卫星结构设计与分析(下)

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卫星结构设计与分析(下)
●杆系结构 ●板式结构 ●中心承力筒结构 ●密封舱结构
●防热机构
目录 ●太阳翼结构和机构
●天线结构和机构
●连接与分离机构
07
杆系结构
●概述 ●杆系结构的设计 ●杆系结构的分析 ●杆系结构的应用
杆系结构的功能
可作为卫星的主承力结 构,承受和传递卫星上 的主要载荷
可构成卫星的骨架结构, 把卫星的有效载荷和各 分系统链家在一起
13
天线结构和机构
●概述 ●天线结构和机构的方案设计 ●天线结构和机构的详细设计 ●天线结构和机构的分析
天线概述
实现传输线与自 由空间的阻抗匹 配,实现电磁波 向特定方向的辐 射
●构型要求 ●机械接口要求 ●质量和质量特性要求 ●刚度和强度要求 ●空间环境要求 ●材料要求 ●可靠性和寿命要求
线天线、喇叭天
密封舱概述
密封舱结构的功能:
●密封 ●承载
●提供内部仪器设 提出要求
备布局空间 ●支撑和定位仪器 设备 ●舱段对接 ●设计和工艺基准 ●防尘、隔热和接 地
密封舱结构的 设计要求:
●密封要求 ●质量要求 ●强度和刚度要 求 ●可靠性要求 ●安装要求 ●对接要求 ●功能要求
密封舱结构设计
密封舱壳 体
●能实现电子设备的互联 ●仿真各种类型的结构材料 ●简化复杂流体动力学工程问题 ●基于模型的系统和嵌入式软件开 发
结构力学分析
结构静力学: 结构静力学分析是用于计算 由那些不包括惯性和阻尼相 应的载荷作用于结构或部件 上引起的位移、应力、应变 和力;结构静力学的特点是 不考虑惯性和阻尼的影响。
结构分析步骤: ●定义单元类型 ●定义材料属性 ●建立几何模型和网格划分 ●选择分析类型 ●对求解进行控制 ●施加载荷 ●求解
概述
承载整星载 荷
作为整星结 构组装中心
安装部分设 备
功中 能心
承 力 筒
提供星箭接 口
提供设计和 工艺基准
提供卫星地 面测试支撑
中心承力筒的结构形式
蜂窝 夹层 壳
桁条加筋中心承力筒的结构形式
筒体蒙皮的 设计
桁条的设计
下端框的设 计
承桁 力条 筒加 的筋 设中 计心
上端框的设 计
中框的设计
纵向连接角 片的设计
线、阵列天线、 反射面天线
天线结构和机构的详细设计
刚性反射面天线
反射面结构设计 反射面必须可以反射电磁波并且 具有良好的刚度,因此碳纤维封 魔夹层结构 成为首选。 ●反射面型精度与尺寸的稳定性 反射面板一般设计成近似面内个 性同性 ●采用较薄的反射面辅以加筋
天线机构设计
真空环境对天线机构的润滑是个 考验,采用MoS2可解决 ●天线展开机构
杆系结 构的功 能
可作为重要设备的连接 结构
可作为卫星的非主承力 结构,为某些特殊的有 效载荷而提供刚性支撑
杆系结构的设计要求
设计要求
强度要求 刚度要求 尺寸稳定性要求 构型要求 质量要求 机械接口要求 非机械性能要求
杆系结构的材料选择
较小的线膨胀系数
机械性 能要求
物理性 能要求
制造工 艺性能
具有良好的空间 环境稳定性
太阳翼机构的设计
压紧与释放 机构
●压紧杆设计 ●压紧衬套的设计 ●火工切割器 ●压紧杆缓冲和保持装 置设计
铰链
●公铰和母铰设 计 ●轴承设计 ●驱动弹簧设计 ●锁定装置设计
绳索联动系 统
●绳索预张力的 确定 ●绳索预张力的 控制 ●绳索强度 ●绳索的连接 ●绳索的支撑
太阳翼结构机构设计的试验验证
连接与分离结构
功能:实现航天器本 体和部件之间、舱段 之间、航天器和运载 火箭之间以及航天器 之间的牢固连接和分 离的装置。 设计要求应该首要考 虑安全性和可靠性。
火工装置
火工装置
剪切 销
活塞
撞针 壳体
O形 圈
电起 爆器 主装 药
燃烧 室
星箭连接与分离结构的设计与分析
