卫星结构设计与分析(下)--李建辉.ppt

,1、杆系结构,1、杆系结构,杆系结构的设计,材料选择,结构选择,整体构型,试验验证,接头设计,桁架,金属 碳纤维复合材料,胶结接头 螺接接头 焊接接头,整体力学 接头强度 形变,更小的质量更优的性能,2、板式结构,板式结构是构成整星基础结构件，满足整星强度、刚度，和热防护，维持卫星的外部构型，大型附件结构等，例如天线、太阳翼。,2、板式结构-蜂窝夹层,蜂窝夹层板结构：面板、蜂窝芯子、胶黏剂,HexWeb 蜂窝关键产品： HexWeb HRP-C 玻璃纤维核心用于飞机机舱应用 HexWeb HDC 重密度玻璃纤维用于蜂窝夹层板里的嵌铸替代品 铝芯：5052 或 5056 合金配 CRIII 或 CRPAA 腐蚀处理方案 芳纶/对位芳纶（诺梅克斯和凯夫拉尔纤维）核芯加上酚浸涂 玻璃：用酚醛或尼龙浸渍涂敷 Flexcore 用于高波状外形的应用,2、板式结构-框架板式,框架板式：板式通过增加梁构件，增强强度刚度，能适应多种接口,蜂窝结构的连接,3、中心承力筒设计,壳体主承力结构主要有两类： 1、中心承力筒 2、舱段壳体,3、中心承力筒设计,结构形式,光壳结构,网格加筋,波纹壳,桁条加筋,蜂窝夹层,桁条加筋中心筒,复合材料：对于较密均匀分布桁条的复合材料桁条加筋，可采用结构均匀化的分析方法。,蜂窝夹层中心筒,4、密封舱结构,航天器的密封舱是指航天员或舱内有效载荷等仪器设备的需要，在运行时舱内需要维持一定压力的舱段。,4、密封舱结构,密封舱连接处结构设计,密封设计,1、接触面泄露 2、渗透泄露 3、破坏性泄露,密封材料选择：橡胶,密封形式: a、密封圈 b、b型密封圈 c、矩形密封圈 d、T型密封圈,密封舱的试验验证,5、防热结构,卫星防热结构设计的任务：设计出一种能经受对流加热和激波辐射的气动加热方式，防止返回舱发生过热和烧毁的结构。,防热结构发展是需求发展史，也是一部材料发展史,吸热防热结构,吸热防热结构最重要的考虑是热容量，结合质量、经济性、环境需求等，大约有如下要求： 1、高比热容 2、热导率大 3、热扩散系数大 4、耐高温,辐射防热结构,烧蚀防热结构,烧蚀过程发生化学物理现象，从而吸热： 1、原始材料层 2、热解层 3、炭化层 4、炭层表面,烧蚀防热结构,1热解温度低，热解温度达 2气化分数高 3热解气体尽可能高的比热容 4材料及炭层密度小 5热解后炭层表面辐射高,防热机构试验验证,6、太阳翼结构与机构,太阳电池阵,多面体,展开式,体装式,圆柱形,卷式,刚性基板,太阳桨,太阳翼,半刚性,刚性基板,折叠式,柔性基板,柔性基板,太阳翼结构的设计分析,太阳翼不需要承受主要载荷，因此可以设计成更轻型的结构形式，主要有： 1、基板的构型设计 基板外形和板上压紧点 2、基板的结构设计 蜂窝夹层结构、碳纤维复合材料作为面板， 3、连接架设计 连接架长度一般可取为基板板宽的一半，使得连接点为基板中心。,设计分析与其他结构类似，主要有：折叠展开状态模态分析、折叠展开状态振动响应、折叠状态噪声响应、静载分析、展开锁定时的冲击载荷、太阳翼强度分析（基板、连接处、压紧点）,太阳翼机构的设计分析,太阳翼机构是卫星的活动部件，增加了卫星的复杂性和风险性，所以机构的设计和设计显得相当重要。,刚性折叠式太阳翼： 1、压紧和释放机构 压紧杆设计 压紧衬套设计 火工切割器 2、展开机构 铰链和绳索联动系统 3、太阳翼驱动结构 一方面驱动太阳翼转动，一方面太阳能功率输送。