CN104443442B - 空间产品的防护结构及设置方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种空间产品的防护结构及设置方法，包括：设置于空间产品外壳的外部的圆弧型防护外壳，所述圆弧型防护外壳通过机械接口与空间产品外壳固定连接，重要元器件设置于所述空间产品外壳所形成的空间内的中心位置，非重要零件设置于所述重要元器件的周围，所述非重要零件与重要元器件之间连接有加强筋。本发明能够最大限度地降低由微流星和空间碎片碰撞所带来的空间产品的不同类型、不同程度的破坏，使空间产品运行期间得到有效的保护，确保其在轨运行的可靠性。

Description

空间产品的防护结构及设置方法

技术领域

本发明涉及本发明涉及空间产品外形防护结构技术领域，尤其涉及空间舱外产品的防护结构。

背景技术

近几年，国际上探索宇宙空间的活动越来越频繁，人类航天活动所产生的空间碎片以及微流星数量正成为威胁在轨航天器正常使用的主要因素之一。空间碎片与微流星由于其具有的高动能，在与舱外产品发生碰撞时，能够将产品外壳击穿，从而导致产品内部重要元器件被破坏，使得产品失效；甚至是单一的微流星对产品的撞击所产生的等离子流也能够使产品内电子器件遭到破坏。为了确保空间飞行器在轨安全可靠运行，必须采取有效措施提高空间产品，尤其是舱外产品的防护结构设计水平。

空间产品的防护结构主要用于舱外空间产品对微流星和小体积空间碎片造成的伤害进行防护，而大型的空间碎片和流星体则需要产品进行机动规避，来对其自身进行保护。为提高空间产品在轨的长寿命和高可靠性的性能要求，空间产品的防护结构需要具有降低被微流星和空间碎片击穿的几率，最大程度地减小对产品碰撞所造成的不良影响。

空间产品的防护结构设计主要涉及三个方面，分别是空间产品的防护外形、外部防护材料的使用和内部重要器件的安放。任意一种方法都无法满足实际的需求，例如，对于防护外形的设计，通常情况下都是采用增加产品外壳厚度或选取抗变型材料的方法来降低产品被击穿的几率，此种方法会增加产品的总体重量和体积，不符合对于舱外产品重点要考虑轻量化设计的要求。为满足空间产品的长时间在轨运行的可靠性和稳定性，如何完善空间产品的防护结构设计，寻找系统优化设计的方法是解决这一问题的关键。

发明内容

本发明的目的在于提供一种空间产品的防护结构及设置方法，能够最大限度地降低由微流星和空间碎片碰撞所带来的空间产品的不同类型、不同程度的破坏，使空间产品运行期间得到有效的保护，确保其在轨运行的可靠性。

为解决上述问题，本发明提供一种空间产品的防护结构，包括：

设置于空间产品外壳的外部的圆弧型防护外壳，所述圆弧型防护外壳通过机械接口与空间产品外壳固定连接。

进一步的，在上述防护结构中，所述圆弧型防护外壳上靠近所述空间产品外壳的一面设置有加强筋。

进一步的，在上述防护结构中，位于所述空间产品外壳所述形成的空间内的空间产品包括重要元器件和非重要零件，其中，所述重要元器件设置于所述空间产品外壳所形成的空间内的中心位置，所述非重要零件设置于所述重要元器件的周围，所述非重要零件与重要元器件之间连接有加强筋。

