衛(wèi)星結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析下講課文檔

衛(wèi)星結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析下第一頁(yè)，共四十九頁(yè)。目錄●桿系結(jié)構(gòu)●中心承力筒結(jié)構(gòu)●板式結(jié)構(gòu)●密封艙結(jié)構(gòu)●防熱機(jī)構(gòu)●太陽(yáng)翼結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu)●天線結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu)●連接與分離機(jī)構(gòu)第二頁(yè)，共四十九頁(yè)。桿系結(jié)構(gòu)

07●概述●桿系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)●桿系結(jié)構(gòu)的分析●桿系結(jié)構(gòu)的應(yīng)用第三頁(yè)，共四十九頁(yè)。桿系結(jié)構(gòu)的功能可作為衛(wèi)星的主承力結(jié)構(gòu)，承受和傳遞衛(wèi)星上的主要載荷可構(gòu)成衛(wèi)星的骨架結(jié)構(gòu)，把衛(wèi)星的有效載荷和各分系統(tǒng)鏈家在一起

桿系結(jié)構(gòu)的功能可作為衛(wèi)星的非主承力結(jié)構(gòu)，為某些特殊的有效載荷而提供剛性支撐可作為重要設(shè)備的連接結(jié)構(gòu)第四頁(yè)，共四十九頁(yè)。桿系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求剛度要求強(qiáng)度要求尺寸穩(wěn)定性要求構(gòu)型要求質(zhì)量要求機(jī)械接口要求非機(jī)械性能要求第五頁(yè)，共四十九頁(yè)。桿系結(jié)構(gòu)的材料選擇比模量和比強(qiáng)度高材料工藝好，便于制造

較小的線膨脹系數(shù)具有良好的空間環(huán)境穩(wěn)定性機(jī)械性能要求物理性能要求制造工藝性能空間環(huán)境要求第六頁(yè)，共四十九頁(yè)。桿系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

較合理的桿系結(jié)構(gòu)不但可以保證構(gòu)架的剛度，而且可以在質(zhì)量不變的條件下得到更高的額固有頻率整體構(gòu)型設(shè)計(jì)桿設(shè)計(jì)桿件的主要形式：●金屬擠壓管●復(fù)合材料管●機(jī)加的開口截面桿件●由板材整體機(jī)加的平面桿系結(jié)構(gòu)接頭設(shè)計(jì)接頭的主要形式：●膠接接頭●螺接接頭●焊接接頭第七頁(yè)，共四十九頁(yè)。板式結(jié)構(gòu)

08●概述●蜂窩夾層板材料●蜂窩夾層板設(shè)計(jì)●蜂窩夾層板的連接●框架板式結(jié)構(gòu)第八頁(yè)，共四十九頁(yè)。板式結(jié)構(gòu)的功能構(gòu)成整星結(jié)構(gòu)維持外部構(gòu)型艙段連接機(jī)構(gòu)設(shè)備支撐機(jī)構(gòu)大型伸展結(jié)構(gòu)第九頁(yè)，共四十九頁(yè)。蜂窩夾層板材料蜂窩夾層板的優(yōu)點(diǎn)：●較高的強(qiáng)度質(zhì)量比●較優(yōu)的剛度質(zhì)量比●較好的抗疲勞性能●良好的阻尼減振特性和良好的降噪隔熱性能●結(jié)構(gòu)的可設(shè)計(jì)性●具有平滑的表面●結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單第十頁(yè)，共四十九頁(yè)。蜂窩夾層板材料面板蜂窩芯子膠黏劑第十一頁(yè)，共四十九頁(yè)?？蚣馨迨浇Y(jié)構(gòu)框架板式結(jié)構(gòu)的功能：●作為分艙結(jié)構(gòu)的構(gòu)造基礎(chǔ)●可作為大型設(shè)備支撐結(jié)構(gòu)部件●作為分離艙體的接口界面●作為分離的艙體在地面裝配、測(cè)試及運(yùn)輸?shù)闹谓缑娌⒊惺茌d荷提出要求設(shè)計(jì)要求：●具有較高的整體強(qiáng)度，并承受局部搭載和的強(qiáng)度●具有較好的剛度●能滿足各結(jié)構(gòu)模塊、大設(shè)備的布局連接第十二頁(yè)，共四十九頁(yè)。框架板式結(jié)構(gòu)02040103鈑金成型將金屬板材銅鼓模具形成角形、槽形及工字型等基本梁結(jié)構(gòu)，或直接選用型材進(jìn)行組裝金屬厚板材通過整體加工形成整體式框架板結(jié)構(gòu)整體鑄造成型用復(fù)合材料鋪設(shè)成型第十三頁(yè)，共四十九頁(yè)。中心承力筒結(jié)構(gòu)

