衛(wèi)星結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析下課件

1、衛(wèi)星結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析（下）匯報(bào)人：李建輝2018年9月15日衛(wèi)星結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析（下）匯報(bào)人：李建輝2018年9月15日目錄第七章 桿系結(jié)構(gòu)第八章板式結(jié)構(gòu)第九章 中心承力筒結(jié)構(gòu)第十章密封艙結(jié)構(gòu)第十一章放熱結(jié)構(gòu)第十二章 太陽(yáng)翼結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu)第十三章天線結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu)第十四章連接與分離機(jī)構(gòu)目錄第七章 桿系結(jié)構(gòu)第八章板式結(jié)構(gòu)第九章 1、桿系結(jié)構(gòu)桿系結(jié)構(gòu)的基本形式桁架鋼架連接方式鉸結(jié)點(diǎn)剛結(jié)點(diǎn)靜定桁架靜不定桁架靜不定綜合考慮剛度、振動(dòng)模態(tài)及結(jié)構(gòu)質(zhì)量決定使用合理?xiàng)U系設(shè)計(jì)1、桿系結(jié)構(gòu)桿系結(jié)構(gòu)的基本形式桁架鋼架連接方式鉸結(jié)點(diǎn)剛結(jié)點(diǎn)靜1、桿系結(jié)構(gòu)桿系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)材料選擇結(jié)構(gòu)選擇整體構(gòu)型試驗(yàn)驗(yàn)證接頭設(shè)計(jì)桁架金屬碳纖維復(fù)合材料膠

2、結(jié)接頭螺接接頭焊接接頭整體力學(xué)接頭強(qiáng)度形變更小的質(zhì)量更優(yōu)的性能1、桿系結(jié)構(gòu)桿系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)材料選擇結(jié)構(gòu)選擇整體構(gòu)型試驗(yàn)驗(yàn)證接2、板式結(jié)構(gòu)板式結(jié)構(gòu)中心承力筒服務(wù)倉(cāng)主框架 板式結(jié)構(gòu)是構(gòu)成整星基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)件，滿足整星強(qiáng)度、剛度，和熱防護(hù)，維持衛(wèi)星的外部構(gòu)型，大型附件結(jié)構(gòu)等，例如天線、太陽(yáng)翼。2、板式結(jié)構(gòu)板式結(jié)構(gòu)中心承力筒服務(wù)倉(cāng)主框架 2、板式結(jié)構(gòu)-蜂窩夾層蜂窩夾層板結(jié)構(gòu)：面板、蜂窩芯子、膠黏劑2、板式結(jié)構(gòu)-蜂窩夾層蜂窩夾層板結(jié)構(gòu)：面板、蜂窩芯子、膠黏劑HexWeb 蜂窩關(guān)鍵產(chǎn)品：HexWeb HRP-C 玻璃纖維核心用于飛機(jī)機(jī)艙應(yīng)用HexWeb HDC 重密度玻璃纖維用于蜂窩夾層板里的嵌鑄替代品鋁芯：50

3、52 或 5056 合金配 CRIII 或 CRPAA 腐蝕處理方案芳綸/對(duì)位芳綸（諾梅克斯和凱夫拉爾纖維）核芯加上酚浸涂玻璃：用酚醛或尼龍浸漬涂敷Flexcore 用于高波狀外形的應(yīng)用HexWeb 蜂窩關(guān)鍵產(chǎn)品：2、板式結(jié)構(gòu)-框架板式框架板式：板式通過(guò)增加梁構(gòu)件，增強(qiáng)強(qiáng)度剛度，能適應(yīng)多種接口蜂窩結(jié)構(gòu)的連接2、板式結(jié)構(gòu)-框架板式框架板式：板式通過(guò)增加梁構(gòu)件，增強(qiáng)強(qiáng)度3、中心承力筒設(shè)計(jì)殼體主承力結(jié)構(gòu)主要有兩類(lèi)：1、中心承力筒2、艙段殼體3、中心承力筒設(shè)計(jì)殼體主承力結(jié)構(gòu)主要有兩類(lèi)：3、中心承力筒設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)形式光殼結(jié)構(gòu)網(wǎng)格加筋波紋殼桁條加筋蜂窩夾層3、中心承力筒設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)形式光殼結(jié)構(gòu)網(wǎng)格加筋波紋殼桁條加

