一種金屬網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)球形天線罩快速構(gòu)建方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種金屬網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)球形天線罩快速構(gòu)建方法，屬于±木工程金屬網(wǎng)殼 力學(xué)和電子工程學(xué)的交叉領(lǐng)域，是基于拓?fù)鋵W(xué)、空間幾何和結(jié)構(gòu)力學(xué)，W及電磁福射學(xué)等多 學(xué)科融合建立的=角形構(gòu)型金屬網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)天線罩的理論設(shè)計(jì)和快速建造方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 金屬網(wǎng)殼天線罩有非常廣泛的用途，可用作接收遙感衛(wèi)星傳回大地遙感數(shù)據(jù)的裝 置，例如俄羅斯"撒馬拉"大地遙感數(shù)據(jù)接收與處理中屯、天線罩，可W保證全天候準(zhǔn)確接收 遙感測(cè)試數(shù)據(jù)，給出礦山、地質(zhì)的賦存狀態(tài)和農(nóng)田與海洋監(jiān)測(cè)結(jié)果，W便評(píng)估地質(zhì)特征參數(shù) 和礦物貶藏量、當(dāng)年農(nóng)作物產(chǎn)量和海洋水質(zhì)變化。
[0003]法國(guó)海軍迪皮依.德.洛梅號(hào)雷達(dá)偵察艦衛(wèi)星通信天線罩，使用60面體非標(biāo)準(zhǔn)球 形網(wǎng)殼金屬罩制成。德國(guó)慕巧黑附近的己特艾布爾衛(wèi)星通信雷達(dá)天線罩，使用球形240面 體金屬天線罩構(gòu)建。金屬網(wǎng)殼天線罩也常用在天文望遠(yuǎn)鏡上。2012年6月，南京紫金山天 文臺(tái)從駐在美國(guó)的愛(ài)爾蘭ESSCO公司進(jìn)口一臺(tái)與直徑13. 7米天文望遠(yuǎn)鏡配套的20. 37米 直徑球形金屬網(wǎng)殼天線罩，在3G~120GHz頻段具有良好的電磁特性，屬于換代新型產(chǎn)品， 安裝在青海德令哈市東郊，如圖1所示。金屬網(wǎng)殼天線罩用得較多的是雷達(dá)天線罩，特別是 直徑大于10m的雷達(dá)采用金屬網(wǎng)殼比玻璃鋼殼天線罩的電磁性能和抗風(fēng)雪損傷力學(xué)性能 要好很多。圖2為愛(ài)爾蘭ESSCO美國(guó)公司設(shè)計(jì)的240面體直徑14. 1米雷達(dá)天線罩。美國(guó) AFC公司，生產(chǎn)的金屬天線罩同ESSCO類(lèi)似，建各型金屬天線罩種類(lèi)較多，構(gòu)成了8m，9. 4m， 10. 8m，12. 5m，14. 8m，15. 8m，20. 7m，等天線罩網(wǎng)殼系列。
[0004] 我國(guó)雷達(dá)廣泛使用玻璃鋼殼天線罩，由于采用基質(zhì)為玻璃鋼材料，使雷達(dá)電磁福 射性能對(duì)于雷達(dá)頻率有選擇性，當(dāng)雷達(dá)發(fā)射頻率變化時(shí)會(huì)產(chǎn)生福射損失過(guò)大的問(wèn)題；特別 是由于玻璃鋼材質(zhì)屬于脆性材料，在超強(qiáng)風(fēng)沙雨雪荷載作用下，容易造成結(jié)構(gòu)破裂導(dǎo)致整 體失穩(wěn)破壞。目前國(guó)內(nèi)外小型雷達(dá)天線罩仍廣泛使用玻璃鋼材質(zhì)的天線罩，代表的有哈爾 濱玻璃鋼廠6m雷達(dá)天線罩、上海玻璃鋼廠10m雷達(dá)天線罩。
[0005] 國(guó)外的金屬網(wǎng)殼天線罩的設(shè)計(jì)理論和方法一直沒(méi)有公布。其基本結(jié)構(gòu)是采用=角 形構(gòu)型平面膜板集成裝配而成為大球冠形天線罩，=角形膜板邊棱兩兩螺栓連接，節(jié)點(diǎn)采 用蓋板螺栓連接。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明主要的目的是解決小于18m的中小型球形金屬天線罩的設(shè)計(jì)方法，給出了 金屬網(wǎng)殼S角形構(gòu)型天線罩的主體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和天線罩基底特殊S角形構(gòu)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)，綜合主體設(shè)計(jì)、基底設(shè)計(jì)及基梁聯(lián)接設(shè)計(jì)可W給出完善的具有優(yōu)良力學(xué)和電磁性能 的球形網(wǎng)殼天線罩總體拓?fù)湓O(shè)計(jì)方法。
