大型空间薄膜结构保型技术及应用

1、项目名称 : 大型空间薄膜结构保型技术及应用推荐单位： 工业大学项目简介本项目属于力学领域。本项目面向大型航天器结构长期在轨保型技术发展需求，创新提出一种“保 型设计精确成型力控型刚化定型” 的大型空间薄膜结构形状控制技术， 通过主被 动协同控型与材料刚化定型， 使结构具备长期保型能力并形成一类具有 “大、轻、 精、久”显著优势的创新体制航天器， 引领未来大型高精度薄膜航天器的发展方 向。本项目在自然科学基金资助下， 建立了褶皱分叉和精度模拟调整等结构与控 制一体化保型设计方法， 揭示了薄膜结构构型失稳机制。 在原总装预研项目支持 下，提出了力索网与智能材料驱动的主被动协同控型技术， 解决了大

2、型空间薄膜 结构高精度实现与精度保持技术难题， 研制了大口径高精度充气展开可刚化天线 反射面工程样机， 依托新技术实验卫星充气式重力梯度杆， 完成了保型技术的在 轨应用。本项目申请国家发明专利项，其中已授权项。项目主要技术创新如下： .创新提出了柔性结构与形状控制相融合的一体化设计技术， 突破了大型复杂 薄膜结构被动形状控制技术难题。 提出了考虑柔柔和刚柔适配连接的精细化设计 方法，解决了力流枢纽节点匹配设计难题， 实现了结构中力流传递路径的最优化。 发明了基于欧几里得数最小二乘解的抛物面型薄膜结构面型精度分析方法和精 度调整模拟方法，突破了百级尺度薄膜结构毫级精度的精细化高保型设计技术难 题

3、。.发明了索膜肋杆环协同牵连约束的经纬混编空间网络力控型技术， 提出了螺 杆、压电纤维复合材料和形状记忆材料组合驱动的主动形状控制技术， 与支撑结 构和索网络优化融合实现了对肋网面的主被动协同控型， 提出了基于测试误差补 偿的精度调整技术，突破了大型薄膜结构测控一体化实现高精度的技术难题。.发明了可刚化肋网支撑偏馈抛物面型充气天线反射面，提出了精密裁切、刚 柔适配精细组装与辅助定位的薄膜结构精确成型工艺方法， 研制了大口径薄膜充 气天线反射面工程样机， 突破了毫级面型精度的技术实现途径， 完成了地面半实 物电性能仿真， 突破了“保型设计精确成型力控型刚化定型” 薄膜结构保型技术 瓶颈，成功应用

4、于实验卫星充气式重力梯度杆的在轨长期保型。本项目技术已在我国自主研制的新技术实验一号卫星充气式重力梯度杆上应 用 ,圆满完成了在轨保型任务 ,是我国空间充气结构技术领域里程碑式的新技术实 验。作为共性关键技术 ,已应用于国多家卫星总体单位的多种型号载荷平台中， 主要包括中国电子科技集团第三十八研究所的口径多波束星载展开天线、 航天东 方红海特卫星的星载重力梯度杆、 卫星工程研究所的某型星载有效载荷、 航天长 征火箭技术第二代测雨雷达载荷、 航天远望科技的国家高分专项某型平台有效载 荷。本项目技术是我国载人航天、高分专项和深空探测等重大航天工程后续发展的重要技术支撑，对未来大型高精度薄膜航天器的

5、发展起到了引领性作用，具有极高的社会、经济价值和广阔的应用前景。推广应用情况本项目技术已在我国自主研制的新技术实验一号卫星充气式重力梯度杆上 应用，是我国空间充气结构技术领域里程碑式的新技术实验。已应用于中国电子科技集团第三十八研究所、航天东方红海特卫星、卫星工程研究所和航天长征火 箭技术等多家国卫星总体单位的多种型号载荷平台中。基于本项目技术研制的口径多波束星载展开天线样机是国口径最大的充气 展开天线，口径精度比高达。中国电子科技集团第三十八研究所应用该技术于某 型移动通信卫星平台，保障了其广覆盖、高增益、大容量的研制要求。年月日由 航天东方红海特卫星发射了新技术验证一号（）实验卫星，搭载了

6、基于本项目技术 研发的长充气式重力梯度杆并完成了在轨保型实验任务，梯度杆在轨保型后基频 高达，是我国空间充气展开结构技术领域里程碑式的新技术实验。此外，本项目技术还实际应用于卫星工程研究所某型号有效载荷平台、航天长征火箭技术（航天七四所）第二代测雨雷达载荷、航天远望科技高分专项某载荷平台等。作为一项共性关键技术，该技术也成功应用于方舟航空科技等单位的多种型 号航空飞行器产品中，技术应用为企业获得新增利润万元， 具有显著的社会和经 济效益。曾获科技奖励情况无。主要知识产权证明目录序 号专利名称专利号发明人授权公告 日期咼精度充气膜结构 的设计方法王长国；崔宇佳；磊;远鹏一种基于欧几里得 数意义下