09●概述●中心承力筒結(jié)構(gòu)方案選擇●桁條加筋中心承力筒的設(shè)計(jì)●桁條加筋中心承力筒的分析●蜂窩夾層中心承力筒的設(shè)計(jì)●蜂窩夾層中心承力筒的分析第十四頁(yè)，共四十九頁(yè)。概述中心承力筒功能承載整星載荷作為整星結(jié)構(gòu)組裝中心安裝部分設(shè)備提供星箭接口提供設(shè)計(jì)和工藝基準(zhǔn)提供衛(wèi)星地面測(cè)試支撐第十五頁(yè)，共四十九頁(yè)。中心承力筒的結(jié)構(gòu)形式波紋殼光殼結(jié)構(gòu)蜂窩夾層殼第十六頁(yè)，共四十九頁(yè)。桁條加筋中心承力筒的結(jié)構(gòu)形式桁條加筋中心承力筒的設(shè)計(jì)筒體蒙皮的設(shè)計(jì)桁條的設(shè)計(jì)下端框的設(shè)計(jì)上端框的設(shè)計(jì)中框的設(shè)計(jì)

縱向連接角片的設(shè)計(jì)第十七頁(yè)，共四十九頁(yè)。蜂窩夾層中心承力筒的結(jié)構(gòu)形式筒體設(shè)計(jì)筒體的設(shè)計(jì)包括筒體的直徑、高度；內(nèi)外面板的厚度、夾層的厚度、蜂窩格子的邊長(zhǎng)、蜂窩箔材的壁厚等連接設(shè)計(jì)筒體的設(shè)計(jì)包括筒體的直徑、高度；內(nèi)外面板的厚度、夾層的厚度、蜂窩格子的邊長(zhǎng)、蜂窩箔材的壁厚等第十八頁(yè)，共四十九頁(yè)。密封艙結(jié)構(gòu)

10●概述●密封艙結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)●密封設(shè)計(jì)●密封艙設(shè)計(jì)的試驗(yàn)驗(yàn)證第十九頁(yè)，共四十九頁(yè)。密封艙概述密封艙結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求：●密封要求●質(zhì)量要求●強(qiáng)度和剛度要求●可靠性要求●安裝要求●對(duì)接要求●功能要求提出要求密封艙結(jié)構(gòu)的功能：●密封●承載●提供內(nèi)部?jī)x器設(shè)備布局空間●支撐和定位儀器設(shè)備●艙段對(duì)接●設(shè)計(jì)和工藝基準(zhǔn)●防塵、隔熱和接地第二十頁(yè)，共四十九頁(yè)。密封艙結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)密封艙殼體殼體材料選擇●焊接性能好●比強(qiáng)度高●工藝性好●抗應(yīng)力腐蝕●商品化程度高●硬殼式結(jié)構(gòu)●半硬殼式結(jié)構(gòu)●整體壁板式結(jié)構(gòu)第二十一頁(yè)，共四十九頁(yè)。密封設(shè)計(jì)影響密封的因素：●密封件的工作環(huán)境●密封件的工作壽命●密封件的材料性能●密封件的壓縮率●密封件的安裝措施●密封件的結(jié)構(gòu)形式●密封件的表面精度密封材料的性能：●彈性還，永久變形小●具有能與密封面貼合的彈性●適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度和硬度●材料致密性好，透氣率低●在一定溫度范圍內(nèi)可保持物理、力學(xué)、化學(xué)性能●對(duì)工作介質(zhì)的兼容性●對(duì)金屬接口不腐蝕●較小的摩擦吸收以及較好的耐老化性能密封形式：●密封圈●橡膠波紋管●相機(jī)窗玻璃密封第二十二頁(yè)，共四十九頁(yè)。密封艙設(shè)計(jì)的試驗(yàn)驗(yàn)證