[0007] 金屬網(wǎng)殼天線罩的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本部件是=角形構(gòu)型膜板，按天線罩拓?fù)湓O(shè)計(jì)給出 膜板結(jié)構(gòu)參數(shù)隨天線罩直徑的變化關(guān)系和主體結(jié)構(gòu)、基底結(jié)構(gòu)與地坪基梁結(jié)構(gòu)連接方法， w完成天線罩總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
[000引本技術(shù)方案基礎(chǔ)是由球形金屬天線罩網(wǎng)殼設(shè)計(jì)理論方法，=角形構(gòu)型金屬網(wǎng)殼與 薄膜膜板結(jié)構(gòu)構(gòu)造和快速安裝工藝=部分構(gòu)成的。其中核屯、技術(shù)是球形網(wǎng)殼拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 理論方法。
[0009] 一種金屬網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)球形天線罩快速構(gòu)建方法，其特征在于，所述方法包括W下步 驟：
[0010] 步驟一：構(gòu)建組合32面體變體，給出變體六邊形平面基元，并選定其邊長(zhǎng)比M;
[0011] 步驟二：控制32面體5邊形繞形屯、中軸同步旋轉(zhuǎn)角隨機(jī)要素，給出五邊形旋轉(zhuǎn)邊 交點(diǎn)，取基元形屯、點(diǎn)、中屯、=角形角點(diǎn)和基元邊中點(diǎn)作為基點(diǎn)，建立無(wú)扭曲平面變異基元；
[0012] 步驟S 5邊形形屯、點(diǎn)和平面變異基元上的中屯、點(diǎn)或中屯、S角形角點(diǎn)與基元邊 中點(diǎn)諸基點(diǎn)為節(jié)點(diǎn)，采用測(cè)地投影法自球屯、過(guò)諸節(jié)點(diǎn)向32面體外接球進(jìn)行拓?fù)溆成渥儞Q， 并與球面上5邊形角點(diǎn)對(duì)應(yīng)相連，完成球形多面體主體=角形構(gòu)型的拓?fù)浞椒ā?br>[0013] 在實(shí)現(xiàn)球形天線罩基底拓?fù)湓O(shè)計(jì)時(shí)，包括W下步驟：
[0014] 步驟一；選擇過(guò)球形網(wǎng)殼下部五邊形下角點(diǎn)，或5邊形臨近次下角點(diǎn)進(jìn)行平面紳 線環(huán)向切割；
[0015] 步驟二：調(diào)整切面附近各節(jié)點(diǎn)位置和連接線方向，使節(jié)點(diǎn)落在相應(yīng)正多邊形基底 圓周上，并使構(gòu)建天線罩基底特殊=角形構(gòu)型和主體=角形構(gòu)型相適配。
[0016] 在實(shí)現(xiàn)組裝膜板與多節(jié)點(diǎn)座構(gòu)造設(shè)計(jì)和天線罩總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，包括W下步驟：
[0017] 步驟一：按節(jié)點(diǎn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)參數(shù)確定桿間弦面角值和標(biāo)準(zhǔn)角值，對(duì)柱形節(jié)點(diǎn)座進(jìn)行 分立構(gòu)造設(shè)計(jì)，使拓?fù)湎噜?個(gè)節(jié)點(diǎn)與桿件進(jìn)行雙螺孔連接或焊接形成穩(wěn)定=角形結(jié)構(gòu)；
[0018] 步驟二：在=角形構(gòu)型金屬框架上表面用拉膜張緊方法固定高強(qiáng)聚醋膜，形成制 式膜板；
[0019] 步驟進(jìn)行膜板和上蓋壓板安裝時(shí)，用長(zhǎng)螺栓將壓蓋、膠環(huán)、拼接膜板和節(jié)點(diǎn)底 座板緊密壓緊，并與基梁、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)牢固聯(lián)接，達(dá)到天線罩總體設(shè)計(jì)和快速吊裝安裝。