7、的最佳最 小二乘解分析抛物 面天线反射面精度 的方法杜娟;谭惠丰；林国昌；卫剑征大型抛物面天线反 射面精度调整模拟 方法谭惠丰；杜娟；卫剑征；林国昌一种航天器用充气 式径向肋天线尾杆 连接件谭惠丰；王长国；林国昌；卫剑 征；谢志民；苗常青一种连接充气环用 复式搭扣谭惠丰；林国昌；卫剑征；王长 国；田常青；于艳；谢志民；树林径向肋天线肋板及 肋板与中心鼓的连接方法谭惠丰；林国昌；卫剑征；王长 国；田常青；于艳；谢志民；树林一种用于控制充气 结构构型混编预力 索网的方法王长国；磊;远鹏;兰澜；谭惠丰一种可微调节间距 的径向肋版及调节方法王长国；谭惠丰；兰澜；夏振猛； 远鹏；陶强一种带增强骨架的柔性

8、抛物面星载天线谭惠丰；林国昌；王长国；卫剑 征；康敬天；留义一种可展开天线的 带膜径向肋王长国；谭惠丰；兰澜；夏振猛； 杜星文一种径向肋充气展 开天线用桅杆谭惠丰；林国昌；卫剑征；王长 国；兰澜；田常青；于艳；谢志 民；树林用于星载径向肋充 气展开天线的充气 支撑环谭惠丰；卫剑征；林国昌；王长 国；树林基于的自适应后缘 结构的控制装置承泽；维龙；王长国；董中杰；永 涛一种由形状记忆合 金和压电纤维复合 材料组合驱动的可变后缘机翼承泽；维龙；王长国；建军径向肋充气展开天 线的径向肋定位装置谭惠丰；王长国；林国昌；兰澜； 卫剑征；苗常青；谢志民；王友 善；宇艳；树林用于径向肋天线卷 曲折叠定位桅杆

9、的装置谭惠丰；林国昌；卫剑征；王长 国；田常青；于艳；谢志民；树林充气展开径向肋天 线的充气环与肋板 连接时固定充气环 的装置谭惠丰；林国昌；卫剑征；王长 国；田常青；于艳；谢志民；树林一种充气展开抛物 柱面天线的反射面 下拉式展开定型机 构谭惠丰；林国昌；树林；卫剑征； 留义；罗锡林一种基于渐变厚度 弹性板的星载抛物 面反射天线的抛物 面及其成形方法谭惠丰；林国昌；王长国；卫剑 征；康敬天；留义一种可刚化充气展 开径向肋支撑式偏 馈抛物面天线王长国；杜星文；谭惠丰；谢志 民；苗长青；王友善一种用于制造径向 展开肋板机构的方法谭惠丰；王长国；林国昌；卫剑 征;谢志民；田常青；于艳;谢志 民；树

10、林一种径向肋天线的 肋板尾端与桅杆的连接模具谭惠丰；林国昌；卫剑征；王长 国；树林；田常青；于艳；谢志民一种径向可展开肋 板机构的展开装置谭惠丰；王长国；林国昌；卫剑 征；谢志民；苗常青；树林一种用于径向肋板 展开和收起的装置 及方法谭惠丰；王长国；林国昌；卫剑 征；谢志民；田常青；于艳；树林大口径径向肋天线 肋板的安装检测装 置谭惠丰；林国昌；卫剑征；王长 国；田常青；于艳；谢志民；树林一种用于测量的双 相机系统的标定板 及其标定方法林国昌；岳鹏阳；谭惠丰；王长 国；卫剑征大口径充气经向肋 天线检测装置谭惠丰；王长国；林国昌；卫剑 征；田常青；谢志民；于艳；树林充气展开径向肋天 线的肋板拉力

11、实验 装置谭惠丰；林国昌；树林；留义；罗 锡林用于空间充气展开 天线地面测试的三 轴加速传感器固定装置谭惠丰；卫剑征；林国昌；王长 国；树林充气环结构多点向 心加载实验装置林国昌；谭惠丰；王长国；卫剑 征；马腾空间充气展开天线 地面检测用支撑装 置林国昌；谭惠丰；树林一种用于超溥柔性 膜材拉伸性能测试 用的夹具王长国；磊；远鹏；兰澜；谭惠丰溥膜拉剪耦合实验 测试装置王长国；兰澜；锦莱；夏振猛；陶 强；远鹏；谭惠丰；云良；树林通过修正奇异位移 分量消除褶皱计算 时刚度矩阵奇异性 的方法王长国；谭惠丰；杜星文用于空间充气展开 结构的热固性复合 薄膜的刚化方法宇艳；谢志民；谭惠丰；杜星文形状记忆复合