驗(yàn)收試驗(yàn)在進(jìn)行水壓試驗(yàn)后，采用保壓法進(jìn)行氣密驗(yàn)收試驗(yàn)

檢漏試驗(yàn)評(píng)價(jià)與驗(yàn)證密封艙的漏率是否滿足要求

力學(xué)實(shí)驗(yàn)靜強(qiáng)度試驗(yàn)：水壓試驗(yàn)動(dòng)強(qiáng)度試驗(yàn)：振動(dòng)響應(yīng)試驗(yàn)

熱真空試驗(yàn)全星熱真空試驗(yàn)第二十三頁(yè)，共四十九頁(yè)。防熱結(jié)構(gòu)

11●概述●吸熱放熱結(jié)構(gòu)●輻射防熱結(jié)構(gòu)●燒蝕防熱結(jié)構(gòu)第二十四頁(yè)，共四十九頁(yè)。防熱結(jié)構(gòu)概述設(shè)計(jì)任務(wù)類型設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)出一種能使返回艙經(jīng)受返回氣動(dòng)加熱，防止返回艙發(fā)生過熱和燒毀的結(jié)構(gòu)●吸熱●輻射●燒蝕在總體設(shè)計(jì)所規(guī)定的質(zhì)量和被防護(hù)的本體結(jié)構(gòu)所允許的最高溫度的約束下，設(shè)計(jì)出能經(jīng)受各種飛行環(huán)境以及飛行前地面環(huán)境的防熱層第二十五頁(yè)，共四十九頁(yè)。吸熱防熱結(jié)構(gòu)第二十六頁(yè)，共四十九頁(yè)。輻射防熱結(jié)構(gòu)輻射防熱材料的構(gòu)成：輻射蒙皮：外表面輻射系數(shù)≥0.8，內(nèi)表面輻射系數(shù)盡可能低；隔熱材料：阻止熱量向內(nèi)部傳遞；本體結(jié)構(gòu)：被防護(hù)第二十七頁(yè)，共四十九頁(yè)。燒蝕防熱結(jié)構(gòu)熱解溫度炭化溫度燒蝕防熱材料的熱效應(yīng)：●原始材料層：熱容吸熱和向內(nèi)導(dǎo)熱；●熱解層：熱解吸熱，熱解氣化吸熱，向內(nèi)導(dǎo)熱層內(nèi)的主要現(xiàn)象是材料的熱解；●炭化層：炭層及熱解氣體溫升吸熱，炭層向內(nèi)導(dǎo)熱，可能發(fā)生炭層高溫氧化或熱解氣體二次裂解吸熱；●炭層表面：表面發(fā)生復(fù)雜的熱現(xiàn)象，既有加熱、也有散熱。第二十八頁(yè)，共四十九頁(yè)。太陽(yáng)翼結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu)

12●概述●太陽(yáng)翼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與分析●太陽(yáng)翼機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與分析●太陽(yáng)翼結(jié)構(gòu)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的試驗(yàn)驗(yàn)證第二十九頁(yè)，共四十九頁(yè)。太陽(yáng)翼的結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu)第三十頁(yè)，共四十九頁(yè)。太陽(yáng)翼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)基板構(gòu)型基板結(jié)構(gòu)連接架確定基板的外形尺寸和板上壓緊的數(shù)量和位置為了減小基板質(zhì)量和提高基板剛度，一般采用蜂窩夾層結(jié)構(gòu)連接架的長(zhǎng)度為基板寬度的一半，最大高度與基板高度一致第三十一頁(yè)，共四十九頁(yè)。太陽(yáng)翼機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

●壓緊桿設(shè)計(jì)

●壓緊襯套的設(shè)計(jì)