[0020] 從球形32面體出發(fā)，W球形32面體變體為理論基礎(chǔ)，建立6邊形平面基元。引進(jìn) 隨機(jī)要素，包括繞五邊形形屯、中軸旋轉(zhuǎn)要素和變異平面基元基點(diǎn)的球面映射節(jié)點(diǎn)要素。為 解決中小型天線罩網(wǎng)殼主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用測(cè)地投影法通過(guò)5邊形與基元6邊形形屯、或基 元中屯、立角形角點(diǎn)、基元邊界中點(diǎn)諸基點(diǎn)節(jié)點(diǎn)，自球屯、向球面進(jìn)行拓?fù)溆成渥儞Q，獲得天線 罩主體結(jié)構(gòu)球面=角形構(gòu)型數(shù)據(jù)。將球形主體結(jié)構(gòu)=角形構(gòu)型數(shù)據(jù)和基底映射特殊=角形 構(gòu)型數(shù)據(jù)禪合起來(lái)，可建立起完善的適合中小型球形金屬天線罩網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)理論設(shè)計(jì)方法。
[0021] 1、球形金屬網(wǎng)殼設(shè)計(jì)理論方法
[0022] 構(gòu)建中小型球形金屬網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的方法，其特征在于包括W下步驟：
[0023] (1)構(gòu)建組合32面體變體及其外接球面，建立六邊形平面基元，并選定其邊長(zhǎng)比 M；
[0024] (2)通過(guò)正5邊形繞形屯、中軸同步旋轉(zhuǎn)，尋求五邊形旋后交點(diǎn)，并建立具有非扭曲 平面特性的變異平面基元；
[0025] (3)選擇基元中屯、點(diǎn)或基元中屯、S角形角點(diǎn)、基元邊中點(diǎn)和5邊形中屯、點(diǎn)作為基 點(diǎn)節(jié)點(diǎn)，自球屯、過(guò)諸節(jié)點(diǎn)向球面進(jìn)行拓?fù)溆成渥儞Q，在球面上使映射基點(diǎn)節(jié)點(diǎn)彼此兩兩相 連并與5邊形角點(diǎn)對(duì)應(yīng)相連，求出球面基元諸基點(diǎn)節(jié)點(diǎn)參數(shù)和相應(yīng)邊長(zhǎng)。隨后用基元的中 屯、對(duì)稱性質(zhì)將參數(shù)拓展到全球面一般區(qū)域，完成球形主體=角形構(gòu)型網(wǎng)殼拓?fù)湓O(shè)計(jì)；
[0026] (4)選擇過(guò)球形網(wǎng)殼下部五邊形下角點(diǎn)或鄰近次下角點(diǎn)，進(jìn)行平面紳線環(huán)向切割， 調(diào)整切面附近各節(jié)點(diǎn)位置和連接線方向，使節(jié)點(diǎn)落在相應(yīng)正多邊形基底圓周上，并使構(gòu)建 天線罩基底特殊=角形構(gòu)型和主體=角形構(gòu)型相適配，從而完成天線罩基底拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 和總體天線罩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
[0027] 2、球面S角形構(gòu)型天線罩主要技術(shù)參數(shù)
[002引根據(jù)球形網(wǎng)殼構(gòu)建方法獲得140面體、180面體、240面體和320面體天線罩的主 體與基底重要技術(shù)參數(shù)W及球形天線罩半徑比，還可W給出球形=角形構(gòu)型網(wǎng)殼面數(shù)與節(jié) 點(diǎn)數(shù)、棱邊數(shù)的關(guān)系。如表1所示。
[0029] 表1.S角構(gòu)型球形網(wǎng)殼天線罩主體和基底參數(shù)
[0030]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種金屬網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)球形天線罩快速構(gòu)建方法，其特征在于，所述方法包括以下步 驟： 步驟一：構(gòu)建組合32面體變體，給出變體六邊形平面基元，并選定其邊長(zhǎng)比M ; 步驟二：控制32面體5邊形繞形心中軸同步旋轉(zhuǎn)角隨機(jī)要素，給出五邊形旋轉(zhuǎn)邊交點(diǎn)， 取基元形心點(diǎn)、中心三角形角點(diǎn)和基元邊中點(diǎn)作為基點(diǎn)，建立無(wú)扭曲平面變異基元； 步驟三：以5邊形形心點(diǎn)和平面變異基元上的中心點(diǎn)或中心三角形角點(diǎn)與基元邊中點(diǎn) 