进一步的，在上述防护结构中，所述加强筋为扁平加强筋。

进一步的，在上述防护结构中，所述圆弧型防护外壳的等效厚度则通过以下公式确定，

，

其中，圆弧型防护外壳的厚度，为圆弧型防护外壳的某个位置的切线方向与竖直方向的夹角，为所述圆弧型防护外壳的等效厚度。

根据本发明的另一面，提供一种空间产品的防护结构设置方法，包括：

在空间产品外壳的外部设置圆弧型防护外壳；

将所述圆弧型防护外壳通过机械接口与空间产品外壳固定连接。

进一步的，在上述方法中，所述圆弧型防护外壳上靠近所述空间产品外壳的一面设置有加强筋。

进一步的，在上述方法中，将所述圆弧型防护外壳通过机械接口与空间产品外壳固定连接的步骤之后，还包括：

将重要元器件设置于所述空间产品外壳所形成的空间内的中心位置；

将所述空间产品外壳所形成的空间内的非重要零件设置于重要元器件的周围；

在所述非重要零件与重要元器件之间设置加强筋。

进一步的，在上述方法中，所述加强筋为扁平加强筋。

进一步的，在上述方法中，在空间产品外壳的外部设置圆弧型防护外壳的步骤中，所述圆弧型防护外壳的等效厚度则通过以下公式确定，

，

其中，圆弧型防护外壳的厚度，为圆弧型防护外壳的某个位置的切线方向与竖直方向的夹角，为所述圆弧型防护外壳的等效厚度。

与现有技术相比，本发明通过设置于空间产品外壳的外部的圆弧型防护外壳，所述圆弧型防护外壳通过机械接口与空间产品外壳固定连接，能够最大限度地降低由微流星和空间碎片碰撞所带来的空间产品的不同类型、不同程度的破坏，使空间产品运行期间得到有效的保护，确保其在轨运行的可靠性。

附图说明

图1是本发明一实施例的空间产品的防护结构的示意图；

图2是本发明的非重要零件与重要元器件防护应用示意图；

图3是本发明一实施例的空间产品的防护结构设置方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

如图1和2所示，本发明提供一种空间产品的防护结构，包括：

设置于空间产品外壳2的外部的圆弧型防护外壳1，所述圆弧型防护外壳1通过机械接口3与空间产品外壳2固定连接。具体的，这里采用弧形结构设计来增加空间产品对于微流星和空间碎片的防护能力。本实施例中弧形防护结构即圆弧型防护外壳以零件形式进行加工设计，通过机械接口与空间产品外壳进行连接，其拥有可更换和二次防护等优点。如图1所示，F为碰撞力，T为反作用力，F1为碰撞力与反作用力的合力，当微流星或空间碎片与圆弧型防护外壳1发生碰撞，碰撞力F由于圆弧型防护外壳1的反作用力T而动能减小，其轨道也将会根据碰撞力F和反作用力T所产生的合力F1的方向发生变化。当微流星或空间碎片将圆弧型防护外壳1击穿，度与空间产品外壳2发生二次碰撞时，二次碰撞力F1由于一次碰撞已经减小，所以在二次碰撞时其将空间产品外壳2击穿的几率也相应降低。如空间产品为长时间在轨运行，则在其运行一段时间之后，圆弧型防护外壳1可以通过机械接口进行替换，使空间产品能够继续受到圆弧型防护外壳1的保护并正常工作。

优选的，所述圆弧型防护外壳的等效厚度则通过以下公式确定，

，

其中，圆弧型防护外壳的厚度（mm），为圆弧型防护外壳的某个位置的切线方向与竖直方向的夹角，为所述圆弧型防护外壳的等效厚度。具体的，现有的空间产品外壳在设计中，通常其外形都是以方盒型为主构型，该设计对于微流星和空间碎片的防护只能够通过增加厚度来完成。微流星和空间碎片对空间产品的伤害主要是以动能伤害的方式出现。因此，现有设计中，可以通过增加产品外壳厚度的方式来增加防护能力，但是，该现有的设计方法增加了产品的重量和体积，不适宜轻量化设计。本实施例通过将防护外壳设计成圆弧型即成带倾斜夹角的方式，通过外形倾斜来等效所需要增加的产品外壳厚度。由于微流星和空间碎片轨迹的不确定性，无法保证微流星和空间碎片的轨迹在外壳表面的法向上，故在防护结构设计时可使用圆弧外形，与微流星、空间碎片发生碰撞时，碰撞点的外壳等效厚度由圆弧型防护外壳实际厚度和圆弧型防护外壳的某个位置的切线方向与竖直方向的夹角来进行计算，从而可大大降低空间产品外壳被击穿的几率。

优选的，所述圆弧型防护外壳上靠近所述空间产品外壳的一面设置有加强筋。

较佳的，如图2所示，位于所述空间产品外壳2所述形成的空间内的空间产品包括重要元器件4和非重要零件5，其中，所述重要元器4件设置于所述空间产品外壳2所形成的空间内的中心位置，所述非重要零件5设置于所述重要元器件4的周围，所述非重要零件5与重要元器件4之间连接有加强筋6。具体的，为了防止当空间产品外壳被微流星或空间碎片击穿时，重要元器件能够得到有效的保护，本实施例中将重要元器件放置在产品的核心位置，远离空间产品外壳，同时通过加强筋的合理布置，以及使用其它非重要器件、零件对重要元器件进行包围保护，形成一个保护外框，提高重要元器件在空间产品外壳被击穿的情况下还能够拥有足够的防护能力，降低重要元器件受损导致系统失效的几率。