●火工切割器

●壓緊桿緩沖和保持裝置設(shè)計(jì)壓緊與釋放機(jī)構(gòu)鉸鏈繩索聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)●公鉸和母鉸設(shè)計(jì)●軸承設(shè)計(jì)●驅(qū)動(dòng)彈簧設(shè)計(jì)●鎖定裝置設(shè)計(jì)●繩索預(yù)張力的確定●繩索預(yù)張力的控制●繩索強(qiáng)度●繩索的連接●繩索的支撐第三十二頁(yè)，共四十九頁(yè)。太陽(yáng)翼結(jié)構(gòu)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的試驗(yàn)驗(yàn)證關(guān)鍵零部件性能測(cè)試驅(qū)動(dòng)彈簧的彈簧常數(shù)關(guān)節(jié)軸承的配合游隙聯(lián)動(dòng)繩索的加載驗(yàn)證鉸鏈摩擦阻力矩連接電纜阻力矩壓緊桿加載驗(yàn)證壓緊與釋放機(jī)構(gòu)功能驗(yàn)證基板噪聲太陽(yáng)板溫度交變太陽(yáng)翼展開試驗(yàn)太陽(yáng)翼展開所需時(shí)間太陽(yáng)翼展開期間個(gè)太陽(yáng)板的夾角聯(lián)動(dòng)裝置的繩索張力各鉸鏈的鎖緊狀態(tài)太陽(yáng)翼展開后的翼面位置力學(xué)性能試驗(yàn)噪聲試驗(yàn)正弦波動(dòng)試驗(yàn)第三十三頁(yè)，共四十九頁(yè)。天線結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu)

13●概述●天線結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu)的方案設(shè)計(jì)●天線結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu)的詳細(xì)設(shè)計(jì)●天線結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu)的分析第三十四頁(yè)，共四十九頁(yè)。天線概述設(shè)計(jì)要求分類功能實(shí)現(xiàn)傳輸線與自由空間的阻抗匹配，實(shí)現(xiàn)電磁波向特定方向的輻射線天線、喇叭天線、陣列天線、反射面天線●構(gòu)型要求●機(jī)械接口要求●質(zhì)量和質(zhì)量特性要求●剛度和強(qiáng)度要求●空間環(huán)境要求●材料要求●可靠性和壽命要求第三十五頁(yè)，共四十九頁(yè)。天線結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu)的詳細(xì)設(shè)計(jì)剛性反射面天線反射面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)反射面必須可以反射電磁波并且具有良好的剛度，因此碳纖維封魔夾層結(jié)構(gòu)成為首選?！穹瓷涿嫘途扰c尺寸的穩(wěn)定性反射面板一般設(shè)計(jì)成近似面內(nèi)個(gè)性同性●采用較薄的反射面輔以加筋天線機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)真空環(huán)境對(duì)天線機(jī)構(gòu)的潤(rùn)滑是個(gè)考驗(yàn)，采用MoS2可解決●天線展開機(jī)構(gòu)展開鉸鏈采用滾動(dòng)軸承和溫度補(bǔ)償裝置驅(qū)動(dòng)裝置采用電擊齒輪單元和彈簧單元展開定位機(jī)構(gòu)由定位塊完成●壓緊釋放機(jī)構(gòu)常采用壓緊桿和張力索●天線指向機(jī)構(gòu)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)（采用開環(huán)控制）●天線跟蹤系統(tǒng)采用閉環(huán)控制第三十六頁(yè)，共四十九頁(yè)。天線結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu)分析力學(xué)分析剛度分析強(qiáng)度分析熱分析溫度場(chǎng)分析熱變形及熱應(yīng)力分析動(dòng)力學(xué)分析初始條件分析運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真靜平衡分析動(dòng)態(tài)分析線性分析第三十七頁(yè)，共四十九頁(yè)。連接與分離機(jī)構(gòu)