12、材料宇艳；万志敏；谭惠丰；杜星文及其制备方法热固性形状记忆环 氧树脂及其二阶段固化的方法宇艳;赖学平；万志敏；杜星文承诺：上述发明专利用于提名教育部技术发明奖的情况，已征得未列入项 目主要完成人的作者的同意。知识产权归国所有，且不存在争议。第一完成人签名：主要完成人情况姓名王长国性别男排名国籍中国出生年月出生地民族汉族号归国人员否归国时间技术职称教授最高学历研究生最高学位博士毕业学校工业大学毕业时间所学专业工程力学电子办公移动通讯地址哈市南岗区一匡街号哈工大科学园栋室邮政编码工作单位工业大学行政职务副所长二级单位航天学院党派中国共产党完成单位工业大学所在地单位性质大专院校参加本项目的起止时间至

13、对本项目主要学术贡献：突破了大型薄膜结构高精度实现与精度保持技术瓶颈，提出了主被动力控型和空间刚化技 术的反射面技术解决途径，突破了大型薄膜结构高精度实现、精度调整与精度保持等多项保型 瓶颈技术。攻克了结构控制一体化设计和主被动协冋控型等多项技术难题。发展了一种“保型设计精确成型力控型刚化定型”的形状稳定技术。完成了保型技术在新技术实验一号卫星重力 梯度杆和口径多波束星载展开天线的应用验证。主要负责结构设计、保型控制与样机研制。发 明点和的提出人，排名第一专利项，排名第二专利项，排名第二专利项。曾获国家科技奖励情况： 无姓名谭惠丰性别男排名国籍中国出生年月出生地民族汉族号归国人员否归国时间技术

14、职称教授最高学历研究生最高学位博士毕业学校工业大学毕业时间所学专业工程力学电子办公移动通讯地址哈市南岗区一匡街号哈工大科学园栋室邮政编码工作单位工业大学行政职务副主任二级单位航天学院党派群众完成单位工业大学所在地单位性质大专院校参加本项目的起止时间至对本项目主要学术贡献：提出了可刚化肋网支撑偏馈抛物面型充气天线反射面技术解决途径，解决了大型薄膜结构 高精度实现、高应变材料应用与精确成型等多项技术难题。负责完成了新技术实验一号卫星充 气式重力梯度杆正样研制与在轨应用验证。研制了全尺寸可刚化肋网支撑偏馈充气天线反射面 样机。负责项目方案实施与质量进度协调。发明点的提出人。排名第一专利项。曾获国家科

15、技奖励情况： 无姓名林国昌性别男排名国籍中国出生年月出生地民族汉族号归国人员否归国时间技术职称讲师最高学历研究生最高学位博士毕业学校工业大学毕业时间所学专业工程力学电子办公移动通讯地址哈市南岗区一匡街号哈工大科学园栋室邮政编码工作单位工业大学行政职务二级单位航天学院党派中国共产党完成单位工业大学所在地单位性质大专院校参加本项目的起止时间至对本项目主要学术贡献：建立了大型空间薄膜结构精度测试平台并提出了面型精度非接触测试方法，完成了充气天 线反射面结构的面型精度测试与分析，给出了精度模拟调整方法，实施了对天线反射面精度的 调整。项目实施过程中负责结构面型精度测试与调整分系统。排名第一专利项。曾获

16、国家科技奖励情况： 无姓名宇艳性别女排名国籍中国出生年月出生地民族汉族号归国人员否归国时间技术职称教授最高学历研究生最高学位博士毕业学校工业大学毕业时间所学专业高分子材料电子办公移动通讯地址工业大学信箱邮政编码工作单位工业大学行政职务二级单位航天学院党派群众完成单位工业大学所在地单位性质大专院校参加本项目的起止时间至对本项目主要学术贡献：开展了热固性形状记忆树脂体系，开发了二阶段固化薄膜材料，完成了形状记忆复合材料 的性能分析和试件制备，掌握了空间柔性可刚化材料的设计、制备与性能测试技术，联合开展 了基于形状记忆二阶段固化树脂增强芳纶复合材料充气支撑环结构的折叠、加热展开与固化定 型。主要负责

17、柔性层合薄膜材料及其固化定型分系统。排名第一专利项。曾获国家科技奖励情况： 无姓名夏振猛性别男排名国籍中国出生年月出生地民族汉族号归国人员否归国时间技术职称其他最高学历研究生最高学位硕士毕业学校工业大学毕业时间所学专业工程力学电子办公移动通讯地址哈市南岗区一匡街号哈工大科学园栋邮政编码工作单位工业大学行政职务二级单位航天学院党派中国共产党完成单位工业大学所在地单位性质大专院校参加本项目的起止时间至对本项目主要学术贡献：完成了在轨可刚化充气展开径向肋板支撑偏馈抛物面结构设计，进行了肋板找形设计、分 析与实验研究，分析了折痕对空间薄膜结构面型精度的影响，优化了抛物面天线结构的肋板数 量与索网络空间分布，完成了薄膜天线支撑肋板的屈曲分析与形状控制。负责大型薄膜结构设 计与天线面结构设计分系统。发表学术论文篇，排名第四专利篇。曾获国家科技奖励情况： 无姓名远鹏性别男排名国籍中国出生年月出生地民族汉族号归国人员否归国时间技术职称其他最