,1、驱动弹簧 2、联动绳索 3、关节轴承的配合游隙 4、铰链摩擦阻力 5、连接电缆阻力 6、压紧杆加载验证 7、压紧释放功能试验 8、基板噪声,为了验证太阳翼结构的设计和分析，以及检验太阳翼产品的工艺一致性： 1、噪声试验 2、正弦振动,太阳翼展开最主要试验项目 零重力,太阳翼结构和机构设计的试验验证,7、天线结构和机构,卫星天线是自由空间中传播的无线电波与传输线中传输电信号之间的转换器。两个功能：1、传输线与自由空间阻抗匹配，2、实现电磁波想特定方向的辐射。,太阳翼与天线阵列展开后的想象图,天线形式分类： 1、线天线 2、喇叭天线 3、反射面天线 4、阵列天线,天线机构,短期使用机构： 天线展开机构 压紧/释放机构 定位机构,长期使用机构： 天线消旋机构 天线指向机构 天线扫描机构 天线跟踪机构,天线结构和机构设计,明确天线结构和机构要求,天线结构和机构的方案设计,天线形式的确定和构型方案设计,天线结构和机构零部件设计,天线结构和机构的详细设计,半刚性反射面天线结构和机构,柔性反射面天线结构和机构,刚性反射面天线的结构和机构设计,1、反射面结构设计 2、天线机构,1、可调整薄膜反射面（高精度） 2、自回弹天线反射面（大口径）,1、径向肋天线 2、架构式天线,天线结构和机构的分析验证,8、连接与分离,连接与分离机构是实现航天器本体和部件之间、舱段之间、航天器与运载火箭之间及航天器之间牢固连接，又可以按规定实现解锁与分离的装置。 主要作用：连接，解锁，分离， 类型：机械，电路，气路与液路连接与分离,火工装置,在外部作用（发火原件），利用主装药燃烧或爆炸产生的能量驱动功能组件，完成规定功能的装置。 具有能量大、体积最小、使用方便的特点。但也有安全性性能差、对结构冲击大、产生有害气体等缺点。,爆炸螺栓、燃气驱动的火工,爆炸螺栓,燃气驱动,星箭连接与分离机构的设计和分析,爆炸螺栓,包带连接释放装置,舱段连接与分离机构,连接设计与分析,舱段分离的设计和分析,连接部件的选择,舱段连接分析,分离系统,分离装置的形式,设计要求,1火工分离（弹射筒） 2弹簧分离 3大承载力火工锁 4分离火箭,1分离后姿态与速度 2解锁与分离时序 3减小冲击和噪声 4解锁与分离同步 5考虑质量特性及分离特性,1、起爆器 2、使用燃气发生器 3、非电传爆方案,空间对接装置,空间对接是用来实现航天器之间的机械、电路、气液路空间对接、连接与分离的复杂装置，按机构机构驱动分类：气液驱动、机电、数控。,柔性对接,欧洲空间局的十字形对接装置,柔性“杆-锥”式对接装置,杆-锥”式对接装置,“异体同构周边”式对接装置,工作映射,HexWeb 蜂窝关键产品： HexWeb HRP-C 玻璃纤维核心用于飞机机舱应用 HexWeb HDC 重密度玻璃纤维用于蜂窝夹层板里的嵌铸替代品 铝芯：5052 或 5056 合金配 CRIII 或 CRPAA 腐蚀处理方案 芳纶/对位芳纶（诺梅克斯和凯夫拉尔纤维）核芯加上酚浸涂 玻璃：用酚醛或尼龙浸渍涂敷 Flexcore 用于高波状外形的应用,HexTow 短切纤维 HexTow 短切碳纤维用于模压和注入工艺生产机器零件、齿轮和化工阀门。成品具有极佳的抗腐蚀、抗蠕变和抗疲劳性能，以及高强度和刚度特性。,HexTow 连续纤维 连续纤维可以与所有的热固性和热塑性树脂体系相结合，可用于编织、编结、缠绕成形工艺； 单向带用于自动铺丝和自动铺带以及预浸料丝束铺放。,HexTow 碳纤维是世界上最先进的航空航天和工业应用的首选。,纤维织物/增强材料，赫氏织物和增强材料品种全面，提供各种编织类型。,碳、玻璃、芳纶纤维和