14●概述●火工裝置●星箭連接與分離結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與分析●艙段連接與分離結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與分析第三十八頁(yè)，共四十九頁(yè)。連接與分離結(jié)構(gòu)功能：實(shí)現(xiàn)航天器本體和部件之間、艙段之間、航天器和運(yùn)載火箭之間以及航天器之間的牢固連接和分離的裝置。設(shè)計(jì)要求應(yīng)該首要考慮安全性和可靠性。第三十九頁(yè)，共四十九頁(yè)。火工裝置第四十頁(yè)，共四十九頁(yè)?；鸸ぱb置撞針電起爆器主裝藥燃燒室殼體活塞剪切銷O形圈第四十一頁(yè)，共四十九頁(yè)。星箭連接與分離結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與分析在地面和火箭動(dòng)力飛行時(shí)，保證星箭可靠性連接，到預(yù)定軌道，保證星箭分離。第四十二頁(yè)，共四十九頁(yè)。艙段連接的設(shè)計(jì)與分析連接部件的選擇艙段連接分析連接件上載荷的確定預(yù)緊力的確定連接件設(shè)計(jì)載荷的確定對(duì)接框剛度設(shè)計(jì)擰緊力矩的確定第四十三頁(yè)，共四十九頁(yè)。艙段分離的設(shè)計(jì)與分析020103●保證分離后速度和姿態(tài)●控制解鎖與分離時(shí)序●減小解鎖與分離時(shí)沖擊和噪聲●保證解鎖與分離同步●考慮分離的因素●火工分離推桿●彈簧分離推桿●火工鎖●分離火箭分離裝置的形式設(shè)計(jì)要求分離系統(tǒng)設(shè)計(jì)●直接使用電起爆方案●使用燃?xì)獍l(fā)生器方案●非電傳爆方案第四十四頁(yè)，共四十九頁(yè)。工作映射

15第四十五頁(yè)，共四十九頁(yè)。SAP2000SAP2000（StructureAnalysisProgram2000）是一款結(jié)構(gòu)分析軟件，為SAP系列軟件的升級(jí)版，集成了常用的所有功能。SAP2000可以完成模型的創(chuàng)建和修改、計(jì)算結(jié)果的分析和執(zhí)行、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的檢查和優(yōu)化以及計(jì)算結(jié)果的圖表顯示(包括時(shí)程反應(yīng)的位移曲線、反應(yīng)譜曲線、加速度曲線)和文本顯示等等。SAP2000具有極強(qiáng)的功能，如建模功能(二維模型、三維模型等)、編輯功能(增加模型、增減單元、復(fù)制刪除等)、分析功能(時(shí)程分析、動(dòng)力反應(yīng)分析、push-over分析等)、荷載功能(節(jié)點(diǎn)荷載、桿件荷載、板荷載、溫度荷載等)、自定義功能、以及設(shè)計(jì)功能等?！褫d荷工況及組合●靜力線性分析●模態(tài)分析●反應(yīng)譜分析●線性時(shí)程分析●高級(jí)分析功能第四十六頁(yè)，共四十九頁(yè)。ANSYSANSYS有限元是一個(gè)多用途的有限元法計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)程序，可以用來求解結(jié)構(gòu)、流體、電力、電磁場(chǎng)及碰撞等問題。因此它可應(yīng)用于以下工業(yè)領(lǐng)域：航空航天、汽車工業(yè)、生物醫(yī)學(xué)、橋梁、建筑、電子產(chǎn)品、重型機(jī)械、運(yùn)動(dòng)器械等。軟件主要包括三個(gè)部分：前處理模塊，分析計(jì)算模塊和后處理模塊?！衲軐?shí)現(xiàn)電子設(shè)備的互聯(lián)●仿真各種類型的結(jié)構(gòu)材料●簡(jiǎn)化復(fù)雜流體動(dòng)力學(xué)工程問題●基于模型的系統(tǒng)和嵌入式軟件開發(fā)分析類型●結(jié)構(gòu)靜力分析●結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析●結(jié)構(gòu)非線性分析●動(dòng)力學(xué)分析●熱分析●電磁場(chǎng)分析●流體動(dòng)力學(xué)分析●聲場(chǎng)分析●壓電分析第四十七頁(yè)，共四十九頁(yè)。結(jié)構(gòu)力學(xué)分析結(jié)構(gòu)靜力學(xué)：結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析是用于計(jì)算由那些不包括慣性和阻尼相應(yīng)的載荷作用于結(jié)構(gòu)或部件上引起的位移、應(yīng)力、應(yīng)變和力；結(jié)構(gòu)靜力學(xué)的特點(diǎn)是不考慮慣性和阻尼的影響。結(jié)構(gòu)分析步