4、筋蜂窩桁條加筋中心筒金屬桁條加筋承力筒分析筒體失穩(wěn)分析曲面失穩(wěn)桁條失穩(wěn)整體失穩(wěn)下框穩(wěn)定性分析連接強(qiáng)度分析復(fù)合材料：對(duì)于較密均勻分布桁條的復(fù)合材料桁條加筋，可采用結(jié)構(gòu)均勻化的分析方法。桁條加筋中心筒金屬桁條加筋承力筒分析筒體失曲面失穩(wěn)桁條失穩(wěn)整蜂窩夾層中心筒蜂窩夾層中心筒4、密封艙結(jié)構(gòu) 航天器的密封艙是指航天員或艙內(nèi)有效載荷等儀器設(shè)備的需要，在運(yùn)行時(shí)艙內(nèi)需要維持一定壓力的艙段。4、密封艙結(jié)構(gòu) 航天器的密封艙是指航天員或艙內(nèi)4、密封艙結(jié)構(gòu)功能密封承載提供內(nèi)部?jī)x器的布局空間支撐和定位儀器設(shè)備艙段對(duì)接設(shè)計(jì)和工藝的基準(zhǔn)防塵、隔熱和接地等組成殼段封頂艙門(mén)密封法蘭設(shè)計(jì)要求密封要求質(zhì)量要求強(qiáng)度要求剛度要求可靠

5、性要求安裝要求對(duì)接要求功能要求4、密封艙結(jié)構(gòu)功能密封承載提供內(nèi)部?jī)x器的布局空間支撐和定位儀密封艙連接處結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)密封設(shè)計(jì)1、接觸面泄露2、滲透泄露3、破壞性泄露密封材料選擇：橡膠密封形式:a、密封圈b、b型密封圈c、矩形密封圈d、T型密封圈密封艙連接處結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)密封設(shè)計(jì)1、接觸面泄露密封材料選擇：橡膠密封艙的試驗(yàn)驗(yàn)證1234力學(xué)試驗(yàn)熱真空試驗(yàn)驗(yàn)收試驗(yàn)檢漏試驗(yàn)方法1、靜強(qiáng)度：水壓試驗(yàn)2、動(dòng)強(qiáng)度：振動(dòng)響應(yīng)在全星熱真空試驗(yàn)中考驗(yàn)密封能力和實(shí)際泄露率為確保安全可靠，密封艙總妝前需進(jìn)行水壓氣密驗(yàn)收試驗(yàn)。目的是評(píng)價(jià)與驗(yàn)證密封艙的漏率是否滿足要求，暴露密封材料、密封結(jié)構(gòu)、加工及裝配缺陷密封艙的試驗(yàn)驗(yàn)證1234力

6、學(xué)試驗(yàn)熱真空試驗(yàn)驗(yàn)收試驗(yàn)檢漏試驗(yàn)方5、防熱結(jié)構(gòu) 衛(wèi)星防熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的任務(wù)：設(shè)計(jì)出一種能經(jīng)受對(duì)流加熱和激波輻射的氣動(dòng)加熱方式，防止返回艙發(fā)生過(guò)熱和燒毀的結(jié)構(gòu)。蒙皮吸熱輻射防熱焼蝕吸熱陶瓷纖維燒制的纖維磚輻射防熱防熱結(jié)構(gòu)發(fā)展是需求發(fā)展史，也是一部材料發(fā)展史5、防熱結(jié)構(gòu) 衛(wèi)星防熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的任務(wù)：設(shè)計(jì)出一吸熱防熱結(jié)構(gòu)吸熱防熱結(jié)構(gòu)最重要的考慮是熱容量，結(jié)合質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)境需求等，大約有如下要求：1、高比熱容2、熱導(dǎo)率大3、熱擴(kuò)散系數(shù)大4、耐高溫吸熱防熱結(jié)構(gòu)吸熱防熱結(jié)構(gòu)最重要的考慮是熱容量，結(jié)合質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)輻射防熱結(jié)構(gòu)輻射防熱結(jié)構(gòu)燒蝕防熱結(jié)構(gòu)燒蝕過(guò)程發(fā)生化學(xué)物理現(xiàn)象，從而吸熱：1、原始材料層2、熱解層3、炭

