成部分和关键部件，主要由柔性的张力索构成，以一定的方式连接于天线结构主体之上，通过设计形成所需要的天线型面。包括主张力网、副张力网和张力阵三部分，主张力网利用多个直线索段来实现对二次反射面的逼近；张力阵通过结点与主、副张力网相连，通过设计各段张力阵的长度及其预张力张紧主、副张力网来实现主张力网型面的成型；副张力网通过张力阵的作用与主张力网达到平衡，形成一个稳定的系统。

其中索网系统的成型方案对型面精度和型面稳定性有很大的影响，目前现有以主张力网、副张力网和张力阵为主要索网结构部分的索网系统大都采用张力阵法向布局的方法，也即法向布局的每个张力阵都沿天线反射面的法线方向。天线索网张力阵法向布局情况下索网中自由节点沿张力阵方向刚度较低，导致了在温度变化情况下，索网结点位移较大。而且为了提高节点刚度，采取提高张力阵及主、副网索段几何刚度的方法基本无效果，采取提高主、副索网预张力水平的方法节点刚度增大的效果比较明显，这就给天线展开动力系统提出了更高要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述缺陷，提供一种高稳定天线索网系统张力阵布局方法，为网状可展开天线实现一种原理简单、易实现、高稳定的索网系统成型方法。

本发明的上述目的主要是通过如下技术方案予以实现的：

一种高稳定天线索网系统张力阵布局方法，包括如下步骤：

步骤（一）、采用中心对称轴与天线焦轴重合的一系列圆柱面对天线进行环向切割，得到一系列环向交线，所述环向交线为L条；

步骤（二）、采用一系列过天线焦轴的平面将天线进行周向切割产生n等扇面，即使得天线反射面的每一条环向交线被平面切割为n等弧段，并产生n个单扇反射面和n个交点，定义所述交点为主网连接点；

步骤（三）、连接每条环向交线上任意相邻的两个结点A_i，形成一系列的弦线，作过每条弦线并与天线焦轴平行的平面，所述平面与所述弦线对应的单扇反射面相交形成交线，交线定义为目标线，所述平面与所述弦线对应的单扇反射面对应的天线结构边沿相交产生交点，交点定义为副网连接点b_ij0、b_ij(l+1)；

步骤（四）、对每条弦线进行等分，产生l_ij个等分点f_ijk(1≤k≤l_ij)，每条弦线的两个端点即主网连接点表示为f_ij0、以每一个等分点为基准，沿天线焦轴方向向目标线进行投影，与目标线相交产生l_ij个点，定义为结点F_ijk(1≤k≤l_ij)；

其中：i(1≤i≤n)代表第i扇反射面，j(1≤j≤L)代表第i扇反射面中的第j条目标线，k代表第i扇反射面中第j条目标线的第k(1≤k≤l_ij)个结点；

步骤（五）、连接天线每条弦线各自对应的两个副网连接点b_ij0、b_ij(l+1)，产生每条弦线对应的副网弦线，以每条弦线中的l_ij个等分点f_ijk为基准向对应的副网弦线投影产生l_ij个交点b_ijk(1≤k≤l_ij)，在线段F_ij1b_ij1上任取一点B_ij1，记B_ij1b_ij1之间的距离为z_ij1，并记主网连接点f_ij0与等分点f_ij1间距为w_ij1，目标线在结点F_ij1处的拱高为δ_ij1，副网连接点b_ij0与交点b_ij1间距为v_ij1，使得B_ij1b_ij1之间的距离z_ij1满足如下方程：

$\frac{w_{\mathrm{ij}1}}{{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{ij}1}}=\frac{v_{\mathrm{ij}1}}{z_{\mathrm{ij}1}}$

得到z_ij1=σ_ij1，记此时的点B_ij1为副网的一个结点；

步骤（六）、作线段F_ij1B_ij1的中面，对结点关于所述中面进行镜像，得到副网的其他结点依次连接 形成折线，每一段记为主网索段，依次连接 形成折线，每一段记为副网索段，分别连接得到一系列平行于天线焦轴的线段，记为张力阵；

步骤（七）、重复步骤（四）～（六），得到天线反射面的所有张力阵，共个张力阵，完成整个天线索网系统的成型布局；

其中L，n，l_ij均为正整数，且L≥1，n≥2。

本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

（1）、本发明针对现有张力阵法向布局方法存在的缺陷，创新提出一种全新的天线索网系统的张力阵布局方法，采用该方法生成的天线索网系统其自由节点沿张力阵方向刚度较大，温度变化条件下节点位移较小，使得天线索网系统稳定性较高，若需进一步提高自由结点沿张力阵方向的刚度，只需提高主、副网索段几何刚度就能达到明显效果，不会对天线其他系统造成影响；

