考虑结构遮挡和地影效应的环形桁架天线轨道热分析

朱浩; 刘正山; 黄志勇

应用力学学报 ›› 2025, Vol. 42 ›› Issue (3) : 511 -518.

朱浩, 刘正山, 黄志勇

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摘要

环形桁架天线作为一种典型可展开卫星天线结构，由于具有大口径、质量轻、收纳率较高、刚度较好及总质量不随展开口径的增大而成倍地增加等优点，其在高功率星载天线中具有广阔的应用前景。空间热冷环境的交替以及温度分布的不均匀，对于具有大尺寸、高柔性特定的环形桁架天线结构，极易引起严重的热致振动问题，甚至可能导致航天器的失效。对于该问题，首先提出了一种针对某型大口径环形桁架天线展开后的轨道热辐射模型，通过该模型能计算天线内部结构件之间的遮挡系数，特别是天线反射面对桁架单元的遮挡，由此获得了考虑天线内部结构遮挡效应和地影效应综合作用下天线各桁架单元接受的有效太阳入射热流；在此基础上建立了环形桁架天线热传导分析模型，将由轨道热辐射模型计算得到的天线接受的有效太阳入射热流代入该热传导模型，获取了环形桁架天线在轨运行过程中的温度场变化。研究结果表明：由于天线内部结构部件间的相互遮挡，天线桁架结构各部分温差较大，最大值达到近270℃,再加上轨道阴影效应，在进出地影区等时刻，天线会发生瞬时温度快速变化现象。需要注意的是，这种剧烈的温度变化和温度分布不均匀性可能会引发环形桁架天线的大变形和热致振动问题，需要进行进一步的深入研究。