7、化層4、炭層表面燒蝕防熱結(jié)構(gòu)燒蝕過(guò)程發(fā)生化學(xué)物理現(xiàn)象，從而吸熱：燒蝕防熱結(jié)構(gòu)1熱解溫度低，熱解溫度達(dá)2氣化分?jǐn)?shù)高3熱解氣體盡可能高的比熱容4材料及炭層密度小5熱解后炭層表面輻射高燒蝕防熱結(jié)構(gòu)1熱解溫度低，熱解溫度達(dá)防熱機(jī)構(gòu)試驗(yàn)驗(yàn)證環(huán)境考驗(yàn)發(fā)射段：主要是過(guò)載、沖擊、噪聲、振動(dòng)等力學(xué)軌道運(yùn)行段：主要是高、低溫交變及真空、輻射環(huán)境再入大氣層段：主要是氣動(dòng)加熱及對(duì)應(yīng)的氣動(dòng)力。再入段環(huán)境最復(fù)雜。材料篩選試驗(yàn)：駐點(diǎn)燒蝕防熱結(jié)構(gòu)匹配：1、測(cè)定燒蝕層與解雇層膨脹匹配 背靠背平板實(shí)驗(yàn)2、確定零應(yīng)力溫度的實(shí)驗(yàn) 擾度法防熱結(jié)構(gòu)的再入氣動(dòng)加熱模擬試驗(yàn)：1、石英燈輻射加熱2、燃?xì)饧訜犸L(fēng)洞防熱機(jī)構(gòu)試驗(yàn)驗(yàn)證環(huán)境考驗(yàn)發(fā)射段：

8、軌道運(yùn)行段：再入大氣層段：材6、太陽(yáng)翼結(jié)構(gòu)與機(jī)構(gòu)太陽(yáng)電池陣多面體展開(kāi)式體裝式圓柱形卷式剛性基板太陽(yáng)槳太陽(yáng)翼半剛性剛性基板折疊式柔性基板柔性基板6、太陽(yáng)翼結(jié)構(gòu)與機(jī)構(gòu)太陽(yáng)電池陣多面體展開(kāi)式體裝式圓柱形卷式剛太陽(yáng)翼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)分析太陽(yáng)翼不需要承受主要載荷，因此可以設(shè)計(jì)成更輕型的結(jié)構(gòu)形式，主要有：1、基板的構(gòu)型設(shè)計(jì) 基板外形和板上壓緊點(diǎn)2、基板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 蜂窩夾層結(jié)構(gòu)、碳纖維復(fù)合材料作為面板，3、連接架設(shè)計(jì) 連接架長(zhǎng)度一般可取為基板板寬的一半，使得連接點(diǎn)為基板中心。設(shè)計(jì)分析與其他結(jié)構(gòu)類(lèi)似，主要有：折疊展開(kāi)狀態(tài)模態(tài)分析、折疊展開(kāi)狀態(tài)振動(dòng)響應(yīng)、折疊狀態(tài)噪聲響應(yīng)、靜載分析、展開(kāi)鎖定時(shí)的沖擊載荷、太陽(yáng)翼強(qiáng)度分析

9、（基板、連接處、壓緊點(diǎn)）太陽(yáng)翼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)分析太陽(yáng)翼不需要承受主要載荷，因此可以設(shè)計(jì)成太陽(yáng)翼機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)分析 太陽(yáng)翼機(jī)構(gòu)是衛(wèi)星的活動(dòng)部件，增加了衛(wèi)星的復(fù)雜性和風(fēng)險(xiǎn)性，所以機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)顯得相當(dāng)重要。剛性折疊式太陽(yáng)翼：1、壓緊和釋放機(jī)構(gòu) 壓緊桿設(shè)計(jì) 壓緊襯套設(shè)計(jì) 火工切割器 2、展開(kāi)機(jī)構(gòu) 鉸鏈和繩索聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)3、太陽(yáng)翼驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu) 一方面驅(qū)動(dòng)太陽(yáng)翼轉(zhuǎn)動(dòng)，一方面太陽(yáng)能功率輸送。太陽(yáng)翼機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)分析 太陽(yáng)翼機(jī)構(gòu)是衛(wèi)星的活動(dòng)部件，1、驅(qū)動(dòng)彈簧2、聯(lián)動(dòng)繩索3、關(guān)節(jié)軸承的配合游隙4、鉸鏈摩擦阻力5、連接電纜阻力6、壓緊桿加載驗(yàn)證7、壓緊釋放功能試驗(yàn)8、基板噪聲為了驗(yàn)證太陽(yáng)翼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和分析，以及檢驗(yàn)太陽(yáng)翼產(chǎn)品的工

