Kompakt olarak katlanan ve kendi kendine açılabilen yeni bir reflektör antenin tasarım ve analizi

Abstract

Bu çalışmada, tam ölçekli hali 6 m çapında olan küçük uydularda kullanılabilecek, Ku frekans band aralığında çalışması düşünülen kompozit bir reflektör tasarımı gerçekleştirilmiştir. Reflektör parabolik, katlanıp açılabilen bir yapıdadır. Tasarlanan reflektör konsepti için başlangıçta ön tasarımlar gerçekleştirilmiştir. Bu tasarımlarda ilk önce merkezcil, daha sonra ofset reflektör tipi ele alınmıştır. Reflektör tipleri için çok sayıda ön tasarımlar modellenmiştir. Bu modeller kütle, doğal frekans, paketleme hacmi gibi kriterler dikkate alınarak incelenmiştir. Ön tasarımlar sonucu uygun modelin etekli ofset reflektör olduğu belirlenmiştir. Belirlenen reflektör modelinin 1/3 ölçekli halinin üretimi vakum destekli reçine transfer metodu kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Üretilen bu model üzerinden yüzey doğruluk, rijitlik, katlama, açılma ve modal testler yapılmıştır. Yapılan testler sonlu elemanlar yöntemiyle gerçekleştirilen analizler ile karşılaştırılmıştır. Daha sonra uygunluğunu belirlediğimiz ofset reflektör konseptinin tam ölçekli hali için optimizasyon çalışmaları yapılmıştır. Bu çalışmalarda etek genişliği, etek tabaka açısı ve etek tabaka kalınlığı değerleri tasarım değişkeni olarak ele alınarak doğal frekans-kütle analizleri yapılmıştır. Analiz sonucunda oluşan otuz farklı tasarım içinden TOPSIS çok kriterli optimizasyon yöntemi kullanılarak optimum reflektör elde edilmiştir. Elde edilen tam ölçekli optimum reflektör modeli için modal, dinamik geçiş, termal ve katlama analizleri gerçekleştirilmiştir. Optimum model belirlendikten sonra reflektörün 1/4 ölçekli halinin üretilmesine karar verilmiştir. İlk üretilen ölçekli reflektörün imalatı ve testlerinden elde ettiğimiz birikim doğrultusunda yeni bir kalıp üretilmiştir. Üretilen kalıp üzerinden elde edilen optimum reflektörün test ve analizleri yapılarak, yapının tasarım kriterlerine uygunluğu belirlenmiştir.

In this work, design of a composite reflector, which can operate at Ku band frequency range for the use small satellites and its full size has a diameter of 6 m, is carried out. The reflector is in the form of parabolic surface and it is a self deploying structure. Initialy, preliminary designs for the reflector concept are carried out. In these designs, first axial type reflector and then offset type reflector is taken into account. Several pre-designs are modeled for various reflector types. These models are investigated with respect to criteria such as mass, natural frequency, packing volume and structural integrity. As a result of pre-designs, offset reflector model with skirt is determined as the most suitable design. 1/3 scale of the determined reflector model is manufactured by using vacuum assisted resin transfer method. Surface accuracy, rigidity, folding, deployment and modal tests are performed on the manufactured model. The performed tests are compared to analyses which are based on finite element method. Later, optimization studies are performed for the case of full scale offset reflector concept. In those studies, width, thicknes, and ply angles of the skirt are considered as design variables. As a result of optimization studies, optimum reflector is obtained among thirty different designs by using TOPSIS multi-criteria decision method. Modal, dynamic transient, thermal and folding analysis are realized for the obtained full scale optimum reflector. After determination of the optimum model, 1/4 scaled version of the reflector is decided for manufacturing. A new mold is produced according to experiences acquired from first manufacturing of scaled reflector and its tests. In order to determine the appropriateness of the structure, tests and analysis for the obtained optimum reflector are performed.