在地面和火箭动力飞行时, 保证星箭可靠性连接,到 预定轨道,保证星箭分离。
炭化温 度
热解温 度
12
太阳翼结构和机构
●概述 ●太阳翼结构的设计与分析 ●太阳翼机构的设计与分析 ●太阳翼结构机构设计的试 验验证
太阳翼的结构和机构
太阳翼结构的设计
基板 构型
确定基板的外形 尺寸和板上压紧 的数量和位置
基板结构
为了减小基板质 量和提高基板刚 度,一般采用蜂 窝夹层结构
连接架
连接架的长度为 基板宽度的一半, 最大高度与基板 高度一致
展开铰链采用滚动轴承和温度补 偿装置
驱动装置采用电击齿轮单元和弹 簧单元 展开定位机构由定位块完成 ●压紧释放机构 常采用压紧杆和张力索 ●天线指向机构 步进电机驱动(采用开环控制) ●天线跟踪系统 采用闭环控制
天线结构和机构分析
14
连接与分离机构
●概述 ●火工装置 ●星箭连接与分离结构的设计 与分析 ●舱段连接与分离结构的设计 与分析
ANSYS
分析类型 ●结构静力分析 ●结构动力学分析 ●结构非线性分析 ●动力学分析 ●热分析 ●电磁场分析 ●流体动力学分析 ●声场分析 ●压电分析
ห้องสมุดไป่ตู้
ANSYS有限元是一个多用途的有限元法计 算机设计程序,可以用来求解结构、流 体、电力、电磁场及碰撞等问题。因此 它可应用于以下工业领域: 航空航天、 汽车工业、生物医学、桥梁、建筑、电 子产品、重型机械、运动器械等。 软件主要包括三个部分:前处理模块, 分析计算模块和后处理模块。
静强度试验:水压试验 动强度试验:振动响应试验
热真空试验
全星热真空试验
验收试验
在进行水压试验后,采用 保压法进行气密验收试验
检漏试验
评价与验证密封舱的漏率 是否满足要求
11
防热结构
●概述 ●吸热放热结构 ●辐射防热结构 ●烧蚀防热结构
防热结构概述
设计任务
设计出一种能 使返回舱经受 返回气动加热, 防止返回舱发 生过热和烧毁 的结构
SAP2000具有极强的功能,如建模功 能(二维模型、三维模型等)、编辑功 能(增加模型、增减单元、复制删除 等)、分析功能(时程分析、动力反应 分析、push-over分析等)、荷载功能 (节点荷载、杆件荷载、板荷载、温 度荷载等)、自定义功能、以及设计 功能等。
●载荷工况及组合 ●静力线性分析 ●模态分析 ●反应谱分析 ●线性时程分析 ●高级分析功能
烧蚀防热结构
烧蚀防热材料的热效应: ●原始材料层:热容吸热和向内导 热; ●热解层:热解吸热,热解气化吸 热,向内导热层内的主要现象是 材料的热解; ●炭化层:炭层及热解气体温升吸 热,炭层向内导热,可能发生炭 层高温氧化或热解气体二次裂解 吸热; ●炭层表面:表面发生复杂的热现 象,既有加热、也有散热。
●弹性还,永久变形小 ●具有能与密封面贴合的 弹性 ●适当的强度和硬度 ●材料致密性好,透气率 低 ●在一定温度范围内可保 持物理、力学、化学性能 ●对工作介质的兼容性 ●对金属接口不腐蚀 ●较小的摩擦吸收以及较 好的耐老化性能
密封形式: ●密封圈
●橡胶波纹管
●相机窗玻璃密封
密封舱设计的试验验证
力学实验
空间环 境要求
比模量和比强度高
材料工艺好,便于制造
杆系结构的设计
整体构型设 计
较合理的杆系结构不 但可以保证构架的刚度, 而且可以在质量不变的 条件下得到更高的额固 有频率
杆设计
杆件的主要形式: ●金属挤压管 ●复合材料管 ●机加的开口截面杆件 ●由板材整体机加的平 面杆系结构
接头设计
接头的主要形式: ●胶接接头 ●螺接接头 ●焊接接头
蜂窝夹层板材料
面板
蜂窝芯子
胶黏剂
框架板式结构
框架板式结构的功能:
●作为分舱结构的构 造基础 ●可作为大型设备支 撑结构部件 ●作为分离舱体的接 口界面 ●作为分离的舱体在 地面装配、测试及运 输的支撑界面并承受 载荷