諸基點(diǎn)為節(jié)點(diǎn)，采用測(cè)地投影法自球心過(guò)諸節(jié)點(diǎn)向32面體外接球進(jìn)行拓?fù)溆成渥儞Q，并與 球面上5邊形角點(diǎn)對(duì)應(yīng)相連，完成球形多面體主體三角形構(gòu)型的拓?fù)浞椒ā?br>2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的球形天線罩快速構(gòu)建方法，其特征在于，在實(shí)現(xiàn)球形天線罩 基底拓?fù)湓O(shè)計(jì)時(shí)，包括以下步驟： 步驟一：選擇過(guò)球形網(wǎng)殼下部五邊形下角點(diǎn)，或5邊形臨近次下角點(diǎn)進(jìn)行平面煒線環(huán) 向切割； 步驟二：調(diào)整切面附近各節(jié)點(diǎn)位置和連接線方向，使節(jié)點(diǎn)落在相應(yīng)正多邊形基底圓周 上，并使構(gòu)建天線罩基底特殊三角形構(gòu)型和主體三角形構(gòu)型相適配。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的球形天線罩快速構(gòu)建方法，其特征在于，在實(shí)現(xiàn)組裝膜板與 多節(jié)點(diǎn)座構(gòu)造設(shè)計(jì)和天線罩總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，包括以下步驟： 步驟一：按節(jié)點(diǎn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)參數(shù)確定桿間弦面角值和標(biāo)準(zhǔn)角值，對(duì)柱形節(jié)點(diǎn)座進(jìn)行分立 構(gòu)造設(shè)計(jì)，使拓?fù)湎噜徣齻€(gè)節(jié)點(diǎn)與桿件進(jìn)行雙螺孔連接或焊接形成穩(wěn)定三角形結(jié)構(gòu)； 步驟二：在三角形構(gòu)型金屬框架上表面用拉膜張緊方法固定高強(qiáng)聚酯膜，形成制式膜 板； 步驟三：進(jìn)行膜板和上蓋壓板安裝時(shí)，用長(zhǎng)螺栓將壓蓋、膠環(huán)、拼接膜板和節(jié)點(diǎn)底座板 緊密壓緊，并與基梁、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)牢固聯(lián)接，達(dá)到天線罩總體設(shè)計(jì)和快速吊裝安裝。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種金屬網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)球形天線罩快速構(gòu)建方法，屬于土木工程金屬網(wǎng)殼力學(xué)和電子工程學(xué)的交叉領(lǐng)域。該方法首先構(gòu)建了32面體及其變體，然后選定五邊形同步旋轉(zhuǎn)隨機(jī)要素，通過(guò)5邊形轉(zhuǎn)角控制，建立平面變異基元。在新的變異平面基元上，采用測(cè)地投影法通過(guò)變異基元面中心與邊界中點(diǎn)和5邊形中心向32面體變體外接球面進(jìn)行拓?fù)溆成渥儞Q，進(jìn)行隨機(jī)三角形構(gòu)型球形多面體的主體構(gòu)建。最后給出球形天線罩網(wǎng)殼總體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。構(gòu)成總體天線罩的是棚面膜板和節(jié)點(diǎn)座裝配構(gòu)件，聚酯張膜結(jié)構(gòu)膜板和三角形金屬框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)同天線罩總體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相結(jié)合，使金屬天線罩具有良好的力學(xué)性能和電磁性能，并有超強(qiáng)的抗風(fēng)雪能力和較小的輻射損失特性。
【IPC分類(lèi)】H01Q1-42
【公開(kāi)號(hào)】CN104752821
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510098623
【發(fā)明人】周豐峻, 周麗, 梁醒培, 周廣恩, 周東方, 馬勝鋼, 趙明皞, 邢召偉, 李延民, 劉國(guó)寧, 王峰, 李大磊, 原方, 邢峰, 劉起昆
【申請(qǐng)人】周豐峻
【公開(kāi)日】2015年7月1日
【申請(qǐng)日】2015年3月6日