【摘 要】
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随着航天事业的发展以及科技的进步,对作为太空与地面联系的桥梁的空间雷达天线的需求愈发急迫,且希望空间雷达天线的尺寸越大越好,而受到运载工具承载空间的限制,传统的固面
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随着航天事业的发展以及科技的进步,对作为太空与地面联系的桥梁的空间雷达天线的需求愈发急迫,且希望空间雷达天线的尺寸越大越好,而受到运载工具承载空间的限制,传统的固面雷达天线不再满足需求,因此可展开空间雷达天线成为当前研究的趋势。另一方面,在地面不能完全模拟在太空的微重力、真空等环境,而在太空进行试验又受到成本的制约,因此对空间雷达天线进行数值模拟分析则是最为有效的手段。本文以PAFR空间雷达天线为研究对象,具体研究工作如下:首先基于位置坐标方法,推导出PAFR空间雷达天线中杆单元以及绳索单元的位置及内力描述方式,通过动能表达式得到该系统的质量阵,然后采用拉格朗日方程得出该系统的动力学方程。通过上述方式得到是非线性微分-代数方程组,文中介绍了求解该方程组采用的算法及算法原理。对于该微分-代数方程组,本文引入PETSc这一科学工具箱,进行仿真程序的设计。文中把程序设计分为三个步骤:前处理、加载、求解,在加载以及求解过程中,分别采用PETSc中的Vec结构来进行程序中力的封装,用Mat结构来对雅可比矩阵的矩阵变量进行描述,求解则采用KSP对象,并对右端向量以及雅可比矩阵在并行情况下的组装效率进行比较,验证了程序的高效性。通过对NewMark方法、Bathe方法和广义-?法的测试,验证了三种算法在结果上没有较大的差异,但是广义-?法的计算时间较短,效率较快。空间雷达天线从合拢状态到展开状态的这一过程的速度对该系统有着较大的影响。对此,文中比较了在匀速状态、匀加速状态和匀变速七种工况下展开结果的差异,结果表明,在匀加速状态下,PAFR空间雷达天线无论是在展开时间以及展开过程中状态的变化等都有较好的表现。
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