28、静电控制可展开膜天线的仿真与实验

静电控制可展开膜天线的仿真与实验

1. 引言

早在1932年，Muller就在英国专利中提出利用静电力将薄膜转变为曲面反射面的概念。1967年，H.S. Jones对该概念进行了完善和详细设计并获得专利。1978年，通用研究公司首次提出薄膜静电成型的想法，随后美国国家航空航天局（NASA）在20世纪80年代设计并制造了口径为4.88米的静电薄膜反射器。

随着光学级聚合物薄膜材料和工艺的发展，21世纪人们对静电控制可展开膜天线（ECDMA）的兴趣再度兴起。一些膜镜已被设计和制造出来，通过电极主动控制和主动边界控制，测试结果令人满意。2004年，SRS Technologies和诺斯罗普·格鲁曼公司完成了一个5米轻量级主动控制膜传感器原型，这才是真正意义上的ECDMA。未来，更大口径、更高表面精度的ECDMA结构有望被制造出来。

然而，目前几乎所有的ECDMA仿真都仅用于设计，其有限元模型（FEM）与实际结构往往存在差异。当前缺乏精确的FEM来分析现有ECDMA结构，更无法用其预测结构变化并指导膜面形状调整。常见的模型误差有以下三种：
1. 模型参数误差 ：包括膜和索的杨氏模量、泊松比、质量密度等，本文通过材料测试测量这些参数。
2. 模型结构误差 ：由膜和索的非线性行为引起，本文采用高精度数字摄影测量获取膜的几何构型和索端位置，并用复位平衡法确定膜和索的应力分布。
3. 静电力误差 ：多数情况下静电力被视为常量，但实际上它会随膜的大变形而变化，本文每次膜变形时都会计算电极施加在膜表面的静电力，这显然是一个迭代过程。

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