Design and Optimization of Space Deployable Tri-prism Mast

Abstract

摘要： 空间伸展臂作为空间折展机构中形式最丰富、研究最早、应用最广泛的一维空间折展机构，其主要作用是展开柔性太阳能帆板，支撑网状天线、合成孔径雷达、太空望远镜等。以三棱柱式伸展臂为研究对象，对伸展臂的展开方式和几何参数进行设计分析。基于几何非线性有限元理论，建立含空间桁架及预应力绳索的可展开伸展臂单元模型，然后建立含多可展开单元的大型伸展臂的几何非线性动力学模型。通过Matlab编程计算伸展臂的基频，得到影响伸展臂基频的关键因素，并以伸展臂的基频为优化目标，质量为约束条件，采用遗传算法对伸展臂进行优化设计。研制可展开三棱柱伸展臂样机，对伸展臂进行折展功能及参数优化设计验证试验。结果表明所设计的三棱柱伸展臂可顺利折展，所做的优化设计有效可行。通过该方法可以对特定任务需要的伸展臂进行优化设计，在满足约束条件的情况下，达到基频最高，对伸展臂的设计提供参考。

Topics & Concepts