（2）、本发明天线索网系统的张力阵布局方法原理简单、操作方便、易于实现，得到的张力阵布局具有精度高、稳定性高、可靠性高的特点，具有较强的实用性。

附图说明

图1为本发明一系列圆柱面对天线环向切割的示意图；

图2为本发明一系列过天线焦轴的平面对天线周向切割示意图；

图3为本发明对天线周向切割形成n个单扇反射面示意图；

图4为本发明每条环向交线形成系列弦线的示意图；

图5为本发明单条目标线索网布局示意图；

图6为本发明某伞状可展开天线结构构成示意图；

图7为本发明单片张力索网结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：

以某伞状可展开天线为例，天线主要由天线结构主体、索网系统、金属网系统等部分组成，如图6所示为本发明某伞状可展开天线结构构成示意图。天线结构主体主要由数根天线肋、馈源及支撑结构、副反及支撑结构等组成，展开成功后完成锁定，形成稳定的结构系统；索网系统主要由柔性的张力索构成，以一定的方式连接于天线结构主体之上，通过设计形成所需要的天线型面，主要由主张力网、副张力网和张力阵三部分组成，主张力网利用多个直线索段来实现对二次反射面的逼近，张力阵通过结点与主、副张力网相连，通过设计各段张力阵的长度及其预张力张紧主、副张力网来实现主张力网型面的成型，副张力网通过张力阵的作用与主张力网达到平衡，形成一个稳定的系统，单片张力索网如图7所示，图7为本发明单片张力索网结构示意图；金属网是由柔软的合金金属细丝经编出丝网，再由金属丝网按要求拼接出预定几何形状，悬挂固定于索网系统之上，主要起反射电磁波的作用。

本发明天线索网系统张力阵布局方法具体包括如下步骤：

步骤（一）、采用中心对称轴与天线焦轴重合的一系列圆柱面对天线进行环向切割，得到一系列环向交线1，环向交线1为L条；如图1所示为本发明一系列圆柱面对天线反射面环向切割的示意图。

步骤（二）、如图2所示为本发明一系列过天线焦轴的平面对天线周向切割示意图，采用一系列过天线焦轴的平面2将天线进行周向切割产生n等分扇面，即使得天线反射面3的每一条环向交线1被平面2切割为n等弧段，并产生n个单扇反射面11和n个交点，定义该n个交点为主网连接点7，如图3所示为本发明对天线周向切割形成n个单扇反射面示意图。

步骤（三）、连接每条环向交线1上任意相邻的两个结点A_i，形成一系列的弦线4，如图4所示为本发明每条环向交线形成系列弦线的示意图。作过每条弦线4并与天线焦轴平行的一系列平面，每个平面与每条弦线4对应的单扇反射面11相交形成交线，交线定义为目标线5，该平面与弦线4对应的单扇反射面对应的天线结构（如天线肋）边沿相交产生交点，交点定义为副网连接点b_ij0、b_ij(l+1)。

步骤（四）、以步骤（三）中产生的目标线5为研究对象。如图5所示为本发明单条目标线索网布局示意图，对每条弦线4按照型面精度要求所计算的结果进行等分，产生l_ij个等分点每条弦线4的两个端点即主网连接点7表示为f_ij0、以每一个等分点为基准，沿天线焦轴方向向目标线5进行投影，与目标线5相交产生l_ij个点，定义为结点 $F_{\mathrm{ij}1},...,F_{\mathrm{ijk}},...,F_{{\mathrm{ijl}}_{\mathrm{ij}}},1\≤k\≤l_{\mathrm{ij}}.$

其中：i(1≤i≤n)代表第i扇反射面，j(1≤j≤L)代表第i扇反射面中的第j条目标线，k代表第i扇反射面中第j条目标线的第k(1≤k≤l_ij)个结点；

步骤（五）、如图5所示，连接每条弦线4各自对应的两个副网连接点b_ij0、产生每条弦线4对应的副网弦线6，以每条主网弦线4中的l_ij个等分点为基准向对应的副网弦线6投影产生l_ij个交点 在线段F_ij1b_ij1上任取一点B_ij1，记B_ij1b_ij1之间的距离为z_ij1，并记主网连接点f_ij0与等分点f_ij1间距为w_ij1，目标线5在结点F_ij1处的拱高为δ_ij1，副网连接点b_ij0与交点b_ij1间距为v_ij1，使得B_ij1b_ij1之间的距离z_ij1满足如下方程：

