大口径高频段偏馈反射面天线俯仰传动链有限元建模方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114282407A(43)申请公布日2022.04.05(21)申请号202111499231.8(22)申请日2021.12.09(71)申请人中国电子科技集团公司第五十四研究所地址050081河北省石家庄市中山西路589号第五十四所天伺部(72)发明人杨丰福杜彪王大为杨晋蓉周昊天(74)专利代理机构河北东尚律师事务所13124代理人王文庆(51)Int.Cl.G06F30/23(2020.01)G06F111/04(2020.01)权利要求书1页说明书4页附图2页(54)发明名称大口径高频段偏馈反射面天线俯仰传动链有限元建模方法(57)摘要本发明公开了一种大口径高频段偏馈反射面天线俯仰传动链有限元建模方法，属于射电天文和卫星通信领域。该发明通过将传动系统中的关键传力结构使用简化单元建模，其连接关系使用约束方程来建模来实现有限元模型对俯仰传动系统传力路径和传力特性的准确描述，从而最终实现传动系统传动链有限元模型的数据量小、计算精度高的目标。该建模方法模型建模简单，消耗的计算资源少，适用于偏馈反射面天线光机耦合集成仿真和优化计算，特别是在大口径高频段反射面天线的集成仿真和优化计算中优势更加明显。CN114282407ACN114282407A权利要求书1/1页1.一种大口径高频段偏馈反射面天线俯仰传动链有限元建模方法，其特征在于，包括传动部件模型简化过程和传动部件传动关系模型简化过程；传动部件模型简化过程中，减速使用cbush单元，电机、俯仰丝杠、大齿轮、小齿轮使用cbar单元；传动部件传动关系模型简化过程中，俯仰丝杠和丝母组件之间的连接关系使用类型为explicit的MPC单元，大小齿轮之间的连接关系使用类型为explicit的MPC单元，减速机与小齿轮之间的连接使用类型为explicit的MPC单元，电机与支撑结构之间的连接使用类型为explicit的MPC单元。2.根据权利要求1所述的大口径高频段偏馈反射面天线俯仰传动链有限元建模方法，其特征在于，俯仰丝杠和丝母组件之间的连接关系使用类型为explicit的MPC单元，其约束方程为：θ3＝‑θ4θ4＝θ2其中，θi,i＝1,2,3,4为各单元节点处的轴向扭转角度，u1,u2为相应节点处轴向平动位移，l为俯仰丝杠螺距。3.根据权利要求1所述的大口径高频段偏馈反射面天线俯仰传动链有限元建模方法，其特征在于，大小齿轮之间的连接关系使用类型为explicit的MPC单元，其约束方程为：u6＝u7+r67θ7θ6＝δ67θ7其中，u7和u6分别为大小齿轮的平动位移；r67为大小齿轮回转中心之间的距离；θ7和θ6分别为大小齿轮的转动角度，δ67为大小齿轮的传动比。4.根据权利要求1所述的大口径高频段偏馈反射面天线俯仰传动链有限元建模方法，其特征在于，减速机与小齿轮之间的连接使用类型为explicit的MPC单元，其约束方程为：θ4＝δ45θ5其中，θ4和θ5分别为减速机输入端和减速机输出端的转角；δ45为减速机的传动比。5.根据权利要求1所述的大口径高频段偏馈反射面天线俯仰传动链有限元建模方法，其特征在于，电机与支撑结构之间的连接使用类型为explicit的MPC单元，其约束方程为：θ2＝δ45θ1其中，θ1和θ2分别为电机固定端和电机后端的转角；δ45为减速机的传动比。2CN114282407A说明书1/4页大口径高频段偏馈反射面天线俯仰传动链有限元建模方法技术领域[0001]本发明属于射电天文和卫星通信领域，特别是指一种大口径高频段偏馈反射面天线俯仰传动链有限元建模方法。背景技术[0002]偏馈反射面天线凭借着无遮拦、高灵敏度、高增益等优异特性在射电天文和卫星通信领域应用十分广泛。然而，随着天线口径的增大和工作频段的提高，其传动系统的刚度特性对天线光学性能和结构性能的影响日趋明显，成为制约载荷作用下天线结构性能和光学性能仿真计算中的重要因素。目前，针对传动系统的建模方法主要分为两种类型，但是在工程实际应用过程中，均存在某种不足。[0003]1、多体动力学建模方法[0004]使用多体动力学建模方法来计算传动链的相关特性是一种比较传统的方法，许多研究学者和工程技术人员都在使用此方法。然而，随着光机耦合集成分析及优化技术的出现，其局限性日益凸显，主要表现在：反射面变形数据的导出以及模型的计算量方面制约着该技术在光机耦合仿真计算方面的应用。[0005]2、有限元实体模型建模方法[0006]该方法的主要原则是将传动系统的各种传动结构(例如：齿轮、轴以及轴承等)建成有限元实体模型(如一阶四面体单元Tet4、一阶三棱柱单元Wedge6、一阶六面体单元Hex6等)。从理论上来讲，这种建模方法的计算精度最高，但是这种建