可选的，所述加强筋为扁平加强筋。

本实施例采用圆弧型防护外壳和重要器件合理布局及加强筋加固的结构，能够最大限度地降低由微流星和空间碎片碰撞所带来的空间产品的不同类型、不同程度的破坏，增加空间产品的一次碰撞防护能力，降低二次碰撞使空间产品被击穿的几率，使空间产品运行期间得到有效的保护，确保其在轨运行的可靠性，降低在轨空间产品失效报废的几率，并且能够有效地控制空间产品整体重量的增加，使产品符合设计与可维修性要求。

实施例二

如图3所示，本发明还提供一种方法，包括：

步骤S1，在空间产品外壳的外部设置圆弧型防护外壳；优选的，所述圆弧型防护外壳上靠近所述空间产品外壳的一面设置有加强筋；

步骤S2，将所述圆弧型防护外壳通过机械接口与空间产品外壳固定连接；

步骤S3，将重要元器件设置于所述空间产品外壳所形成的空间内的中心位置；

步骤S4，将所述空间产品外壳所形成的空间内的非重要零件设置于重要元器件的周围；

步骤S5，在所述非重要零件与重要元器件之间设置加强筋。优选的，所述加强筋为扁平加强筋。

优选的，步骤S1中，所述圆弧型防护外壳的等效厚度则通过以下公式确定，

，

其中，圆弧型防护外壳的厚度，为圆弧型防护外壳的某个位置的切线方向与竖直方向的夹角，为所述圆弧型防护外壳的等效厚度。

实施例一的其它详细内容具体可参见实施例一，在此不再赘述。

综上所述，本发明通过设置于空间产品外壳的外部的圆弧型防护外壳，所述圆弧型防护外壳通过机械接口与空间产品外壳固定连接，重要元器件设置于所述空间产品外壳所形成的空间内的中心位置，非重要零件设置于所述重要元器件的周围，所述非重要零件与重要元器件之间连接有加强筋，能够最大限度地降低由微流星和空间碎片碰撞所带来的空间产品的不同类型、不同程度的破坏，使空间产品运行期间得到有效的保护，确保其在轨运行的可靠性。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (4)

1.一种空间产品的防护结构，其特征在于，包括：

设置于空间产品外壳的外部的圆弧型防护外壳，所述圆弧型防护外壳通过机械接口与空间产品外壳固定连接；

所述圆弧型防护外壳上靠近所述空间产品外壳的一面设置有加强筋；

位于所述空间产品外壳所形成的空间内的空间产品包括重要元器件和非重要零件，其中，所述重要元器件设置于所述空间产品外壳所形成的空间内的中心位置，所述非重要零件设置于所述重要元器件的周围，所述非重要零件与重要元器件之间连接有加强筋；

所述圆弧型防护外壳的等效厚度则通过以下公式确定，

，

其中，圆弧型防护外壳的厚度，为圆弧型防护外壳的某个位置的切线方向与竖直方向的夹角，为所述圆弧型防护外壳的等效厚度。

2.如权利要求1所述的空间产品的防护结构，其特征在于，所述加强筋为扁平加强筋。

3.一种空间产品的防护结构设置方法，其特征在于，包括：

在空间产品外壳的外部设置圆弧型防护外壳；

将所述圆弧型防护外壳通过机械接口与空间产品外壳固定连接；

所述圆弧型防护外壳上靠近所述空间产品外壳的一面设置有加强筋；

将所述圆弧型防护外壳通过机械接口与空间产品外壳固定连接的步骤之后，还包括：

将重要元器件设置于所述空间产品外壳所形成的空间内的中心位置；

将所述空间产品外壳所形成的空间内的非重要零件设置于重要元器件的周围；

在所述非重要零件与重要元器件之间设置加强筋；

在空间产品外壳的外部设置圆弧型防护外壳的步骤中，所述圆弧型防护外壳的等效厚度则通过以下公式确定，

，

其中，圆弧型防护外壳的厚度，为圆弧型防护外壳的某个位置的切线方向与竖直方向的夹角，为所述圆弧型防护外壳的等效厚度。

4.如权利要求3所述的空间产品的防护结构设置方法，其特征在于，所述加强筋为扁平加强筋。