大型天線反射面保型與機電綜合優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、在國家重大基礎(chǔ)科研（國防973）項目的支持下，基于前人的工作，本文對大型反射面天線的保型設(shè)計與機電綜合優(yōu)化問題進行了研究。完成的主要工作和取得的成果如下：
　　1.為了減小賦形曲面天線在各個工作仰角的彈性變形對電性能的不利影響，提出了一種分段擬合與副面補償方法。首先，采用標(biāo)準(zhǔn)拋物線對賦形面的母線數(shù)據(jù)進行分段擬合，通過旋轉(zhuǎn)得到一組標(biāo)準(zhǔn)拋物環(huán)面。其次，用該組拋物環(huán)面吻合天線在各個仰角時的變形主面，同時保證各拋物環(huán)面的焦點落在設(shè)計理論面

2、的焦線段上，得到一組主面吻合參數(shù)。最后，根據(jù)主副面之間的匹配關(guān)系，得到了天線在各個仰角時的副面調(diào)整參數(shù)。
　　2.基于電磁場與結(jié)構(gòu)位移場的場耦合理論模型，研究了反射面天線的機電綜合拓?fù)鋬?yōu)化問題。提出了大型天線背架結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化的基結(jié)構(gòu)確定方法。該部分討論了場耦合分析模型的分析方法和計算流程，并指出將拓?fù)渥兞恳霗C電綜合優(yōu)化模型時帶來的問題。進而以背架結(jié)構(gòu)的尺寸和拓?fù)渥兞恳约案泵嫜a償量為設(shè)計變量，以天線電性能為目標(biāo)，同時考慮天線的自重

3、和強度等約束，建立了反射面天線的多工況機電綜合拓?fù)鋬?yōu)化模型。
　　3.采用機電綜合拓?fù)鋬?yōu)化模型對某65m口徑的反射面天線進行了優(yōu)化設(shè)計，得到了改進的結(jié)構(gòu)方案，提高了天線的電性能。計算結(jié)果表明，采用機電綜合拓?fù)鋬?yōu)化方法可使口徑場的相位誤差分布趨于合理，在保證天線增益不下降的情況下，可明顯降低副瓣電平。
　　4.桿系結(jié)構(gòu)拓?fù)鋬?yōu)化結(jié)果中，往往出現(xiàn)桿件的交叉現(xiàn)象，給結(jié)構(gòu)的制造和裝配帶來工藝上的不便。為此，本文提出一種避免交叉現(xiàn)象的拓

4、撲優(yōu)化方法。根據(jù)節(jié)點和桿件單元的幾何位置信息，采用Heaviside函數(shù)將是否出現(xiàn)交叉的判斷準(zhǔn)則表示為桿件橫截面積的連續(xù)函數(shù)。將交叉約束以連續(xù)函數(shù)的形式加入拓?fù)鋬?yōu)化模型，從而便于采用成熟的數(shù)學(xué)規(guī)劃法求解該問題。
　　5.針對現(xiàn)有離散變量結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法在解決大型工程結(jié)構(gòu)設(shè)計問題上的不足之處，提出一種新的離散變量結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法。采用帶有罰因子的光滑函數(shù)逼近階梯函數(shù)，將離散變量優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為連續(xù)變量優(yōu)化問題。通過調(diào)整罰因子的取值，保證設(shè)計變