提出要求
设计要求:
●具有较高的整体强 度,并承受局部搭 载和的强度 ●具有较好的刚度 ●能满足各结构模块、 大设备的布局连接
08
板式结构
●概述 ●蜂窝夹层板材料 ●蜂窝夹层板设计 ●蜂窝夹层板的连接 ●框架板式结构
板式结构的功能
设备支 撑机构
大型伸 展结构
维持外 部构型
舱段连 接机构
构成整 星结构
蜂窝夹层板材料
蜂窝夹层板的优点: ●较高的强度质量比 ●较优的刚度质量比 ●较好的抗疲劳性能 ●良好的阻尼减振特性 和良好的降噪隔热性能 ●结构的可设计性 ●具有平滑的表面 ●结构简单
框架板式结构
02 金属厚板材通过整体加工形
成整体式框架板结构
04
用复合材料铺设成型
01
钣金成型将金属板材铜鼓模 具形成角形、槽形及工字型 等基本梁结构,或直接选用 型材进行组装
03 整体铸造成型
09
中心承力筒结构
●概述 ●中心承力筒结构方案选择 ●桁条加筋中心承力筒的设计 ●桁条加筋中心承力筒的分析 ●蜂窝夹层中心承力筒的设计 ●蜂窝夹层中心承力筒的分析
15
工作映射
SAP2000
SAP2000(Structure Analysis Program 2000)是 一款结构分析软件,为SAP系列软件的升级版, 集成了常用的所有功能。SAP2000可以完成模
型的创建和修改、计算结果的分析和执行、
结构设计的检查和优化以及计算结果的图表 显示(包括时程反应的位移曲线、反应谱曲线、 加速度曲线)和文本显示等等。
类型
●吸热 ●辐射 ●烧蚀
设计要求
在总体设计所规 定的质量和被防 护的本体结构所 允许的最高温度 的约束下,设计 出能经受各种飞 行环境以及飞行 前地面环境的防 热层
吸热防热结构
辐射防热结构
辐射防热材料的构成: 辐射蒙皮:外表面辐射系数≥0.8, 内表面辐射系数尽可能低; 隔热材料:阻止热量向内部传递; 本体结构:被防护
●建立几何模型和 网格划分 ●选择分析类型 ●对求解进行控制 ●施加载荷 ●求解
结语
谢谢大家!
●硬壳式结构 ●半硬壳式结构 ●整体壁板式结构
壳体材料 选择
●焊接性能好 ●比强度高 ●工艺性好 ●抗应力腐蚀 ●商品化程度高
密封设计
影响密封的因素:
●密封件的工作环境 ●密封件的工作寿命 ●密封件的材料性能 ●密封件的压缩率 ●密封件的安装措施 ●密封件的结构形式 ●密封件的表面精度
密封材料的性能:
舱段连接的设计与分析
舱段分离的设计与分析
分离装置的形式
●火工分离推杆 ●弹簧分离推杆 ●火工锁 ●分离火箭
02
设计要求
01 ●保证分离后速度和姿态
●控制解锁与分离时序 ●减小解锁与分离时冲击和 噪声 ●保证解锁与分离同步 ●考虑分离的因素
03 分离系统设计
●直接使用电起爆方案 ●使用燃气发生器方案 ●非电传爆方案
结构动力学:
结构动力学分析是分析结构 在承受随时间变化的载荷作 用下的动力学特性。
热分析
热分析用于计算一个系统或部 件的温度分布及其它热物理参 数,如热量的获取或损失、热 梯度、热流密度(热通量〕等。
稳态传热:系统的温度场 不随时间变化
瞬态传热:系统的温度场 随时间明显变化
●定义单元类型 ●定义材料属性
蜂窝夹层中心承力筒的结构形式
筒体设计
筒体的设计包 括筒体的直径、 高度;内外面 板的厚度、夹 层的厚度、蜂 窝格子的边长、 蜂窝箔材的壁 厚等
连接设计
筒体的设计包 括筒体的直径、 高度;内外面 板的厚度、夹 层的厚度、蜂 窝格子的边长、 蜂窝箔材的壁 厚等
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密封舱结构
●概述 ●密封舱结构设计 ●密封设计 ●密封舱设计的试验验证
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