10、藝一致性：1、噪聲試驗(yàn)2、正弦振動(dòng)太陽(yáng)翼展開(kāi)最主要試驗(yàn)項(xiàng)目零重力太陽(yáng)翼結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的試驗(yàn)驗(yàn)證太陽(yáng)翼展開(kāi)試驗(yàn)太陽(yáng)翼力學(xué)性能太陽(yáng)星關(guān)鍵零部件性能1、驅(qū)動(dòng)彈簧太陽(yáng)翼展開(kāi)最主要試驗(yàn)項(xiàng)目太陽(yáng)翼結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的試7、天線結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu) 衛(wèi)星天線是自由空間中傳播的無(wú)線電波與傳輸線中傳輸電信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換器。兩個(gè)功能：1、傳輸線與自由空間阻抗匹配，2、實(shí)現(xiàn)電磁波想特定方向的輻射。太陽(yáng)翼與天線陣列展開(kāi)后的想象圖天線形式分類(lèi)： 1、線天線2、喇叭天線 3、反射面天線4、陣列天線7、天線結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu) 衛(wèi)星天線是自由空間中傳播的天線機(jī)構(gòu)短期使用機(jī)構(gòu)： 天線展開(kāi)機(jī)構(gòu) 壓緊/釋放機(jī)構(gòu) 定位機(jī)構(gòu)長(zhǎng)期使用機(jī)構(gòu)： 天線消旋機(jī)構(gòu) 天線

11、指向機(jī)構(gòu) 天線掃描機(jī)構(gòu) 天線跟蹤機(jī)構(gòu)天線機(jī)構(gòu)短期使用機(jī)構(gòu)：長(zhǎng)期使用機(jī)構(gòu)：天線結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)明確天線結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu)要求天線結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu)的方案設(shè)計(jì)天線形式的確定和構(gòu)型方案設(shè)計(jì)天線結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu)零部件設(shè)計(jì)天線結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu)的詳細(xì)設(shè)計(jì)半剛性反射面天線結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu)柔性反射面天線結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu)剛性反射面天線的結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)1、反射面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2、天線機(jī)構(gòu)1、可調(diào)整薄膜反射面（高精度）2、自回彈天線反射面（大口徑）1、徑向肋天線2、架構(gòu)式天線天線結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)明確天線結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu)要求天線結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu)的方案天線結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu)的分析驗(yàn)證天線結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu)的分析結(jié)構(gòu)力學(xué)分析剛度強(qiáng)度結(jié)構(gòu)熱分析溫度場(chǎng)分析熱變形和熱應(yīng)力天線機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)初始條件運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真

12、靜平衡動(dòng)態(tài)分析線性分析天線結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu)的分析驗(yàn)證天線結(jié)構(gòu)和機(jī)構(gòu)的分析結(jié)構(gòu)力學(xué)分析剛度8、連接與分離 連接與分離機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)航天器本體和部件之間、艙段之間、航天器與運(yùn)載火箭之間及航天器之間牢固連接，又可以按規(guī)定實(shí)現(xiàn)解鎖與分離的裝置。 主要作用：連接，解鎖，分離， 類(lèi)型：機(jī)械，電路，氣路與液路連接與分離連接于分離系統(tǒng)連接于解鎖部件分離部件附件爆炸螺栓火工分離推桿電路分離插頭火工螺母彈簧分離推桿氣路分離接頭燃?xì)怛?qū)動(dòng)火工鎖分離彈簧液路分離接頭爆炸螺栓式火工鎖固體分離火箭導(dǎo)向銷(xiāo)鋼珠式火工鎖氣體噴管砌塊式火工鎖氣動(dòng)作動(dòng)筒聚能切割索和導(dǎo)爆管式分離裝置8、連接與分離 連接與分離機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)航天器本體和火工裝置 在外

