双稳态复合材料天线结构力电耦合分析及其设计方法

基本信息
批准号:11772107
项目类别:面上项目
资助金额:75.00
负责人:戴福洪
学科分类:
依托单位:哈尔滨工业大学
批准年份:2017
结题年份:2021
起止时间:2018-01-01 - 2021-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:于东,胡建强,王景泽,潘殿坤,李岩奇,马奔彪,姜伟红
关键词:
双稳态多功能结构复合材料层板力电耦合可重构天线
结项摘要

Bi-stable laminates have some advantages, such as light weight, load-bearing,low-profile, allowing large deformation and it can sustain its stable geometrical configuration without continue outside energy supplying. Merging the antenna devices into bi-stable laminate, a new multifunctional composite material structure integrating communication and morphing properties can be obtained. The reconfigurable antenna is a new and developing technology in the field of micro-wave communication, which makes one antenna offer the performance of several antennas by dynamically changing physical structure and dimension. In this project, a new concept and design method of bi-stable electro-mechanical multifunctional composite material structure is proposed, which does not only expand the reconfigurable performance of conventional conformal load-bearing antenna structures, but also expand the electromagnetic performance of bi-stable laminates. It is highly potential to be applied in the field of satellite communication and aircraft structures. Firstly, a model to solve the problem of large deformation and geometrical configuration bifurcation of bi-stable laminates is presented. Then, the electro-mechanical coupling effect of bi-stable composite antenna structures is analyzed. The design method of pattern reconfigurable antenna and integrated manufacturing process are investigated. The actuating method to induce configuration transform is given. A number of experimental investigations are conducted to validate the structural design and analytical method. The results will lay the foundation of its further application on satellite communication and aircraft technology.

双稳态复合材料层板具有轻质、可承载、低剖面、可发生大变形、无需外界能量持续供应即可维持其稳定构型等特点,将其与天线器件结合,可获得集天线功能和变体特征于一体的多功能复合材料结构。可重构天线是微波技术领域的新兴技术,通过动态改变其物理结构或尺寸,使同一个天线具有多个天线的功能。本项目提出双稳态力电多功能复合材料结构概念及其设计方法,该结构既拓展了传统力电多功能结构如共形承载天线结构的可重构功能,又拓展了双稳态层板的电磁功能,在卫星通信以及智能飞行器结构等领域具有广阔的应用前景。本项目将重点解决嵌入天线器件的双稳态复合材料层板大变形以及构型分叉等理论预报问题,发展双稳态复合材料天线结构电磁场与位移场耦合分析模型,掌握此类结构的方向图可重构设计方法以及一体化成型工艺,给出构型转变的主动驱动方案,设计、制备并验证双稳态天线结构的理论分析模型和方法,为其在飞行器以及微波通讯等领域的应用奠定理论基础。

项目摘要

本项目针对可重构天线的发展需求,提出并发展了基于双稳态复合材料层板的可重构天线多功能结构一体化设计和实现方法。发展了双稳态混杂复合材料天线结构构型预报理论模型,给出了材料及结构参数对双稳态构型及一体化天线电性能的影响规律;结合一体化固化工艺,设计并制备出定向和全向方向图可重构一体化双稳态贴片天线结构、双稳态八木天线结构、双稳态柱壳方向图和极化可重构天线结构三类结构样机,建立了其电磁场与位移场综合分析模型,揭示了天线可重构机理;理论和实验研究了嵌入压电和形状记忆合金的驱动方法,实现了双稳态天线构型转变驱动,为典型一体化双稳态复合材料天线结构的进一步应用奠定理论基础并提供分析方法。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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