$\frac{w_{\mathrm{ij}1}}{{\mathrm{\δ}}_{\mathrm{ij}1}}=\frac{v_{\mathrm{ij}1}}{z_{\mathrm{ij}1}}$

得到z_ij1=σ_ij1，记此时的点B_ij1为副网的一个结点。

步骤（六）、如图5所示，作线段F_ij1B_ij1的中面，对结点 关于该中面进行镜像，得到副网的其他结点依次连接形成折线，每一段记为主网索段8，依次连接形成折线，每一段记为副网索段9，分别连接得到一系列平行于天线焦轴的线段，记为张力阵10；

步骤（七）、重复步骤（四）～（六），得到天线反射面的所有张力阵10，共个张力阵10，完成整个天线索网系统的成型布局。

其中L，n，l_ij均为正整数，且L≥1，n≥2。

本发明主要应用于网状可展开天线索网系统的成型，和现有张力阵法向布局方法比较起来具有如下特点：

（1）、张力阵保持相同的预张力水平下，竖向布局下的索网张力小于法向布局下的索网张力；

（2）、张力阵保持相同的预张力水平下，法向索网中自由节点沿张力阵方向刚度低于竖向索网，导致了在相同温度差值情况下，法向索网结点位移要略大于竖向索网；

（3）、竖向索网在网面重力等效节点荷载作用下，节点位移呈线性变化，且正反方向刚度基本相同。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (1)

1.一种高稳定天线索网系统张力阵布局方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤(一)、采用中心对称轴与天线焦轴重合的一系列圆柱面对天线进行环向切割，得到一系列环向交线(1)，所述环向交线(1)为L条；

步骤(二)、采用一系列过天线焦轴的平面(2)将天线进行周向切割产生n等扇面，即使得天线反射面(3)的每一条环向交线(1)被平面(2)切割为n等弧段，并产生n个单扇反射面和n个交点，定义所述交点为主网连接点(7)；

步骤(三)、连接每条环向交线(1)上任意相邻的两个结点A_i，形成一系列的弦线(4)，作过每条弦线(4)并与天线焦轴平行的平面，所述平面与所述弦线(4)对应的单扇反射面相交形成交线，交线定义为目标线(5)，所述平面与所述弦线(4)对应的单扇反射面对应的天线肋的边沿相交产生交点，交点定义为副网连接点b_ij0、

步骤(四)、对每条弦线(4)进行等分，产生l_ij个等分点f_ijk(1≤k≤l_ij)，每条弦线(4)的两个端点即主网连接点(7)表示为f_ij0、以每一个等分点为基准，沿天线焦轴方向向目标线(5)进行投影，与目标线(5)相交产生l_ij个点，定义为结点F_ijk(1≤k≤l_ij)；

其中：i(1≤i≤n)代表第i扇反射面，j(1≤j≤L)代表第i扇反射面中的第j条目标线，k代表第i扇反射面中第j条目标线的第k(1≤k≤l_ij)个结点；

步骤(五)、连接天线每条弦线(4)各自对应的两个副网连接点b_ij0、产生每条弦线(4)对应的副网弦线(6)，以每条弦线(4)中的l_ij个等分点f_ijk为基准向对应的副网弦线(6)投影产生l_ij个交点b_ijk(1≤k≤l_ij)，在线段F_ij1b_ij1上任取一点B_ij1，记B_ij1b_ij1之间的距离为z_ij1，并记主网连接点f_ij0与等分点f_ij1间距为w_ij1，目标线(5)在结点F_ij1处的拱高为δ_ij1，副网连接点b_ij0与交点b_ij1间距为v_ij1，使得B_ij1b_ij1之间的距离z_ij1满足如下方程：

$\frac{w_{ij1}}{{\mathrm{\δ}}_{ij1}}=\frac{v_{ij1}}{z_{ij1}}$

得到记此时的点B_ij1为副网的一个结点；

步骤(六)、作线段F_ij1B_ij1的中面，对结点F_ij2、…、F_ijk、…、关于所述中面进行镜像，得到副网的其他结点B_ij2、…、B_ijk、…、依次连接f_ij0、F_ij1、…、F_ijk、…、形成折线，每一段记为主网索段(8)，依次连接b_ij0、B_ij1、…、B_ijk、…、形成折线，每一段记为副网索段(9)，分别连接F_ij1B_ij1、…、F_ijkB_ijk、…、得到一系列平行于天线焦轴的线段，记为张力阵(10)；

步骤(七)、重复步骤(四)～(六)，得到天线反射面的所有张力阵(10)，共个张力阵(10)，完成整个天线索网系统的成型布局；

其中L，n，l_ij均为正整数，且L≥1，n≥2。