13、部作用（發(fā)火原件），利用主裝藥燃燒或爆炸產(chǎn)生的能量驅(qū)動(dòng)功能組件，完成規(guī)定功能的裝置。 具有能量大、體積最小、使用方便的特點(diǎn)。但也有安全性性能差、對(duì)結(jié)構(gòu)沖擊大、產(chǎn)生有害氣體等缺點(diǎn)。常用火工裝置分類(lèi)類(lèi)型種類(lèi)形式動(dòng)力源用途爆炸螺栓電爆炸螺栓切口槽式火藥連接、解鎖剪切銷(xiāo)式鋼球活塞式無(wú)污染式非電爆炸螺栓同電爆炸螺栓非電起爆燃?xì)怛?qū)動(dòng)的火工裝置解鎖螺母套筒式解鎖螺母燃?xì)膺B接、解鎖活塞式解鎖螺母火工鎖小承載能力火工鎖折斷式燃?xì)膺B接、解鎖鋼球式起爆器直接起爆驅(qū)動(dòng)活塞燃?xì)獍l(fā)生器間接驅(qū)動(dòng)活塞剪切碟式燃?xì)獯蟪休d能力火工鎖砌塊式滑塊式爆炸螺栓解鎖式火藥分離火工分離推桿燃?xì)饣鸸ぱb置 在外部作用（發(fā)火原件），利用主裝藥燃爆

14、炸螺栓、燃?xì)怛?qū)動(dòng)的火工爆炸螺栓燃?xì)怛?qū)動(dòng)爆炸螺栓、燃?xì)怛?qū)動(dòng)的火工爆炸螺栓燃?xì)怛?qū)動(dòng)星箭連接與分離機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和分析爆炸螺栓包帶連接釋放裝置星箭連接與分離機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和分析爆炸螺栓包帶連接釋放裝置艙段連接與分離機(jī)構(gòu)連接設(shè)計(jì)與分析艙段分離的設(shè)計(jì)和分析連接部件的選擇艙段連接分析分離系統(tǒng)分離裝置的形式設(shè)計(jì)要求1火工分離（彈射筒）2彈簧分離3大承載力火工鎖4分離火箭1分離后姿態(tài)與速度2解鎖與分離時(shí)序3減小沖擊和噪聲4解鎖與分離同步5考慮質(zhì)量特性及分離特性1、起爆器2、使用燃?xì)獍l(fā)生器3、非電傳爆方案艙段連接與分離機(jī)構(gòu)連接設(shè)計(jì)與分析艙段分離的設(shè)計(jì)和分析連接部件空間對(duì)接裝置 空間對(duì)接是用來(lái)實(shí)現(xiàn)航天器之間的機(jī)械、電路、

15、氣液路空間對(duì)接、連接與分離的復(fù)雜裝置，按機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)分類(lèi)：氣液驅(qū)動(dòng)、機(jī)電、數(shù)控。柔性對(duì)接歐洲空間局的十字形對(duì)接裝置柔性“桿-錐”式對(duì)接裝置桿-錐”式對(duì)接裝置“異體同構(gòu)周邊”式對(duì)接裝置空間對(duì)接裝置 空間對(duì)接是用來(lái)實(shí)現(xiàn)航天器之工作映射工作映射衛(wèi)星結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析下課件HexWeb 蜂窩關(guān)鍵產(chǎn)品：HexWeb HRP-C 玻璃纖維核心用于飛機(jī)機(jī)艙應(yīng)用HexWeb HDC 重密度玻璃纖維用于蜂窩夾層板里的嵌鑄替代品鋁芯：5052 或 5056 合金配 CRIII 或 CRPAA 腐蝕處理方案芳綸/對(duì)位芳綸（諾梅克斯和凱夫拉爾纖維）核芯加上酚浸涂玻璃：用酚醛或尼龍浸漬涂敷Flexcore 用于高波狀外形的應(yīng)用HexWeb 蜂窩關(guān)鍵產(chǎn)品：HexTow 短切纖維HexTow 短切碳纖維用于模壓和注入工藝生產(chǎn)機(jī)器零件、齒輪和化工閥門(mén)。成品具有極佳的抗腐蝕、抗蠕變和抗疲勞性能，以及高強(qiáng)度和剛度特性。HexTow 連續(xù)纖維連續(xù)纖維可以與所有的熱固性和熱塑性樹(shù)脂體系相結(jié)合，可用于編織、編結(jié)、纏繞成形工藝； 單向帶用于自動(dòng)鋪絲和自動(dòng)鋪帶以及預(yù)浸料絲束鋪放。HexTow 碳纖維是世界上最先進(jìn)的航空航天和工業(yè)應(yīng)用的首選。HexTow 短切纖維HexTow 連續(xù)纖維HexTow纖維織物/增強(qiáng)材料，赫氏織